深入了解刀片的制作方法

这个故事最初刊登在《田野与溪流》杂志上。

钢是一种合金，大多数人都习以为常。最简单的形式是铁和碳的混合物。但刀片钢中还有许多其他元素会影响刀具的性能。这些元素添加量很少，有助于刀具保持锋利，不会生锈，掉落时也不会破碎。为了了解更多关于它们的信息，我们采访了 Benchmade Knives 的测试和创新主管 Martin Mills。以下是熔化的金属如何变成优质刀片的科学原理。

刀具钢材需要妥协

在理想情况下，刀具价格实惠、不易腐蚀，并且足够坚韧，必要时可用作撬棍。然而，所有刀片钢都是在硬度、耐用性、刀刃保持性、防锈性和价格方面妥协的。如果钢材太硬，刀刃保持性会非常好，但容易碎裂或断裂。如果钢材完全防腐蚀，它可能太软，无法保持刀刃。一些刀片钢也具有出色的整体性能，但价格非常昂贵。

制造优质刀具钢材的要素

每种刀具钢材都有其优点和缺点，因此在购买刀具之前，考虑一下如何使用以及在何处使用刀具非常重要。根据用途，冶金学家会在钢材中添加元素，以提高不同类别的性能。以下是优质钢材中常见的一些元素：

碳

碳是将铁变成钢的主要元素。刀片钢通常被称为“高碳”钢，一般来说，添加更多的碳会增加硬度。碳还可以提高抗拉强度、耐磨性和刀刃保持力。不过，碳元素也不能太多，因为碳元素过多会导致钢变脆。

铬

在钢中添加铬可提高其耐腐蚀性。钢中至少需要含有 13% 的铬才能被归类为“不锈钢”。除了以未改变的化学状态遍布整个材料外，铬还与碳结合形成称为碳化物的颗粒（详见下文）。铬碳化物是所有碳化物中最软的，但它们仍然比钢硬，并且它们的分布有助于整体硬度、抗拉强度和边缘保持力。

钼

钼（简称“钼”）的使用量相对较少。它是另一种碳化物形成材料，可提高刀片钢的韧性。

钒

钒是现代刀片钢中最硬的碳化物，它对刀具的属性有显著的影响。这些坚硬、极细的碳化物有助于提高成品刀片的耐磨性。许多较新的优质刀片钢都含有大量钒。

现代不锈钢刀具中常见的其他元素包括镍、钴、锰、硅、铌、钨甚至铜。

碳化物是如何形成的以及它们为何重要

上述元素在坩埚中熔化在一起形成合金，成为制造刀具的金属。在此过程中，当它们与碳结合时，它们还会形成称为碳化物的细小而坚硬的颗粒。米尔斯解释说，这些碳化物的作用很像混凝土中的骨料，与水泥混合以使其更坚固。碳化物比单独的基础钢更硬，它们有助于保持刀刃、刀刃强度和耐用性。

合金工艺会影响钢中碳化物的类型，而制造方法则会影响这些碳化物的尺寸、均匀性和分布。这些因素都会影响刀片钢的整体质量。

刀具钢合金的铸造和制造方法

有两种方法可以制造刀具钢。“传统”方法是将所有元素与碳和铁放在一起，加热直至熔化并充分混合，然后将混合物倒入模具中形成大块锭。冷却的混合物称为合金，刀具钢已经以这种方式制造了数百年。

唯一的缺点是这种钢材冷却速度慢且不均匀。组成合金的元素在不同温度下凝固，导致它们在微观层面上分离。形成的碳化物形状或大小不一致，或在整个合金中分布不均匀。这仍然是最常见的钢材生产方法，用这种方法生产的刀片钢包括 1095、440 系列钢、154CM 和 D2 等工具钢。

但是现在有一种较新的制造技术，由一家名为 Crucible Industries 的公司率先采用，该技术使用金属粉末来解决冷却速度问题。

“合金元素被添加到钢中并像之前一样熔化，但当熔化的液体流从坩埚中倒出时，我们用高压气体对其进行喷射，形成微小的液滴，这些液滴几乎立即冷却并凝固，”米尔斯说。这些冷却的液滴变成了金属粉末的颗粒。传统方法中合金中的相同元素均匀地混合在每个颗粒内，颗粒内也形成了更小、更均匀的碳化物。然后将粉末放入加热和加压的腔室中，粉末熔合在一起形成一块坚固的金属。

碳化物越小、分布越均匀，成品刀片的质量就越好。随着钢材在磨砺和使用过程中磨损，碳化物就会暴露出来，最终脱落。传​​统制造工艺中形成的较大碳化物脱落时会留下较大、不均匀的间隙。粉末金属中均匀分布的碳化物会留下较小的间隙，而留下的碳化物会继续为钢材提供结构支撑。这可以保持刀刃的耐用性和锋利度。

四种优质钢材

现在，我们已经了解了足够多的知识，让我们来看看中高端价位范围内的几种流行刀片钢材。请记住，所有刀具钢材都是折衷的，不同的制造工艺使得某些刀片在某些任务上比其他刀片更好。

D2 工具钢

D2 钢不含 13% 的铬，因此有时被称为“半不锈钢”。从性能角度来看，它比许多钢材（包括 154CM）更坚韧，刀刃保持性也更好。但是，就整体刀片性能而言，它无法与 S30V 等新型粉末金属钢相提并论，而且它也不是最容易在家中打磨的钢材。那么，为什么要继续使用 D2 呢？因为它具有极高的性价比，而且经久耐用。用 D2 制成的刀是通用刀片的绝佳选择，而且价格实惠。

154CM钢

154CM 于 1972 年推出，是首批进入市场的优质刀片不锈钢之一，至今仍是热门之选。它也采用传统方法制造，铬含量最低，可视为不锈钢。它还含有大量碳。

这种钢材与 440C（一种常见的不锈钢）类似，但添加了钼以提高性能。经过适当的热处理后，它具有出色的硬度和耐用性。它还具有锋利度，比 D2 更耐腐蚀，并且普通用户更容易打磨。154CM 钢非常适合经济实惠的 EDC 小折刀或通用猎刀，可能不会处于大多数制造商价格范围的高端。

CPM S30V钢

CPM S30V（也称为 S30V）正变得相当普遍，这是有原因的。它是粉末金属制造优势的一个很好的例子，具有出色的边缘保持性、良好的耐用性和出色的耐腐蚀性。这种钢中还添加了钒，由此产生的碳化物为合金结构带来了极高的硬度。虽然用 S30V 制成的刀具可能更贵，但性能的提高是值得的，大多数刀具制造商可能会在几乎所有应用中开始用 S30V 替换 154CM。它非常适合 EDC 小折刀或固定刀片猎刀，可用于剥皮以及坚固的通用野外工作。

S90V钢

使用 S90V 制成的刀具就像驾驶赛车。它价格昂贵、难以保养，并且并非适合所有用途。制造 S90V 需要大量的碳（几乎是 D2 的两倍）和大量的钒，因此非常坚硬且耐磨。这种钢材使用粉末金属制成，其保持锋利的方式是其他刀具无法比拟的。

然而，S90V 并非没有缺点。它非常昂贵，任何用 S90V 制成的刀都会很贵。它不像 154CM 或 S30V 那样防锈，而且更容易折断。这种硬度也是有代价的。如果 S90V 刀片变钝，你需要的不仅仅是一块磨刀石来让它恢复锋利——想想钻石甚至电动工具。

这与实际性能有何关系？用 S90V 制成的刀片非常适合保持锋利，但它们不能成为坚固耐用的万能刀。不过，S90V 刀非常适合剥皮，不需要将其楔入骨头之间或弹出关节。只需确保附近有电动 Work Sharp 之类的工具来修整刀刃即可。