一些常见钢材的碳化物比较

nouserid

在网上偶见Devin Thomas的儿子Larrin Thomas贴出了一些常见钢材的金相照片，用来比较不同钢材内碳化物的尺寸与含量。我想这对于大家理性了解钢材和消除对“神钢”的盲目追求有所帮助，遂转来本论坛。同时，原帖内还有很多有益的讨论，我会逐步译出。人非圣贤，欢迎大家讨论和指正。

碳化物（金相图中浅色块状区域）
碳化物是分散在钢中的硬质颗粒，它为钢提供了耐磨性。同时，碳化物的存在增加了钢的脆性。

在诸多元素的碳化物中，碳化钒的硬度最高，其次分别为碳化钨、碳化钼、碳化铬和碳化铁。

一次碳化物（初级碳化物）
是在钢材冶炼期间形成的具有较大体积的碳化物，其直径最大可达40微米。它非常稳定，因而在热处理过程中无法溶于基体之中。

传统冶金方式（浇铸）的钢锭含有较大尺寸的碳化，即便是简单的碳钢。然而，传统冶金方式的碳钢能获得较小的碳化物的方式是其中的碳化铁可在锻造温度溶解，因而通过合适的锻造流程能获得较细小并均匀分布的碳化物组织。铬、钼和钒等元素的碳化物的硬度高于碳化铁，然而，它们的溶解性较差，或需要更高的溶解温度。因而，作为含有较高铬的不锈钢，会包含有大量未完全溶解的一次碳化物。

通过粉末冶金工艺制成的钢材，可以在维持高的碳化物含量的同时，确保细小、均匀的碳化物分布。这是相对于传统冶金方式的一个突出优点。

二次碳化物
是在热轧、热锻和退火过程中形成的。它的体积较小，平均直径约0.5微米。这些微小的碳化物为钢材提供了优良的抗磨损性，同时又不会损失锋利度和易磨性。

韧性
韧性受到多种因素的影响，但主要因素是碳化物的大小和含量。碳化物的尺寸和含量越大，钢材的韧性越低。当然，其它因素也会影响韧性。在提供金相图的这些钢材中，D2的韧性和第二名很接近，可因D2不是不锈钢，因而能部分解释这一现象。不锈钢的韧性天生较差，这是因为铬原子的大小和铁原子不同，从而会产生应力。然而，13C26因为较低的碳化物含量，使它的韧性可与碳钢相媲美。高的韧性降低了微观上崩刃（这在薄刃上常见）、崩刃和刀尖断裂发生的可能。韧性越高，支持的刃角就越小，从而切削性和锋利度就越佳。这里提供了钢材韧性从最佳到最差的排名。第1名（13C26）和第2名（S30V）在表现上有较大的差距，但其余钢材间的差异较小。19C27的排名有一定的不确定性，因而仅供参考。值得注意的是，排名在硬度同为60 HRC下进行。若在56 HRC下，440C的表现会好很多。

1. 13C26
2. S30V
3. D2, 19C27
4. CPM-154
5. 154CM, ATS-34
6. 440C

耐磨性
耐磨性无法从金相图上直接得出，这是因为不同的碳化物有着不同的硬度。刃越薄，耐磨性就越不重要，而拥有小的碳化物尺寸则十分重要。耐磨性从高到低的排列如下：

1. S30V
2. D2
3. 154CM, ATS-34, CPM-154
4. 440C
5. 19C27
6. 13C26

碳化物尺寸
大的碳化物颗粒有助于提高耐磨性。但是对于极锋利的刃而言，它们在研磨时会脱落，因而并不能起到提高耐磨性的作用。钢本身并不耐磨，即使是在68 HRC的硬度下，若没有碳化物的存在，也会较快变钝。这也就是有粗大碳化物的钢材会很快失去初始锋利度的原因，而且刃越锋利，这个过程会越明显。一个锋利的刃宽大约是0.5微米，或更小；钝的刃宽约为10-12微米。像CPM154这种钢材，其碳化物的平均尺寸在3微米以上，因而只有在它变“钝”一定程度（和刃角有关）后才能体现出它的高耐磨性。13C26的碳化物平均尺寸在0.5微米左右，其初始锋利度的保持性相对CPM154会好很多。但当CPM154“钝”到一定程度后，它的当前锋利程度能够保持许久。碳化物越小，刃角就能开得越小，因而能提供更良好的切割能力和锋利度。19C27亦较为良好，是因为它的一级碳化物较为细小，且分散均匀。你可以在金相图上画一根粗细合适的线来模拟刀刃，从而判断在刃口上能容下多少碳化物颗粒。碳化物尺寸从小到大的排列如下：

1. 13C26
2. S30V
3. 19C27
4. CPM-154
5. 440C
5. ATS-34 and 154CM
6. D2

为了形象地展示碳化物尺寸带来的差别，附上两张刃口显微照片。它们分别对应用13C26和440C做成的刀刃。







强度
强度和硬度呈正相关。钢材拥有越小的碳化物颗粒和越高的韧性，则其在不显脆性下可达到的硬度就越高。硬度越高，刃角就可取得较小，从而能获得较好的切割性能和锋利度。对于440C而言，它并不能获得比61 - 62 HRC更高的硬度。而其它的钢材能达到63 - 64 HRC。问题的关键在于，对于某一特定应用，是否有必要获得高的硬度。

易研磨性
除了S30V极难研磨外，其余列出的钢材都较易研磨。13C26较其余的钢材而言有着极易研磨的特性，这得益于它拥有的极细的碳化物尺寸和较低的碳化物含量。大的碳化物颗粒在研磨极锋利的刃时容易从刃上脱落，形成微观上的“锯齿”。这一现象可能易被忽视，但其发生是客观实在。

刀刃稳定性
刀刃稳定性由强度、韧性和碳化物尺寸综合决定。简单地说，它是衡量刀刃在不崩刃和卷刃情况下能达到的最小厚度。最佳稳定性的情况就如碳钢被硬化到66 HRC（碳含量为能达到该硬度的最低值），在这种情况下，细小碳化物的含量较低，因而有着良好的韧性。13C26在不锈钢中有着最好的稳定性。


各种常见钢材的金相照片如下：

























（来源：http://www.knifeforums.com/forums/showtopic.php?tid/797292/tp/1/）

nouserid

“托马斯”不锈钢大马士革杂谈
因为帖子原作者是“托马斯”（Devin Thomas）的儿子，这里顺便提一下他的大马士革钢。Devin的大马士革以花纹规整为卖点。通过Youtube上Devin发布的视频可知，他采用了二辊轧机配合汽锤延压钢板。这是他获得规整花纹的核心要素。大多数的人，采用的是单纯的气锤，或液压机延压，因而不可避免地造成花纹有一定的“失真”。类似的，瑞典Damasteel也采用二辊轧机延压，从而保证花纹的规整性。不过就个人观点，太过规整、一成不变的花纹会很快产生“审美疲劳”。而有“变化”（失真）的花纹，反而显得更有生机一些。

Devin常规的不锈钢大马士革采用了AEB-L（即Sandvik的13C26）和304（或302）配合。304是低硬度的奥氏体不锈钢，有着（相对于马氏体不锈钢）极低的含碳量，因而其抗腐蚀性能极佳。在酸洗后，304部分保持银亮的本色，而AEB-L部分则为灰黑色，形成了显著的反差。根据Larrin所说，Devin的采用这种组合已经至少有15年了。AEB-L有一个关键的优势，就是其成分简单，不含复杂的合金成分。这对于锻合的可靠性而言非常重要。一位曾与Devin共事多年的网友"Arthur Washburn"提到，即使是Devin这样的老手，在制作不锈钢大马士革时，仍存在着不确定性。同样的工艺和材料，有时会莫名失败。因此，虽然他可以订制使用高合金不锈钢（440C、154CM等 ）制作的大马士革，但带来的不确定性和潜在问题会高许多。这些问题往往在刀的使用中会发生。曾有美国刀匠“成功地”制作了440C的大马士革，但用其制成的刀却频频断裂。刀匠本人对此也一头雾水，因此可见一斑。

简而言之，对于Devin Thomas的大马士革，主要价值还是在美观上。为了追求“性能”而采用高合金不锈钢，似乎有些与初衷背道而驰。另外，有趣的是，Devin的兄弟Rob Thomas在与他分家后，也在独立经营不锈钢大马士革。我见过Rob的作品，感觉还欠点火候，但优点是价格相对便宜。因此在购买时，须问清楚是哪位“托马斯”的作品。

当然，也有刀匠在提高不锈钢大马士革耐磨性上下功夫的。Mike Norris的大马士革采用19C27和302的组合，并夹入D2。其目的是为了让D2层暴露在刃口上，提供良好的耐磨性。同时，高碳的19C27也能部分缓解脱碳带来的不良影响。但相对Devin的大马士革，显得比较小众。

美国还有一位刀匠，Chad Nichols，也提供不锈钢大马士革。卖点是价格优势，购买也较方便。所采用的材料组合是AEB-L和302。

相关视频：
Devin Thomas的作坊：https://www.youtube.com/user/DevinThomasDamascus/videos
Damasteel车间：https://www.youtube.com/watch?v=7NFBkpUGv08

nouserid

总结
大家应该能意识到，从来就没有什么̶救̷世̷主̷“神钢”。如何选取一款适合自己应用的钢材才是关键。高合金不锈钢有其适用的范畴，但并不表明能解决一切问题。如要求高的锋利度和易磨削性，那13C26会是一个不错的选择。虽然从成分上看并不“精彩”，但不代表它不是一款好的钢材。

寶藏獵人

楼主发了很有意义的帖啊

fxst888

这个是什么状态下的？
另外，这个跟硬度和韧性之间的关系，建议楼主跟大家科普一下啊。
有没有淬火回火后的对比图？

肉店屠夫

额，求科普啊，小白有点看不懂

〓闲人野客〓

新类型的科普，坐等更新

nouserid

fxst888 发表于 2015-6-9 19:34
这个是什么状态下的？
另外，这个跟硬度和韧性之间的关系，建议楼主跟大家科普一下啊。
有没有淬火回火后 ...

材料的热处理状态未知，我和作者联系下，看是否能获得这一信息。您提的建议很好，我会逐步添上。关于淬火后和回火后的金相，容我再搜集点资料补充上去。谢谢。

肉店屠夫

涨姿势了~感谢楼主分享。

六六六

太深哦了

neobilly

请问13C26通俗名称是什么

nouserid

感谢"AC米兰"兄的评分，这对我是个极大的鼓励。

关于13C26（Sandvik的产品），和Uddeholm的AEB-L是几乎一致的。至于对应的国产牌号是什么，我不清楚。但是这款钢的主要应用就是做刀的，因而针对该应用优化了碳化物的含量和尺寸，使之具备了良好的韧性、锋利度和易研磨性。对于“刀”的要求和应用，我想每个人也不尽相同。但大家兴许可以把目光从“神奇”的高合金不锈钢上转到如13C26这样“不起眼”的钢材上，重新审视下自己真正的需求。

天上的狙击手

楼主的帖子好评。

煤油8800

S30V的韧性居然这么好？

西蜀印痴

好文章，路过下载，学习！！！

loveel

现在我觉得热处理比刚才重要多了     很多化腐朽为神奇的例子和化神奇为腐朽的      已经让我不咋关心钢材了  

田螺饭

好有营养的帖子，感谢楼主分享

m8848

学习贴要顶

zhao664464

nouserid 发表于 2015-6-9 18:17
“托马斯”不锈钢大马士革杂谈
因为帖子原作者是“托马斯”（Devin Thomas）的儿子，这里顺便提一下他的大 ...

兄给的是youtube的链接，麻烦再给一个翻墙软件吧，呵呵呵，我看不了啊。

阳光猪

s30v在58以下的时候，是非常好的不锈钢。
就是搞不懂，为什么都要把不锈钢的硬度做到60以上。57、8不好吗？