Попробуем разобраться, какую роль играет сталь в качестве ножа?

О ножах и железках

Самый распространенный вопрос, который задает человек, выбирающий нож – а из какой он стали? И ответ на этот вопрос часто определяет решение этого самого человека относительно приобретения этого самого ножа. И этим пользуются производители. В том числе и мы.

Попробуем разобраться, какую роль играет сталь в качестве ножа, какие вообще бывают железки и как с этим жить.

Как говорил незабвенный И.А. Скрылев – нож, это заточенная пластина металла. В обшем то он прав. И основное предназначение ножа – резать (иногда колоть, иногда – ковырять, открывать консервные банки и цинки, отжимать двери, отрубать горлышки бутылкам…) И реализуется это клиновидной формой рабочей части обсуждаемого предмета. Она так и называется – клинок. Далее мы и будем рассматривать только клинки и клинковые материалы.

Как работает клинок – да элементарно. Прикладывая к полосе клинка определенные усилия, мы создаем на режущей кромке (далее РК) достаточно высокие давления, которые превышают прочность разрезаемого материала. На самом деле механизм реза более сложен, важную роль играет ещё и микрогеометрия РК и характер ее взаимодействия с разрезаемым материалом, но, в общем и целом, надо понять, что создание достаточного давления на РК (это может требовать и совсем небольших усилий) – необходимое для реза условие. Как правило, у реза есть 2 компонента – собственно давление и протяг РК по разрезаемому материалу. В зависимости от задачи может превалировать один или другой компонент, но можно выделить “рез давлением” и “рез потягом”. С первым мы имеем дело, например шинкуя салат или строгая твердую деревяшку, со вторым – разрезая кожу или перерезая пеньковый канат. Собственно, каждый по своему опыту примерно представляет, как нужно резать каждый конкретный материал.

Вот так незаметно для себя мы сделали важнейший вывод – задачи бывают разными, способы их решения – тоже разные, и самое главное – они требуют разного инструмента. В переводе на русский – для каждой задачи будет оптимален свой нож. Нарезать хамон – один, рубить гвозди – другой… Даже для более узкого спектра задач, если важно удобство и производительность, удобнее пользоваться разными ножами. Например, скатка профессионального повара-“европейца” содержала до 27 предметов, из которых более 20 ножей. А если добавить сюда ещё и «японию»… Тем не менее, большинство людей вполне обходятся на кухне парой-тройкой ножей (а то и одним, который ещё Ленина видел) и это их вполне устраивает… Собственно, баланс между удобством выполнения отдельных задач и количеством (а соответственно, и ценой) инструмента – личное дело каждого.

Наверное, каждый понимает, что инструменты бываю разного качества.

Чем же отличается хороший нож от плохого? На мой взгляд, тем, что позволяет выполнить конкретную задачу максимально качественно, быстро и комфортно. Не важно, что мы делаем, чистим яблоко, режем вражину или рубим рельс – нас либо устраивает, как с этим справляется нож, либо нет. Ещё один важный момент – нож, отлично справляющийся с одним, может быть совершенно непригоден для другого.

Если сконцентрироваться на клинках, то мы можем вспомнить, что чистить яблоко или картошку даже очень качественным “ломиком” — ой как неудобно… А попытка открыть банку тушенки янакибой — скорее всего приведет к поломке ножа.

А вот тут мы сделали ещё один важный вывод: каждой задаче – свою геометрию клинка.

Геометрию клинка можно разделить на общую, геометрию спусков и геометрию и микрогеометрию РК. Забегая чуть дальше, скажу, что именно выбор правильной геометрии под задачу (ну или спектр задач) есть основа хорошего ножа (да здравствует Прокопенков !!!). А материал клинка – средство реализации этой самой геометрии.

Вот, наконец-то, дошли до клинковых материалов. Отправив всякую экзотику в сад, рассмотрим стали, из которых могут изготавливаться клинки ножей.

Что же такое сталь? А это сплав, в котором железа не менее 45% и больше, чем любого другого компонента. Стоп, а как же про “сплав железа с углеродом, в котором углерода меньше 2.14%”? Отвечу – это было давно и неправда. И с тех пор много воды утекло.

Собственно, 2.14% взяты с диаграммы состояния железо-углерод и соответствуют точке появления эвтектики (ледебурита в структуре стали) при равновесных условиях. В реальности, из за ликвационной неоднородности, эвтектика присутствует уже начиная с примерно 1.7-1.8% С. И именно там раньше и проходила граница сталь-чугун на основании способности сплава принимать горячую деформацию в обычных условиях. Современные стали в подавляющем большинстве легированные и применять к ним критерии вековой давности наверное неправильно. Например, некоторые из современных порошковых сталей содержат более 3% углерода.

Какими же свойствами должна обладать сталь для клинка?
Твердость!!! … И будете правы. Здесь вроде бы все понятно. Сталь должна быть как минимум тверже, чем разрезаемый материал. От твердости зависит износостойкость (для разных сталей по разному), а значит и способность сохранять заточку, сопротивление смятию (от этого например, зависит способность сохранять тонкую РК ) и целый ряд других свойств. Исторически сложилось, что твердость закаленных сталей наиболее часто определяют и по методу Роквелла, шкала С (обозначается HRc). Обычно твердость термообработанных клинковых сталей лежит в диапазоне 42-67 HRc, наиболее часто – 52-61. При более детальном рассмотрении надо понимать, что как правило, твердость стали – типа средней температуры по больнице, ибо у разных структурных элементов она разная. Более того, к одной и той же общей твердости можно прийти сильно разными путями и с сильно разным результатом.
Прочность. А вот здесь все в кучу. Помимо собственно прочности, то есть способности выдерживать без разрушения определенные нагрузки, сюда часто относят и то, что в английском достаточно ёмко описывается понятием toughness – однозначного перевода на русский язык нет, наукообразно всё это называется “критерии (или факторы) конструкционной надежности”. Здесь и работа разрушения и ударная вязкость и параметры пластичности и трещинностойкости и ещё около 60 параметров. Короче, все это вместе определяет, насколько чувствительна сталь к различным экстремальным нагрузкам и насколько “надежен” будет нож из нее. На самом деле, как это все мерить и каким параметрам отдать приоритет – очень сложная задача. Скажу одно – в подавляющем большинстве случаев геометрия заруливает все остальные факторы вместе взятые.
Способность держать заточку. Комплексный параметр, крайне сильно зависящий от структуры стали. В последнее время заменил твердость в качестве маркетингового фетиша.
Острота заточки и агрессивность реза. Здесь все субъективно. Как и предыдущий параметр, сильно зависит от структуры стали и правильной заточки.
Коррозионная стойкость. По этому параметру многие делят ножевые стали на “углеродки” и “нержавейки”. На самом деле все сложнее, и будет ли конкретная сталь стойкой в конкретных условиях, вопрос интересный.

Есть ещё куча параметров, рассматривать которые нет сил и средств.

Выше пару раз прозвучало слово “структура”, которая каким то образом влияет на свойства. Что же это такое и с чем ее едят? Как мы уже определились, сталь – это некоторый сплав. И элементы, входящие в этот самый сплав, определенным образом взаимодействуют, формируя под влиянием механической и термообработки (далее ТО) различные фазы, соотношением и свойствами которых (а так же характером их взаимодействия между собой) и определяется структура (и свойства) стали. В подавляющем большинстве случаев структура термообработанной ножевой стали состоит из мартенсита (что это такое, объяснять долго и нудно и все равно не поймете, считайте что это твердая и хрупкая составляющая матрицы), некоторого количества остаточного аустенита (мягкого и пластичного) и фаз-упрочнителей (чаще всего карбидов).

Абстрагируясь от частностей, можно сказать, что структура стали зависит от ее состава (читай марки) и того, что с ней сделали. Причем, вторая часть часто важнее первой.

Теперь собственно о ножевых сталях. Единой классификации нет, наверное проще будет плясать от назначения. Итак, в качестве ножевых используются инструментальные стали (для режущего инструмента и штамповые) и близкие к ним по свойствам изностостойкие стали (подшипниковые, валковые), рессорно-пружинные, конструкционные высокопрочные и т.д. Рассмотрим основные классы. При этом буду придерживаться классификации, принятой для инструментальных сталей (для сталей другого целевого назначения буду делать комментарии)

1. Углеродистые стали.

Стали типа наших У7-У16 и буржуйской 1095. Сюда же можно отнести легированные марганцем стали (в том числе и любимую многими 65Г). Весьма популярны, но, на мой взгляд, недостатков намного больше, чем плюсов. В первую очередь, хотя это многих удивит, низкая прочность и ударная вязкость (без ковки и/или термоциклической обработки). Во вторых, как это опять же не удивительно, сложность ТО – в первую очередь узкий интервал закалочных температур (особенно, для эвтектоидных сталей) – стоит чуть перегреть – пиши пропало. В третьих – низкая износостойкость, несмотря на высокие достижимые значения получаемой твердости. Низкая закаливаемость и прокаливаемость, высокая деформация при закалке. Низкая стабильность свойств. Ржавеют, опять же… Все вышесказанное не относится к ножам Мастеров – в их исполнении углеродка может быть очень неплоха. Из плюсов – при должном навыке можно получить очень приличный нож при минимуме оборудования.

А теперь попробую поподробнее.

Инструментальные углеродистые стали в соответствии с ГОСТ 1435–90 маркируют буквой «У» и числом, указывающим среднее содержание углерода в десятых долях процента. Для изготовления инструмента применяют качественные стали марок У7–У13 и высококачественные стали марок У7А–У13А, а так же стали, легированные марганцем и кремнием (например, У7Г, У15С).

По структуре стали подразделяются на доэвтектоидные (У7), эвтектоидные (У8-У9) и заэвтектоидные (У10-У16) По механическим свойствам и назначению углеродистые стали подразделяются на:
» стали повышенной вязкости (У7–У9) для изготовления инструмента с высокой режущей способностью, подвергающегося ударным нагрузкам (зубила, кернеры и т.д.). К этой же группе можно отнести рессорно-пружинные стали типа 60-75Г.
» стали высокой твердости (У10–У13) для изготовления режущего инструмента, не подвергающегося ударным нагрузкам (напильники, шаберы и т. д.). Сталь У16 применяется в основном для изготовления износостойких втулок и склонна к графитизации.

Твердость окончательно термически обработанного инструмента из углеродистых сталей обычно лежит в интервале 57–65 HRc. Эти стали требуют аккуратного шлифования из-за возможности образования прижогов и мягких пятен. После шлифования желателен низкий отпуск.

Свойства углеродистых сталей могут быть заметно улучшены термоциклической и термомеханической обработкой. В некоторых случаях будет уместной зонная закалка или отпуск.

2. Легированные стали.

В данном пункте будут рассмотрены только низко- и среднелегированные стали. Эти стали подразделяются на стали неглубокой и глубокой прокаливаемости. По назначению – инструментальные и подшипниковые ШХ15 – к стали Х.

Из наиболее популярных хочется отметить:
» Х (ШХ15)
» 9ХФ (90ХФМ)
» 11ХФ (11Х)
» 13Х
» ХВГ (ХСВГ, ХСВГФ)
» В2Ф и ХВ4Ф (ХВ5)

Данная группа сталей в общем и целом имеет лучшую комбинацию свойств, не зря например, ШХ15 одна из самых популярных у российских мастеров железок.

3. Полутеплостойкие стали.

Как правило, высокоуглеродистые стали, легированные хромом, молибденом, ванадием, иногда вольфрамом. В этой группе рассмотрим только стали, обычно обрабатываемые на первичную твердость. Некоторые стали этого типа производятся по порошковой технологии. По назначению – как правило штамповые стали. На мой взгляд, это одна из наиболее интересных групп для изготовления клинков. Традиционно их делят по износостойкости на стали повышенной и высокой износостойкости. Кроме того, они традиционно делятся на 2 группы – 6%Cr и 12%Cr (у буржуев четко прослеживается группа 8Cr).

» 6% Cr – типичные представители 85Х6НФТ и Х6ВФ (близки к буржуйской А2)- хорошее сочетание прочности, износостойкости и ударной вязкости. Ещё лучшим комплексом свойств обладают высокованадиевые стали типа Х6Ф4М (близка к буржуйской А7) .
» 12% Cr – ну, самый типичный представитель – Х12МФ (D2). Износостойкость примерно в 2 раза выше, чем у Х6ВФ, ударная вязкость в 2 раза меньше (можно заметно повысить ТЦО). Х12Ф1 – примерно посередине между Х12МФ и Х6ВФ. Есть высокоуглеродистые стали типа Х12 и Х12ВМ (Х12В, Х12ВМФ) – износостойкость несколько выше чем у Х12МФ, прочность и вязкость – заметно ниже. Есть высокованадиевые стали типа Х12Ф4М – износостойкость выше чем у высокоуглеродистых сталей при прочности и вязкости, сопоставимых с Х12МФ.

Из наиболее перспективных – Х6Ф4М и Х12Ф4М (Х12Ф3М, Х12Ф3ТМ).

4. Быстрорежущие стали.

Как правило, стали, легированные хромом, вольфрамом, молибденом и ванадием. Исторически наиболее популярна Р6М5 (М2). При правильной ТО — сталь с неплохим комплексом свойств. Но, все же, уступает высокованадиевым сталям предыдущей группы. В последнее время на эксклюзивных моделях появляются и другие выстрорезы, как правило высокованадиевые порошковые. Интегральное мнение – стали весьма неплохи, но тот же (и даже более высокий) уровень свойств можно получить на сталях попроще и с более простой ТО.

Отдельную группу составляют стали с интерметаллидным или карбидным и интерметаллидным упрочнением – о них дальше.

5. Стали с высоким сопротивлением пластической деформации.

Как правило это стали обрабатываемые на вторичную твердость (подобно быстрорезам). Основное применение – инструмент для холодной деформации, теплостойкие подшипники, детали топливной аппаратуры. В последнее время популярны на дорогих авторских ножах.

В силу доступности и раскрученности чаще всего используются порошковые буржуинские стали. Из наиболее популярных – CPM 3V, CPM 10V, Vanadis 4-10 и т.д.

На мой взгляд, стали обеспечивают хорошее сочетание стойкости РК и механических свойств. При минимальном уходе стали достаточно коррозионнно-стойки в неагрессивных средах.

6. Коррозионностойкие стали (они же нержавеющие).

Чаще всего хромистые, хромо-молибденовые стали, иногда легированные другими элементами. В последнее время самые распространенные стали для ножей.

Надо понимать, что все мартенситные коррозионно-стойкие стали предрасположены к питтинговой коррозии, особенно в средах, содержащих хлориды.

95Х18
Х18МФ
Х13М (Х14М)
65Х13 50Х14МФ, 90Х18МФ

ЭП766 (95Х13М3К3Б2Ф).

Отдельно стоит выделить вторично-твердеющие стали типа 154 CM, ATS-34, BG 42, ЭП766 (95Х13М3К3Б2Ф) (правда, большинство производителей обрабатывает их на первичную твердость) и высокованадиевые порошковые стали типа S30V, S60V, S90V, S110V и т.д. Несколько особняком стоят высокохромистые сверхвысокоуглеродистые стали типа ZDP-189, Cowry-X, Supracor (MPL-1)

Стали последних трех групп — «стандарт де-факто» для качественных серийных и авторских буржуйских ножей.

7. Мартенситно-стареющие стали.

По назначению – быстрорежущие, штамповые и с высоким сопротивлением пластической деформации. Для клинков могут применятся и некоторые конструкционные мартенситно-стареющие стали, в первую очередь нержавеющие высокопрочные и сверхпрочные. Из наиболее типичных представителей – ЭП853 (03Х11Н10М2Т2). До сих пор ни в России (у нас только Мелита), ни в мире нет заметного интереса к этой очень интересной группе сталей. При том, что некоторые из них обладают уникальными характеристиками. Недостатки – высокая стоимость, малая доступность, сложная ТО (часто именно ТМО), низкая (очень относительно) стойкость по абразивным материалам.

8. Аморфные и высоэнтропийные сплавы.

Перспективные материалы с неклассической структурой. По ряду параметров обладают уникальными характеристиками. Есть много нерешенных вопросов. Насколько мне известно, для клинков ножей в настоящее время не используются, но, на мой взгляд имеют в этом отношении хорошие перспективы.

Вопросы и ответы по общей части:
Какая сталь самая лучшая? А таковой нет. Точнее, в каждом отдельном случае будут оптимальны разные стали. На мой взгляд, стоит руководствоваться следующей схемой: задача=>геометрия=>сталь=>ТО. Если нет чётких представлений – лучше выбирать геометрию и производителя.
Что думаешь про сталь Х12МФ? Ничего не думаю. Все зависит от того, кто и что с ней сделал. При правильном подходе очень неплохая сталь для универсального ножа. Что не означает, что Вам достанется именно такая. Репутация производителя и мнения реальных пользователей его продукции помогут сделать правильный выбор.
А что скажешь за дамаски и булаты? Тем более ничего не скажу. Вопрос свойств авторского материала – это вопрос Мастеру.
Я хочу, что бы мой нож рубил рельс без повреждения и расщеплял волос – какую сталь посоветуешь? Такой большой, а в сказки веришь. Я слышал, что есть ракетная сталь (сталь от лопатки турбины, брони танка, большого адронного коллайдера) – она самая лучшая? Я тоже много чего слышал. Гораздо меньше видел.
Скольких кабанов можно разделать нормальным ножем? Кабаны бывают разные, разделывают все по разному. В принципе, ножа из любой пристойной стали при нормальной квалификации раздельщиков хватает на то, что бы разобрать пару кабанчиков среднего размера.
Я метнул нож в промерзшее дерево, а он бзыньк и сломался… Сталь хреновая? ПОЗДРАВЛЯЮ!!!
У меня отец сделал нож – я двадцать лет им пользуюсь и ни разу не подтачивал – есть что нибудь похожее? Ну, либо пользуетесь странно, либо нож тупой как сибирский валенок. Я лично таких ножей делать не умею. Но я слышал о человеке, который без подточки пользуется 40 лет ножем, изготовленным его дедом. Его и спросите.
Говорят, что нержавейка “мылит”? Бывает. Виной всему либо плохая ТО либо неудачная заточка.
Что лучше – плохая ТО на хорошей железке или наоборот? Хорошая ТО на хорошей стали. Сталь и ее термообработка — неразделимы как Ленин и Партия. Иногда получается сделать из говна конфетку (причем не факт, что результат будет воспроизводимым), а наоборот – и того проще.
Я вот купил нож от Х из 95Х18 – мне понравился, а через полгода купил нож от Y из этой же стали, а он полное говно. Почему так? Причин может быть много, от использования сталей разного металлургического качества до тонкостей с заточкой. Не бывает стали 95Х18 – бывает сталь 95Х18 от <имярек>!
Я купил дорогущий нож из CPM 10V, порезал им морепродукты и оставил на ночь, а с утра он был весь в рыжих пятнах! И это за такое бабло… как дальше жить? Так же как и раньше, без ножа из CPM 10V, оно Вам не надо. Не особо замороченная нержавейка спасет отца русской демократии.

Теперь хочу немного рассказать о железках, потребляемых славной конторой SLON. Мы используем разные стали, при этом пытаемся раскрыть весь потенциал, заложенный в них, используя нестандартные, авторские схемы ТО. Иногда это даже получается. 95Х18 — одна из самых распространенных российских нержавеек. Недорогая и не особо замороченная. При правильной ТО обеспечивает вполне сносный результат. Собственно, по результатам тестов уважаемого Андрея (Taledo) наша 95 на ноже Беркем заняла первое место, обойдя ближайшего преследователя более чем вдвое и показав примерно такой же результат, как порошки на ножах известных буржуйских контор. Используем для недорогих ножей.
Cronidur 30 – уже стала нашей “фирменной” сталью. Благодаря легированию азотом (типично 0.3С 0.4N 15Cr 1Mo 1Si) сталь имеет высокую прочность и пластичность. Хорошо держит тонкую кромку и обладает агрессивным резом. Обладает очень высокой для сталей мартенситного класса коррозионной стойкостью. Хорошая сталь для универсального/кухонного/боевого ножа.
CPM S30V – одна из лучших по комплексу свойств порошковых нержавеющих сталей. По результатам тестов, наша тридцатка заметно обошла её же на известных буржуинских ножах. К сожалению, ввиду кончины Крусибла перспективы ее дальнейшему использованию пока непонятны.
CPM S90V – высокованадиевая порошковая нержавейка. Благодаря высокому содержанию карбидов ванадия обладает высокой абразивной износостойкостью. По результатам тестов наша 90 показала примерно такую же способность удерживать заточку, как и буржуинская при более высокой агрессивности реза. В виду ситуации с Крусиблом в ходу скорее всего будут аналоги от других производителей.
CPM S110V — нержавеющая сталь с экстремально высоким содержанием твердых карбидов. Статистики пока не набралось. Доступность ограничена, перспективы туманны.
CPM 3V — одна из моих любимых сталей. Сочетает высокую износостойкость и очень хорошие механические свойства. Обладает крайне агрессивным резом и достаточно высокой коррозионной стойкостью (сталь не “нержавейка”). Доступность ограничена.
CPM 10V – на сей момент чемпион по удержанию РК. Приличная механика. Хороший выбор для скиннера или универсального охотничьего ножа высшего класса. Скорее всего, в будущем будет использоваться аналоги от других производителей.
ZDP 189 и Cowry-X – высокохромистые сверхвысокоуглеродистые стали. Позволяют получить очень высокую твердость (до HRc 69). Обладают агрессивным резом. Требуют аккуратного обращения, несмотря на высокое содержание хрома (20%) не абсолютно коррозионнно-стойкие. Применение – кухня и ножи высокого класса со сложной геометрией клинка. Duratech CV-20 – порошковая нержавейка, по свойствам примерно между S30V и S90V. Пока на стадии тестирования.
CV-134 — высокованадиевая штамповая сталь порошкового передела. Обеспечивает достаточно высокую износостойкость при приличной механике и коррозионной стойкости. Хороший выбор для охотничьих ножей высокого класса.

В ближайшее время начнем работать со сталями от Ундехолма (Vanadis 4-6-10, Vancron 40) и ждем 2 своих железки:

1. Вторично твердеющая сталь со сверхтвердыми комплексными карбидами.

2. Высокоэнтропийный сплав со сверхтвердыми комплексными карбидами. Обещает другой уровень свойств, чем материалы с классической структурой.

Оригинал статьи находится на сайте sloneg.com

 


REM Это один из немногих текстов, которые попадают в категорию «лучше не скажешь» и возразить (мне) нечего. Cynic.

 

13.12.2011