Thanks to Robert Erickson, knifeandgear_swiss, Dale Bushness, and Paul Hart for becoming Knife Steel Nerds Patreon supporters!
Update 10/22/2020: PSF27 és CPM-D2 hőkezeléséről, valamint tartalmazza az egyes acélok szívóssági vizsgálatát és a D2 él megtartásának vizsgálatát. https://knifesteelnerds.com/2020/08/31/how-to-heat-treat-d2-psf27-and-cpm-d2/
D2 acél
A D2 egy gyakori szerszámacél és késacél. Más néven is ismert, például a japán SKD11, a német 1.2379, a Hitachi SLD, az Uddeholm Sverker 21 és sok más néven. Mióta létezik? Honnan származik? Ki kezdte el használni a késekben? Hogyan viszonyulnak a tulajdonságai más acélokhoz? Itt találja meg a válaszokat!
Kora krómacélok
A D2 acél fejlődése részben egybeesik a rozsdamentes acél, valamint a nagy sebességű acél feltalálásával. A rozsdamentes acél történetéről itt, illetve a nagysebességű acél történetéről itt olvashat cikket. A D2 a “magas széntartalmú, magas krómtartalmú” acélok nevű szerszámacél-kategóriába tartozik. A krómötvözetű acélok gyártása nem volt gyakorlatias egészen addig, amíg 1821-ben ki nem fejlesztették a ferrokrómot, majd 1895-ben az alacsony széntartalmú ferrokróm kifejlesztésével gyakorlatiasabbá vált. Az első kereskedelmi forgalomban előállított krómtartalmú acélt 1861-ben Robert Mushet, az első szerszámacél feltalálója állította elő. A krómacélra 1865-ben Julius Baur kapott szabadalmat New Yorkban . Robert Hadfield 1892-ben számolt be a krómmal ötvözött acélok tulajdonságairól, és foglalkozott a nagy széntartalmú, magas krómtartalmú acélokkal is, amelyek még gyerekcipőben jártak. Azonban arra a következtetésre jutott, hogy az ötvözetek kovácsolhatósága gyenge volt és gyakran repedezett, és azt mondta, hogy az 1,27% C és 11,13% Cr tartalmú acél a határérték.
A magas széntartalmú, magas krómtartalmú acélok fejlődése
1900 után a krómacélokkal és általában a szerszámacélokkal kísérletezők száma robbanásszerűen megnőtt . Ez a dátum egybeesik a nagy sebességű acélok felfedezésével, amelyet fentebb belinkeltem. Szintén korán ebben az időszakban fejlesztették ki a nagysebességű acélokat, amelyek az edzhetőség érdekében inkább Cr-ötvözetet használtak, mint Mn-ötvözetet, ahol kb. 4% Cr-t használtak. A forró keménység érdekében nagy mennyiségű volfrámot is adtak hozzá. A röviddel 1900 után bekövetkezett gyors fejlődés időszakát nagyon nehéz meghatározni. Sok vállalat és ember fejlesztette az acélt, és széles körben másolták is. James Gill (itt olvashat róla) 1929-ben arról írt, hogy nem tudta megállapítani, melyik cég volt az első, amelyik magas széntartalmú, magas krómtartalmú acélt gyártott. Becker 1910-ben megjelent High Speed Steel című könyvében arról számolt be, hogy Európában, különösen Franciaországban egy 2,25% C és 15% Cr tartalmú acélt használtak. Az USA-ban 1916-ban Richard Patch és Radclyffe Furness szabadalmat kapott 1-2% szén- és 15-20% krómtartalmú acélra. Példaként 1,35% C és 19,5% Cr összetételt adtak meg, ami úgy néz ki, mintha rozsdamentes acél lenne, de nem szabadalmaztatták. A szabadalomban kijelentették, hogy csak olyan acélokról hallottak, amelyekben a szén aránya meghaladja a 2%-ot, a krómé pedig 12-16% között van. A magas széntartalmú, magas krómtartalmú acélokat az I. világháború alatt Angliában gyakran használták különböző alkalmazásokhoz, beleértve a szerszámokat és a vágószerszámokat is. A forgácsolószerszámokat abban az időben jellemzően magas volfrámtartalmú gyorsacélból állították elő, mivel a gyorsacél jobb melegkeménységű volt. A forró keménységről a nagysebességű acélról szóló cikkben olvashat. A volfrám azonban drága és nehezen beszerezhető volt, ami a magas krómtartalmú acél alternatívaként történő felhasználásához vezetett. Ezek a korai nagy széntartalmú, magas krómtartalmú acélok inkább hasonlítottak a modern D3 vagy D4 acélokhoz, mint a D2-hez, mivel a széntartalmuk magasabb volt, körülbelül 2,2-2,4%.
A D2 kifejlesztése
1918-ban Paul Kuehnrich Angliában szabadalmat nyújtott be egy nagy széntartalmú, nagy krómtartalmú acélra, amelyet kobalttal módosítottak, körülbelül 3,5%-kal. A kobalt hozzáadásának célja az volt, hogy javítsa az acélok forró keménységét, így azok közelebb kerültek a gyorsacélhoz. Ebben a cikkben többet olvashat arról, hogy mit tesz a kobalt az acéllal. A szabadalom meglehetősen széles kémiai tartományokat tartalmaz: 1,2-3,5% szén, 8-20% króm és 1-6% kobalt. Érdekes módon azonban a megadott példaötvözetben 1,5% C, 12% Cr és 3,5% kobalt volt, ami a kobalt nélkül nagyon közel állna a modern D2-hez.
Míg az USA-ban a nagy széntartalmú, magas krómtartalmú acélokat nem használták a gyorsacél helyettesítésére, a szerszámacéloknál népszerűségre tett szert. A szerszámacélok nagy kopásállóságot igényeltek, amit az ezekben az acélokban jelen lévő nagy mennyiségű krómkarbiddal értek el. Ezek kezdetben a D3 típusú, 2,2-2,4%-os krómtartalmú acélok voltak, amelyek viszonylag rossz szívóssággal és megmunkálhatósággal rendelkeztek. Ezek az acélok jellemzően nem tartalmaztak vanádiumot vagy molibdént. A D2-nek megfelelő összetételről Gill 1929-ben nem számolt be, így még ha létezett is addigra, valószínűleg nem volt széles körben elterjedt.
Frissítve 2019. 11. 4.: Végre megtaláltam a D2 szabadalmát, a bejelentést 1927. június 30-án nyújtotta be Gregory Comstock a Firth-Sterling Steel cégtől. Comstock, Gregory J. “Ötvözött acél”. U.S. Patent 1,695,916, issued December 18, 1928.
1934-ben egy D2-vel megegyező összetételt tárgyaltak 1,55% C, 12% Cr, 0,25% V és 0,8% Mo . Ezt természetesen még nem nevezték D2-nek. A molibdént azért adták hozzá, hogy igazi “légkeményedő” acél legyen, ami lehetővé teszi, hogy az acél vastag szelvényekben vagy olaj nélkül teljesen megkeményedjen. Mo nélkül a magas Cr eléggé edzhetővé tette az acélt, de nem eléggé ahhoz, hogy valóban légkeményedő legyen. A vanádium hozzáadása azért történt, hogy javítsa a szívósságot, amit a szemcseméret és a karbidszerkezet finomításával ér el. Ez az új D2 típusú acél egyre népszerűbb lett, mert “a levegőben edzhető tulajdonsága, alacsony torzítása és jobb megmunkálási minősége miatt, mint a többi ” . Arról is beszámoltak, hogy ez volt “a legáltalánosabban alkalmazkodó … nagy széntartalmú, magas krómtartalmú acélok közül”. És mint korábban említettük, az alacsonyabb szén-dioxid sokkal nagyobb szívósságot jelentett, mint a korábbi D3-szerű acél, ami az alábbi ábrán látható. Vanádium és nikkel hozzáadásával kísérleteztek a D3 típusú, 2,2%-os széntartalmú acélnál, de bár ez javította a szívósságot, az alacsonyabb széntartalmú D2 sokkal szívósabb volt. Ettől kezdve a D2 lett az egyik legnépszerűbb szerszámacél, különösen a szerszámoknál. A szerszámokhoz gyártott új, “jobb” acélokat továbbra is a D2-hez hasonlítják, mivel a D2 mindenütt jelen van.
D2 a késekben
El kellett telnie egy kis időnek, amíg a D2-t késekben használták. Az első feljegyzett felhasználás, amit találok, D.E. Henry által 1965-ben vagy 1966-ban . Először a magasabb széntartalmú D3-at próbálta ki, majd a D2-t, akaratlanul is a kifejlesztésük sorrendjét utánozva. Szerszámacélként való népszerűsége miatt csak idő kérdése volt, hogy valaki a D2-t használja. Viszonylag magas kopásállósága, valamint jó keménysége és szívóssága miatt jól használható késacélként. Magas krómtartalmával egyedülálló pozíciót foglalt el a rozsdamentes és a szénacél közötti vitában. A D2 valamivel jobb kopásállósággal és szívóssággal rendelkezik, mint a 440C, a 70-es években leggyakrabban használt rozsdamentes acél, így a készítők számára, akik úgy érezték, hogy a D2 foltállósága “elég jó”, kiváló tulajdonságokkal rendelkezhetett. Arról, hogy a D2 mennyire korrózióálló, ebben a cikkben olvashat bővebben. Emellett sokkal nagyobb kopásállósággal rendelkezett, mint a kovácsok által általában használt szénacélok, így néhány késkészítő, aki nagy kopásállóságú acélt akart, ezt használta. A D2-t azóta számos késben használják, olyan híres késkészítők, mint Bob Dozier.
A D2 karbidszerkezete
A D2 nagy mennyiségű karbidjai korlátozzák a szívósságát és az élstabilitását is. A porkohászati változat, a CPM-D2 2007 körül jelent meg a karbidok méretének csökkentése érdekében, ami a jelentések szerint javítja a szívósságot, a korrózióállóságot és a hőkezelési reakciót. Ebben a cikkben többet olvashat arról, hogy a D2 miért rendelkezik nagy karbidokkal és a porkohászati eljárásról. A sprayform egy némileg hasonló technológia, amely valamivel nagyobb karbidméretet eredményez, mint a porkohászati eljárás. A D2-nek van egy PSF27 nevű sprayform változata, amelyet a dániai Dan Spray gyárt, és amelyet legalább 2002 óta gyártanak. Az alábbi képeken látható a csökkenő karbidméret a hagyományos (nos, az ESR mindenképpen), a sprayform és a PM D2 esetében . Vegye figyelembe, hogy a PM nagyobb nagyításban van.
Ezek elég alacsony felbontású mikrofelvételek. Készítettem mikrofelvételeket a D2-ről, a PSF27-ről és a CPM-D2-ről, amelyek az alábbiakban láthatók:
Hagyományos D2
PSF27
CPM-D2
A D2 tulajdonságai
Bohler Uddeholm mérte a D2 éltartását más acélokkal együtt CATRA-vizsgálattal, és valamivel jobbnak találta az N690-nél, ATS-34/154CM és 440C, a 3V-vel egyenrangú, de rosszabb, mint az S35VN, Vanadis 4 Extra, Elmax, S30V, M4 és M390 . Kiszámítottam az él megtartását is a 440C-hez képest, ami egy olyan érték, amit a Crucible jelentett a múltban.
Crucible jelentése szerint a D2 szívóssága nagyjából megegyezik a 10V-vel, jobb, mint a 440C és az S90V, de rosszabb, mint a 3V, a CruWear és az A2 .
A szívóssági vizsgálatainkban a D2 nem volt túl meggyőző, bár csak egy hőkezelést vizsgáltunk, és nem hasonlítottuk össze sok más alacsony szívósságú acéllal, mint a 10V, 440C és S90V:
A D2 potenciális korrózióállóságáról korábban ebben a cikkben írtam. A korrózióállóságát a magas krómtartalma miatt bizonyos esetekben kissé túldimenzionálták. Ennek a krómnak kb. a fele karbidokban van megkötve, ahol nem járul hozzá a korrózióállósághoz. Ezért szerszámacélnak jó a korrózióállósága, bár vannak olyan nem rozsdamentes acélok, amelyek potenciálisan jobb korrózióállósággal rendelkeznek, különösen a 8%-os Cr-tartalmú acélok, mint a 3V vagy a CruWear. Itt van a táblázat ebből a cikkből az acélok “oldatban lévő króm” szerinti rangsorolásával, ami nagyjából megegyezik az egyes acélok korrózióállóságával:
D2 in Knives Today
A D2-t továbbra is használják késekben; a BladeHQ-n végzett keresés 1690 elérhető kést hoz fel D2-ben. Az olyan késkészítők, mint Bob Dozier, arra építették hírnevüket, hogy kiváló késeket készítenek a D2-ből. A porkohászati vanádiumtartalmú acélok elterjedésével most már más, nagyobb kopásállósággal és szívóssággal rendelkező lehetőségek is léteznek. Vagy porkohászati rozsdamentes acélok, amelyek elérik vagy meghaladják a D2 kopásállóságát és szívósságát, de jobb korrózióállósággal rendelkeznek. A porkohászati acélok sokkal drágábbak, mint a D2, mivel a D2 hagyományos módon gyártott és széles körben elérhető gyakorlatilag minden szerszámacélgyártó cégnél. Ezért költségszempontból a D2 még mindig előnyben van sok újabb acéllal szemben. A D2 újabb sprayform és PM változatai segítenek pótolni a többi porkohászati acélhoz viszonyított tulajdonságbeli különbséget. Jó tulajdonságai és az évtizedek alatt kialakult hírneve miatt a D2 valószínűleg továbbra is látható lesz a késekben.
Következtetések
A nagy széntartalmú, magas krómtartalmú acélt a nagy sebességű acél alternatívájaként fejlesztették ki Angliában a 20. század elején. Ezek az acélok a modern D3 szerszámacélhoz hasonlóak voltak, nagyon magas széntartalommal (2,2%). A széntartalmat 1,5%-ra csökkentették, és Mo és V hozzáadásával javították az acél szívósságát és edzhetőségét, amelyet 1934-re már használtak. Ez az acél lett az, amit mi D2 néven ismerünk, amely szerszámacélként népszerű. Az acélt először D.E. Henry használta késekben 1965-ben vagy 1966-ban, és népszerűvé vált a késekben. A D2 szívósságának javítása és mikroszerkezetének finomítása érdekében sprayform és porkohászati változatot készítettek. A D2 jó kopásállósággal, keménységgel és megfelelő szívóssággal rendelkezik.
Gill, J. P. “High-carbon high chromium steels”. Trans. ASST 15 (1929): 387-400.
Hadfield, Robert Abbott. “Alloys of Iron and Chromium, Including a Report by F. Osmond”. J. Iron Steel Inst. 42 (1892): 49.
Patch, Richard H. és Radclyffe Furness. “Szerszámacél ötvözet”. U.S. Patent 1,206,902, issued December 5, 1916.
Gill, James Presley, Robert Steadman Rose, George Adam Roberts, Harry Grant Johnstin, and Robert Burns George. Szerszámacélok. American Society for Metals, 1944.
Kuehnrich, Paul Richard. “Acél”. U.S. Patent 1,277,431, issued September 3, 1918.
Wills, W. H. “Practical Observations on High-Carbon High-Chromium Tool Steels”. Trans. ASM 23 (1935): 469.
Warner, Ken. Kések, 84. DBI Books, 1983.
Henry, D.E. Collins Machetes and Bowies, 1845-1965. Krause Publications, 1995.
https://www.bladeforums.com/threads/cpm-d2.470623/
Schruff, I., V. Schüler, and C. Spiegelhauer. “Permetezéses alakítással előállított korszerű szerszámacélok”. A szerszámacélok felhasználása: Experience and Research 2 (2002): 973-990.
https://knifesteelnerds.com/wp-content/uploads/2018/08/Bohler-Uddeholm-CATRA.pdf
https://www.alphaknifesupply.com/Pictures/Blade-Steel/CPMS90V-Crucible.pdf
http://www.crucible.com/PDFs/DataSheets2010/ds10Vv1%202010.pdf
http://www.crucible.com/PDFs/DataSheets2010/dsD2v12010.pdf