我设想中的刀钢研发失败之路1——仔细阅读很重要

s1jack

一、        感谢大家百忙之中还来看我的水贴
有不少刀友兴趣广泛，想知道搞一个新玩意究竟“内幕”如何。我发了个投票贴，发现大家普遍比较爱好新事物。于是我想，当流水账写一写，如同网络笔记本吧。
小提醒
1、        我喷性比较强，文中若是您感觉到攻击力，请不要太介意，不是刻意针对谁，只是写笔记时小小的吐槽。
2、        我写的一定不是全对，有错误的地方，欢迎理性讨论，讲理讲据，但是不讲广告文件。请不要拿广告文档和三流出品的论文，就搞所谓的“引经据典”，烦请列举专业人士撰写的专业书籍内容，或者权威机构/单位的论文。谢谢！
3、        我不是专业研发人士，不用拿XXX级别的来“对标”我，研究的结果也很可能是失败。失败无妨，嘲笑有理。您图一乐，我图一乐，这就足够了。

二、        正文-想法的诞生
有刀友好奇我为什么不做粉末钢或者不锈钢？我自己对粉末钢也很喜欢，只是太贵了。不用不锈钢的原因更简单，国内我认为没有合适的国产刀具不锈钢。
以国内资源来说：
1、9cr18系列，由于其碳化物和成分的原因，导致性能一直上不去。不喜欢
2、国产类似山特维克系列的钢很多年了。大家手里不少山特维克的国产刀，应该就是国产寨钢。搞笑的是因为挂了山特维克的名，我看到不少刀友天天大喊山特真牛真好用，哈哈哈哈。
这一类钢历史久远，成分上没有专利也不稀奇，山特原品因为精炼技术不错，钢材的轧制水平也很高，所以韧性在合适的热处理下还可以。你问我为什么不用，在我看来溢价太高了，国产精炼到这个水平完全不用这么贵。况且这个系列保持性确实不高，尤其是用保持性测试仪进行标准化测试。
3、还有4cr13、5cr15mov等更没有任何兴趣了。
所以我想，要是有一个钢防锈比D2好一点，韧性远超9cr18这些，保持性不低于8cr13.当然，最重要的是价格要好便宜好便宜。这样做的玩具，既可以真的用，也可以不担心战损。

题外话：
我猜有人会问如何区分寨山特，很简单，做夹杂物、碳化物图进行对照。

三、        何为韧性——冲击韧性不等于韧性
韧性好的冲击韧性一定高，冲击韧性高的韧性不一定好。


这是因为冲击韧性实验，过程分为弹性变形——塑性变形——裂纹扩展。每一个阶段的冲击消耗功并不存在比例关系。

有的材料弹性变形吸收冲击功高，而塑性变形吸收冲击功低。有的材料正好反过来。还有的材料裂纹扩展阶段吸收了很高的冲击功。


不太清楚怎么和刀友说明白这个关系，我找了两个网图，假设图1和图2都是承受了相同的冲击，结果都扛住了此次冲击。那么过程是不一样的，有的依赖且止步于塑性变形，有的则是弹性加裂纹扩展为主。
注：图1、2不准确，只是为了便于理解。



图1



图2

虽然数值一样，但是因为过程不同，所以冲击韧性在工程上，不做为计算数值使用。也就是：
冲击韧性的数据是定性数据，工程上做主观参考使用。
而类似比如抗弯强度，是定量数据，工程上做客观计算使用。


图3
V口冲击试样，更加针对裂纹扩展阶段，所以结构件等普遍使用夏比V口冲击。对于高碳高合金高硬度的钢来说，裂纹扩展阶段普遍半斤八两。所以世界各国各个钢厂对这种钢，大多使用无缺口或者浅C口试样。
这样就可以叠加弹性变形、塑性变形阶段的数据，缺点就是无法更明确的细化主要消耗来源。


这也能部分解释为什么刀友会觉得，抛去热处理、钢企等原因，有些钢明明冲击韧性数据很高，但是好像实测没什么翻倍的效果。因为除了极个别做刀的钢种，绝大部分对阻止裂纹扩展并没有极为出众的能力。大家普遍能提升的只有弹性和塑性变形阶段。


例如退火的工模具钢，弹性极限很低，塑性很强，在冲击时，塑性变形吸收了大量冲击功。淬火之后，钢材变脆（相对退火），弹性极限升高，但不足以弥补塑性和阻止裂纹扩展能力的下降，最终导致冲击韧性数据下降明显。


四、        根据“结果”倒推成分
我已知了我的新钢目标。
1、        防锈高于D2，所以铬含量不能更低了，但是碳含量可以低，降低铬碳化物的尺寸和数量，基体就可以有更高的铬含量，从而提升防锈能力。但是过高的铬会降低韧性。
2、        增加钼和镍含量，除了提高防锈能力外，钼还能延缓回火脆性、提高回火硬度，而且钼是“粘合剂”，能把各种元素的碳化物“粘”在一起，减小碳化物尺寸，提高耐磨。镍的主要作用是提高防锈和韧性。过高的钼会导致一次碳化物拉跨。
3、        钒能提高耐磨性，同时细化晶粒，主要作用是，钒的碳化物，溶解温度偏高，在加热过程中，未溶碳化物会阻碍晶粒的增大。过高的钒也会让一次碳化物拉跨。
4、        特别重要的选手放最后面，就是铌。铌的碳化物溶解温度极高，在铸造时先析出，大量的铌碳化物，可以有效的细化晶粒。过高的铌会降低韧性，和钒一样，也会让一次碳化物形态变差尺寸变大。

传统冶炼不含铌的不锈钢，最大的问题就是，因为没有优秀的抑制晶粒长大的成分，导致淬火温度不可以提高，其铬的碳化物，尤其是大块的，很难大量溶解到基体中，这样，为了提高防锈能力，就要添加大量的铬，大量的铬又形成大量的大碳化物，恶性循环。

即使12C27这类，也没有优秀的抑制晶粒长大的能力，好在这类钢因为碳、铬含量不高（相对），碳化物尺寸小，良好的锻造轧制和退火，又可以优化碳化物尺寸和分布，在淬火时，温度无需过高，就可以溶解相当数量的铬和碳，基体的防锈和硬度都能得到足够的保证。

在成分上得出大概结果之后，我计算了碳含量，最终通过反复计算，得出一个成分表和操作温度。貌似大功告成了。交给中科院的研究所开炼。
注：对于炼钢，我是一窍不通，所以专业的事情交给专业的人员。

五、        一地鸡毛
拿到新钢钉手舞足蹈，先退火，然后下料，顺便切了几个刀，之后按计划，不同的炉子、不同的温度，分别开热。
等分别回火出炉之后，我先打硬度，我擦了个他哥。怎么都是50-56的叼毛硬度。我这心呀，拔凉拔凉的。


先拿光谱读数据，结果并无特别偏差。这个时候，我就知道，栽了。又等待了一段时间之后，冲击试样测试数据出来了，仅仅和9cr18mo系列一个水平。。。
对照电子显微镜和光学镜的图，我开始分析组织到底出了什么问题。第一感觉是成分设计有问题，第二是晶粒度不对，为了不浪费这块原材料。我再切了一堆试样，然后试图优化碳化物，最后淬到58送测。
忙碌了许久之后，第二次的冲击试验结果也出来了，比上次略好到略差都有。中间的空档期，我粗略的进行了盐水测试，估计2-300毫升的水，倒了几十毫克盐。结果出来之后，觉得达到目标了，即使不高的铬含量，也可以满足我的预期设想，日常防锈应该是问题不大，比D2要好的太多。没有严谨的测试，所以我预估这个防锈是“超预期”的。（详情见我之前发帖）
根据已知的数据、图、组织等，总体轮廓开始清晰了。下面开始反思~~~

六、        原来是这样



图4
根据图4的断口电镜扫描可以看到，断口具有明显韧窝特征，但是也有棱角锋利的大块碳化物。比如铌碳化物，几乎不容且外形尖锐，极容易在冲击时形成微观裂纹，形成裂纹源，大量的裂纹源连接起来之后，韧性急剧下降。


图5
图5 清晰的显示出不同的碳化物情况以及分布。首先最要命的是碳化物分布非常不均匀，这个和锻造不彻底有关系，也和成分有关系。亮色的“难溶”系列，高铌高钒在传统冶炼浇筑时，先析出本来是好事，但是由于铌钒含量过高，极具“吸力”，冷却时在微观上形成了扎堆的小团体，导致周围缺乏足够的铌钒类碳化物。含铬的高暗碳化物，也因为冷却时吸光了周边，所以变得粗大和不均。
由于基体缺乏均匀分布的含铌、钒碳化物，所以，没有阻碍晶粒成长的限制了，在合金缺乏的地方，晶粒疯狂长大。而碳化物扎堆的地方，晶粒又小的离谱。

总结，在微观上，成分是严重不均匀的。局部缺合金、缺碳，局部高和金、高碳。这个问题其实对传统冶炼无解，所以外国钢厂多以粉末冶金来根治。通过粉末冶金，可以有效的缩小碳化物尺寸形态、改善碳化物分布。

只是我不想做粉末钢，太贵了。国内现在也能做粉末钢。截至写稿的今天，经销商又来推荐国产的ASP系列、国产的M390\SXXX（寨博乐）系列粉末钢。在此顺便提个醒，大家玩的究竟是国产还是进口呢~~~哈哈哈
如果我改善一下碳化物呢？所以我就做了第二组试样。经过经验一通操作。结果如下



图6
有效，但是不多，首先基体出现了大量细小碳化物，非常细小，1um内。说明碳化物在一定程度上均匀化了，只是效果不高。



图7
很明显看到改善不力，同时出现了链状碳化物分布。
这说明，我改善碳化物分布时，操作有错误，导致改善和链状一同出现。因为这个钢的改善和链状存在理论上的博弈，容易顾此失彼。


七、        曙光已现，再接再厉。
小小流水账无法把整个分析、理解、重构等完整记录下来，我挑了一些有意思的点写了写。
我发现我犯的最大的错误，就是没有认真读资料，当我看到这个结果的时候，我去资料里面找原因，我发现，所有的问题，都在资料都写的清清楚楚，而我平时阅览的时候总是爱走马观花，没有一字一句的反复理解。
当我再次把一堆资料翻开，用手指着，一句一句反复朗读的时候，我觉得自己之前好自大。同时也感受到了喜悦，那种解决问题的喜悦、成就感。你看着自己亲手做的东西向好的方向发展，这种喜悦，不是简单的文字能描述的。


最后，材料本身的问题已经很明晰了。下一步，我改了很多成分。降低铌、钒、钼，减少一次碳化物的不良分布和形态，当然，这也会降低耐磨。同时钼的降低，也会降低防锈性，好在之前盐水测试我认为防锈能力“超标”，降低一些无妨。而且降低一次大块头碳化物，淬火时会溶解更多的铬钼，到底最终防锈是毫无变化，还是大幅降低，又或者反而提高了呢？有待测试。
热处理上，会根据这次经验，改变优化组织工艺，再做淬火，以期改善锻造缺陷。

成不成已经不是很重要了，在这个阶段，我学到了很多热处理书籍里没有的知识，由于亲身经历，很多东西比读一遍印象更深刻。当然，有人会说这玩意似乎不能发家致富，是的，没错的，不过打游戏也是玩，做这个不也是玩的一种么？有乐趣就可以了，不能做什么都优先考虑发家致富吧~~

最后
感谢大家阅览！谢谢！

落溪幽月

有啥好阅读的，研发失败了，结果好不容易做出来一把刀，批量卖卖，大家快买刀，和三刃合作的掉渣52100

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POS168898

落溪幽月 发表于 2023-08-28 16:22
有啥好阅读的，研发失败了，结果好不容易做出来一把刀，批量卖卖，大家快买刀，和三刃合作的掉渣52100

这霰弹枪打得........

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拉不达

上个帖子已经回复过一次，再发一次。
国外新出MagnaCut不锈钢，可以参考一下。另外这个钢材的发明者，对于钢材各种成分，对钢材个种性能的影响，有详细的分析说明与对比。
站在巨人肩膀上工作，可以省去很多弯路，可以看得更高远。。。。。。

s1jack

拉不达 发表于 2023-8-28 20:20
上个帖子已经回复过一次，再发一次。
国外新出MagnaCut不锈钢，可以参考一下。另外这个钢材的发明者，对于 ...

粉末冶金的思路，和传统冶炼不一样。区别大概是猴和人的区别。所以并没有参考价值。

因为粉末冶金技术解决了很多传统冶炼无法解决的问题，其范围扩展的非常非常非常广泛。几乎可以说随便组个成分表都能做出东西来。
但是传统冶炼，有一个“铸造-凝固”的过程。这个过程类似门禁系统，卡住了很多东西。

其次，M钢的主要追求保持性，并不是追求韧性。只是使用了粉末冶金技术提高了韧性的下限。如果使用传统冶炼技术做这个钢，做出来和废品没有任何区别，仅仅是4%的钒和2%的铌，就足以让传统冶炼的这块钢变成”渣“。
因为在钢水凝固的过程中，如此比例的高铌和高钒会形成巨大的、扎堆的一次碳化物，这个合金比例的一次碳化物，后续锻造也没有完全破碎揉开的可能性。只有粉末冶金在“成型阶段”对其“破碎'，才能正常生产使用。

ASLY

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