来源：

https://knifesteelnerds.com/2021/10/19/knife-steels-rated-by-a-metallurgist-toughness-edge-retention-and-corrosion-resistance/

辣条拿来_都是我的 译

耐腐蚀性能,边缘保留,钢材和刀具特性,韧性

感谢Bill Smutz、Alex Topfer、Florian Bachler、Brunhard、Art、Rod H、Sach、Jinny Koh、Jon Duda、Cory Henderson和UPKnife成为Knife Steel Nerds Patreon支持者！迈克尔·菲茨杰拉德 (Michael Fitzgerald)、蒂姆·马莱斯 (Tim Marais) 和 Head VI 不断做出的贡献。感谢支持者，获得下面显示的所有实验结果。

我还有一个视频，总结了下面的一些信息，同时还展示了一些实验的工作原理。然而，许多信息仍然是本文特有的。我认为它们是互补的，你应该观看/阅读两者。

https://youtu.be/dg4qcdDba9w

在进入评级之前，我有一个（相对）简短的介绍，其中有一些重要的事情可以将它们放在上下文中。这样您就可以快速了解钢材等级。大多数关于评级如何生成、各种注意事项和细节等的讨论都是在评级之后进行的。如果您想了解更多内容，请继续阅读评级。

2018 年，我在网上写了一篇关于刀具钢评级的文章，我的结论是，这些评级都不是很好。在文章的最后，我列出了为什么我没有制作自己的评级图表的原因，两个主要原因是：1）我还没有文章解释什么是边缘保留和韧性（这是早期的）在《Knife Steel Nerds》中），2）我对许多钢材没有良好的实验数据。这两件事都不再是问题，因为我现在有太多的文章和一本书。我对刀具钢做了很多实验工作，我对自己的评级更有信心。还有一些事情我不知道，但我们有足够的信息可以在无法获得数据的情况下做出有根据的猜测。我保留根据新信息更改我的评级的权利。

韧性是衡量钢材抗断裂能力的指标。就刀而言，这可能是边缘缺口或折断的刀。边缘保持力是刀具在切割过程中保持切割能力的能力。我将重点关注CATRA 边缘保持力，它测量刀具的磨料磨损。我对不同的刀进行了大量研究具有相同的锐化和边缘几何形状。我想强调的一个重要概念是，没有一项性能是最重要的。许多钢材评级似乎过分强调边缘保持力。或者，即使他们试图更加开放地认识韧性的重要性，高边缘保持钢的良好声誉也意味着他们的韧性评级随之夸大。韧性和边缘保持力通常是相反的性能，并且很难同时提高这两者。因此，我将根据韧性-边缘保留平衡以图形方式显示钢材的评级，其中高且位于右侧的钢材具有最佳组合，并且您可以根据所需的韧性或边缘保留水平来为刀选择钢材。没有一种钢材的韧性和刃口保持力都达到“10”。或者甚至在两个类别中都获得7分。

在我们获得评级之前，另一个重要的警告是这些评级仅适用于钢材。这并不能预测哪把刀会切得更长或更耐碎裂。原因是锐化和边缘几何形状也会极大地控制属性。例如，请参见下图，了解单一钢材（本例中为154CM和CPM-154）的边缘保持力会随着边缘几何形状的变化而变化。使用10 dps锐化（图表中包含20度）可将边缘保留率提高到25 dps的大约5倍。

Edge angle (degrees)——边缘角(度)

抗碎裂和边缘变形的能力也类似。钝角边缘比锐角边缘更能抵抗碎裂。因此，根据刀的类型和预期用途设置刀刃几何形状非常重要。这是锐角改进的切削能力和边缘保持力与钝角的坚固且抗碎屑边缘之间的主要权衡。下面显示了一把61 Rc刀在不同能量水平下受到3/16英寸杆冲击的图片。25dps 锋利的刀在2英尺磅的重量下几乎没有看到刀刃损坏，而15 dps的刀刃在仅0.3英尺磅的重量下就看到了明显的切屑，在1.4英尺磅的重量下则出现了灾难性的切屑。这些图片取自我的《刀具工程》一书。

我将首先给出评级，然后对如何创建评级进行更多解释。

这些钢通常用于锻造刀匠、传统折叠刀和一些固定刀片的生产。碳钢是指主要添加碳并添加一些锰或硅的钢。低合金工具钢添加少量合金以提高“淬透性”因此它们在油中比在水中更容易硬化。水是一种严重的淬火剂，通常会导致翘曲或开裂。其中一些钢还含有钒(CruForgeV) 或钨（Blue Super、V-Toku2、1.2519），以提高耐磨性。一般来说，较高碳钢具有较高的边缘保持力，但韧性较低。该组中可用的最大刃口保持力并不是特别高，因为大部分耐磨性来自碳化铁，也称为渗碳体，它是不同碳化物类型中最软的。从积极的一面来看，它们很容易锻造和研磨。

对于需要极高韧性的大型刀具来说，8670和5160是不错的选择。52100和CruForgeV适合通用刀具。Blue Super和1.2562具有较高的刃口保持力，但韧性相对较低。ApexUltra是我们正在研究的一种钢材，在小批量生产（50磅）中具有优异的性能。我很期待看到它在全面生产中是否表现出色。

碳和低合金工具钢等级

               钢                         韧性                 边缘保持性                         耐腐蚀性

Edge Retention——边缘保持性

高合金工具钢设计为空气硬化，因此它们的冷却速度甚至比上述油硬化钢还要慢。这有利于大批量热处理和均匀冷却，从而大大减少翘曲和尺寸变化。高速钢是添加了大量 Mo 和/或 W 的子集，使其在用于机械加工时能够抵抗软化。然而，与低合金钢相比，性能上的巨大差异是这些钢中存在更硬的碳化物。碳化钒是钢中形成的最硬的物质之一，碳化铬介于碳化铁和碳化钒之间。钒含量非常高的钢，如Vanadis 8、CPM-10V、K390、CPM-15V等，具有极高的刃口保持力。Maxamet和Rex 121在耐磨性和边缘保持性方面非常出色，以至于我对它们的评分高于10，因为否则它会影响其他所有评分。CPM-1V和Z-Tuff/CD#1等低钒粉末冶金钢具有极高的韧性。具有平衡性能的最佳钢材包括4V/Vanadis4E、CPM-CruWear和CPM-M4。我最喜欢的高边缘保持组是Vanadis 8和CPM-10V。

高合金工具钢和高速钢等级

               钢                         韧性                 边缘保持性                         耐腐蚀性

Edge Retention——边缘保持性

不锈钢是高合金工具钢的另一个子集，其中含有足够的铬，具有不锈钢的耐腐蚀性能。你不能只看钢的铬含量来了解耐腐蚀性的水平。例如，D2含有足够的铬来达到不锈钢的要求 (~12%)，但其高碳意味着会形成过多的碳化铬，从而留下足够的铬来达到不锈钢的耐腐蚀性水平。MagnaCut的铬含量是以下所有钢中最低的，但其所有铬都在溶液中（不含碳化铬），并且它不含碳化铬的事实也使其在给定量的铬下具有最高水平的耐腐蚀性。添加钼还可以提高给定量铬的耐腐蚀性。

与高合金工具钢一样，钒的含量可以成为预测耐磨性和刃口保持力总体水平的捷径。CPM-S90V是我最喜欢的高边缘保持类别，因为它具有不错的韧性。与S90V相比， S110V以牺牲一些韧性为代价提高了耐腐蚀性。AEB-L和14C28N是高韧性组中最好的。LC200N具有与这两者类似的特性，但具有盐水级别的耐腐蚀性。主要缺点是钢更难热处理，并且硬度不能超过 60 或 61 Rc。最平衡的是CPM-MagnaCut它位于图表上的一个区域中。该钢不含碳化铬，因此具有类似于 CPM-4V 和 CPM-CruWear 等平衡非不锈钢工具钢的性能。与 MagnaCut 相比， Vanax放弃了一些韧性和硬度，以达到耐盐水水平的耐腐蚀性。与 LC200N 一样，它的最高硬度约为 60-61 Rc，并且需要相对仔细的热处理才能达到那么硬。但对于需要极高耐腐蚀性的应用，这是我的建议。

不锈钢等级

               钢                         韧性                 边缘保持性                         耐腐蚀性

Edge Retention——边缘保持性

我有上述钢的平均成分（加上一些额外的成分），这样你就可以看到不同名称的含义。每个元素都有一个可接受的范围，因此这并不意味着1084总是含有0.84%的碳。图表中并未显示所有元素。例如，对于几种碳钢，Si空间为空白，因为它们具有相对较宽的可接受范围，而不是因为未添加该元素。对于高合金钢，根本没有显示出Mn和Si，尽管这些元素都添加到了所有高合金钢中。这是为了将注意力集中在产生最大影响的元素上。

实际上，我不建议爱好者花那么多时间分析不同钢材的确切成分并试图猜测它们的特性。即使是冶金学家也很难仅根据元素来估计特性。它们之间的相互作用如此之多，如果没有建模软件，预测就很困难。一般来说，高碳钢和高钒钢具有较高的耐磨性和刃口保持力，但韧性较低。铬含量至少为10%的钢可能是不锈钢，除了D2和ZDP-189等几个重要的例外。

碳钢成分

低牌号合金钢成分

高牌号合金工具钢的成分

高速钢的成分

您可以在本文中阅读我的CATRA边缘保留测试。每种钢都用专门为测试生产的刀进行测试，然后每次测试都以相同的方式进行磨刀（15dps 400粒度CBN磨刀）。此后又添加了一些钢材，例如MagnaCut和M398。我还在这项研究中添加了更多钢材。研究证实，主要控制因素是钢的硬度、碳化物的体积和碳化物的硬度。边缘保持力最高的钢是Rex 121，其Rc为70，并结合了大量高硬度碳化钒。我们可以根据硬度和碳化物体积来预测钢材在相对较窄范围内的边缘保持力。我们应该对那些声称使用低硬度和少量碳化物的钢具有非常高的边缘保持力的人表示怀疑。下图的虚线表示硬度对任何给定钢材的平均影响。因此，您可以通过跟踪这些线的斜率来估计硬度变化对边缘保留的影响程度。

Hardness (Rc)——硬度(同国内洛氏硬度HRC)

下面显示了碳化物硬度的图表，我们创建的方程是根据边缘角度、硬度和碳化物体积来预测边缘保留量，然后图表显示了良好的相关性：

Composition——成分

Hardness (Vickers)——硬度(维氏)

Hardness (Rc)——硬度(同国内洛氏硬度HRC)

TCC (mm) = -157 + 15.8*硬度 (Rc) – 17.8*边缘角度(°) + 11.2*CrC(%) + 14.6*CrVC(%)+26.2*MC(%)+9.5*M6C (%) + 20.9*MN(%) + 19.4*CrN(%)

Measured CATRA (mm)——实测边缘保留量（mm）

对于韧性，仅链接到一篇文章有点困难，因为我并没有真正对我们所做的所有韧性测试进行总结。大多数情况下，它都是零碎地介绍我们在优化不同钢材（如CPM-CruWear、AEB-L、52100）的热处理方面所做的所有研究等。我们使用尺寸为2.5 x 10 x 55 mm的小尺寸无缺口夏比测试。每次测试均使用3个或更多样本进行，以获得良好的平均值。下面的图表总结了迄今为止讨论的主要类别的不同钢的测试，包括低合金钢、高合金非不锈钢和不锈钢。一般来说，钢的碳化物越多，碳化物越大，韧性越低。与边缘保持力不同，碳化物的硬度并不重要。还有一些其他复杂的因素，例如固溶体中的碳和板状马氏体，特别是在本文所述的低合金钢中。

Hardness(Rc)——硬度(同国内洛氏硬度HRC)

Toughness (ft-lbs)——韧性(英尺-磅)

在之前的一些文章中，我展示了韧性和边缘保持测量之间的平衡，如下图所示，其中高合金非不锈钢为橙色，蓝色为不锈钢：

Toughness (ft-lbs)——韧性(英尺-磅)

然而，这些图表的一个问题是韧性的差异是韧性的线性标度对于可视化实际韧性差异有点误导。如果您查看图表，您可能会注意到，在高韧性水平下，如果仅增加相对较小的边缘保留量，韧性就会大幅下降。例如，将边缘保持力从Z-Tuff增加到3V（CATRA 测试中为100毫米）会导致重量下降超过10 ft-lbs，从3V增加到CPM-CruWear也会出现类似的下降。但如果您在CATRA测试中观察从Maxamet到Rex 121增加100毫米，韧性仅下降1-2英尺磅。然而，这些不同示例之间的韧性相对差异是相似的。当我们在对数刻度上绘制韧性与边缘保留率时，我们会得到一条直线，可以更好地可视化韧性差异。这是我进行评级的基础，而不是线性尺度。

Toughness (ft-lbs)——韧性(英尺-磅)

在上述所有情况下，性能很大程度上受碳化物控制。为了获得高耐磨性和边缘保持力，您需要大量硬质碳化物。为了获得高韧性，您需要很少或不需要碳化物。因此，主要的权衡在于您需要在钢中添加多少碳化物来保持边缘，而不会对预期的刀具和使用者造成太多的韧性下降。仅含有碳化钒的钢具有最佳的性能平衡，因为碳化物的硬度对于刀刃保持力很重要，但对于韧性却没有影响。因此，硬质碳化钒意味着在一定量的碳化物下，您可以获得更多的刀刃保持力。您可以在本文中查看不同刀具钢的显微照片来比较它们的碳化物。下面我展示了 AEB-L、CPM-10V 和 Rex 121 之间碳化物体积的差异，以了解高刃口保持力钢中碳化物的含量。

粉末冶金是一种旨在保持较小碳化物尺寸的技术。请在此处阅读有关其工作原理的更多信息。它对于含有大量碳化物的钢最有用，但也有助于添加某些碳化物类型。在传统钢生产中碳化钒非常大，但在粉末冶金中碳化钒非常小。对于传统钢，钒的添加量限制在 4-5% 左右，而粉末冶金技术发展后，钒的添加量大大增加。粉末冶金测量性能的最大变化是韧性。下面显示了 D2 和 CPM-D2 之间的碳化物结构比较，以及 CruWear、D2 和 154CM 的传统版本和 PM 版本之间的韧性测量。

Powder Metallurgy——粉末冶金

Toughness (ft-lbs)——韧性(英尺-磅)

对于含有少量碳化物的钢，碳化物的尺寸可以通过加工保持较小（参见本文前面的AEB-L显微照片）。大多数低合金工具钢和碳钢未经粉末冶金加工也具有细小的碳化物组织。因此，粉末冶金对于某些钢来说不是必需的，甚至可能稍微有害。随着耐磨性的提高，传统钢和粉末冶金钢之间的差异变得更大。

耐腐蚀性能

我通过对1 x 1.5英寸试片进行热处理，精加工至约400目砂，然后喷水来测试钢材的耐腐蚀性能。镜面表面最能抵抗腐蚀，而粗糙表面则更容易生锈和腐蚀。蒸馏水可以区分不锈钢钢和非不锈钢钢。这表明XHP和ZDP-189的耐腐蚀性明显低于其他不锈钢。1%的盐水会在其他不锈钢之间分离。只有Vanax和LC200N没有受到3.5%盐水溶液的腐蚀，尽管MagnaCut很接近。在本文中阅读我的测试。下面显示了 MagnaCut 与其他标记为“新钢”的钢材的测试结果。

然而，腐蚀不仅仅涉及外观和生锈，还会影响边缘性能。我用440A（不锈钢）、D2（具有一定耐腐蚀性的高合金钢）和1095（不耐腐蚀）的刀具进行了测试。我将每个浸入柠檬汁中，然后放在露天，并在30、100和300分钟后进行测试，每次都再次浸入柠檬汁。1095 存在明显的锐度损失，440A几乎没有锐度损失，D2介于两者之间。

Force to cut thread (grams)——切断线所需的力(克)

对于我评级的钢，我给它们一个单一的评级，而不是基于可以执行的不同热处理的范围。一般来说，随着硬度的增加，钢材“看起来”会更差，因为韧性的降低超过了边缘保持力的增加。因此，对于大多数钢来说，除了少数从未在该硬度下使用过的钢之外，它们的额定值约为 59-62 Rc。下面是一些钢材的例子，我对这些钢材的韧性和边缘保持力进行了硬度范围的测试。您可以看到，64Rc AEB-L的韧性和刃口保持力均低于61Rc MagnaCut，因此我觉得一般来说，您可以更好地了解钢材与单点的配合位置。另外，图表变得更加混乱，而且我并不总是拥有各种硬度值的数据。

Toughness Rating——韧性等级

虽然较高的硬度确实会改善边缘保持力，但具有较高硬度的更大原因是为了抵抗边缘变形。这对于切碎刀和薄刃刀具尤其重要，以增强切割能力和边缘保持力。例如，下面的视频比较了55-57 Rc的1095 ESEE刀和62.5 Rc的MagnaCut刀，两者具有相同的刀刃角度。两把刀都被钉子砍断了。ESEE 刀刃有明显损坏，而MagnaCut刀则没有。这不一定是因为具有优异的韧性，而是因为MagnaCut的硬度较高，因此具有优异的强度。MagnaCut非常好的韧性意味着尽管硬度相对较高且测试难度较高，但它不会碎裂。

https://youtu.be/-j_UYX8CgVs

许多钢铁评级文章只是口头上强调热处理的重要性，但没有提供示例。我的评级是“最佳”热处理。我的意思并不是说不可能进行更好的热处理，而是可以避免热处理中的重大错误。刀具制造商或热处理公司进行的热处理当然有可能具有次优的性能。我有一篇文章列出了热处理中经常犯的主要错误。

奥氏体化是在淬火（快速冷却）之前将钢加热至高温以使钢硬化的过程。如果钢在奥氏体化过程中过热，韧性可能会大幅降低。请参阅下图，显示52100钢被刀匠（无意中）过度奥氏体化，他给我发送了用于韧性测试的样品。使用受控炉热处理导致在61-62 Rc下韧性约为23-28 ft-lbs，而刀匠热处理的样品为7 ft-lbs或更低。

另一种常见的热处理选择（甚至不被归类为“错误”）是在高温状态（~1000F）而不是低温状态（~400F）回火。钢淬火后，重新加热至较低温度以增加韧性并降低硬度。随着回火温度的升高，钢会软化，但某些钢在特定的较高温度范围内硬度会增加，如下图所示，是针对此类回火而设计的高速钢：

Hardness，HRc——硬度，洛氏硬度

进行这种高温回火有几个原因，例如在研磨过程中更好地抵抗过热，或者因为需要在需要高温的刀上涂上一层涂层。然而，在我们的测试中，使用高温范围而不是低温范围会降低韧性，例如在CPM-CruWear (Z-Wear)或CPM-10V中发现的情况。在1000°F回火的10V样品为4-5英尺磅，而在4-500°F回火的样品为7-8英尺磅。

对于不锈钢来说，较高回火温度可能是一个更大的问题，因为在1000°F（而不是400°F）回火会显着降低耐腐蚀性。硬度的提高来自于钢中细小碳化物的沉淀，其中包括碳化铬。钢在溶液中失去一些铬以提高耐腐蚀性，形成这些细小的碳化物以提高硬度。这可以将超耐腐蚀的LC200N或Vanax变成“普通”不锈钢，只需1%的盐水就会生锈。下面显示了Vanax在1%盐水中24小时后在400华氏度（左侧）和1000华氏度（右侧）下回火的情况：

还有许多其他方法可以通过热处理来降低刀具钢的性能，但我无法在本文中涵盖所有这些方法，因此希望这些说明性示例就足够了。

通常，耐腐蚀性的提高意味着给定钢的潜在硬度的降低。Vanax 上的这篇文章对此进行了描述热处理。非不锈钢可热处理至66 Rc甚至更高，具体取决于特定钢。不锈钢的最高温度通常约为64 Rc，可能需要仔细的热处理才能达到该温度。相反，超高耐腐蚀性钢Vanax或LC200N的最大耐腐蚀性约为60-61 Rc。要达到这些硬度水平，需要进行低温处理和严格的温度控制。大多数刀具的目标值为63 Rc或更低，因此不锈钢的这种限制并不总是发挥作用，但对于某些以高性能和薄边缘为目标的刀具来说可能是一个重要因素。下面显示了几种不锈钢刀具钢的近似最大硬度与不锈钢等级。换句话说，这是对钢材之间的比较，而不是对单个钢材的限制。

Max Hardness (Rc)——最大硬度(同国内洛氏硬度HRC))

影响刀具钢成本的最大因素是采用传统钢锭技术还是粉末冶金技术生产。然而，还有其他因素。一些钢铁公司的收费高于其他公司。有些钢材对于钢铁公司来说更难制造，或者含有更昂贵的合金元素，因此成本增加。从欧洲进口钢材到美国，反之亦然，通常会增加成本。中国生产的钢材普遍较便宜。可用性差可能会有效增加钢材成本。在许多情况下，刀具公司使用钢材的成本比钢材本身的成本更重要。小刀中的钢材总量相当少。然而，高耐磨性意味着磨料消耗得更快，需要更仔细的研磨以避免过热，精加工和抛光更加耗时等。高韧性钢无需粉末冶金即可生产，并且具有低耐磨性，可降低制造成本。高耐磨钢的购买和加工成本更高，特别是因为许多钢需要粉末冶金。你可以阅读我写的关于预算钢材的文章。

我没有提供锐化难易程度的评级。一般来说，这是表示难以磨掉钢材的“代码”。在这种情况下，锐化的难度将与边缘保持等级成反比。换句话说，Rex 121 是最难磨的，5160 和 8670 是最容易磨的。然而，即使在这种情况下，也存在碳化物和磨料硬度的复杂因素。最常见的磨刀石中使用的是氧化铝，它比碳化钒更软，这使得磨削高钒钢更加困难。金刚石和立方氮化硼磨石使这些钢材的刃磨变得更加容易。然而，我认为纯粹的材料去除通常并不是易于锐化的限制步骤。边缘去毛刺通常比去除材料来产生边缘需要更长的时间。较软的钢通常会形成较大的毛刺，并且更难以去毛刺。热处理不当的钢含有过量的残余奥氏体，这使得它们极难去毛刺。通常，据报道“难以”磨利的钢材实际上热处理不当，去毛刺也很困难。

钢材评级并不是根据钢材的优劣来对钢材进行“排名”，而是了解不同的平衡，例如韧性与边缘保持力。其他可以添加的因素包括耐腐蚀性、硬度和成本。没有一个单一类别意味着某种钢材比另一种钢材更“优质”或“更好”。热处理和边缘几何形状对刀具性能的影响比刀具中使用的特定钢材更重要。最好的情况是为刀具和用途选择钢材、热处理和几何形状。您可以在我的《刀具工程》一书中阅读有关这些因素的更多信息。