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2020/10/22の更新情報です。 D2、PSF27、CPM-D2の熱処理方法と、各鋼の靭性試験、D2の刃先保持力試験などの記事を掲載しました。 https://knifesteelnerds.com/2020/08/31/how-to-heat-treat-d2-psf27-and-cpm-d2/
D2 Steel
D2は一般的な工具鋼、ナイフ鋼である。 また、日本の呼称SKD11、ドイツの呼称1.2379、日立SLD、Uddeholm Sverker 21など、他の呼称でも知られています。 いつからあるんですか？ どこから来たのか？ 誰がナイフに使い始めたのか？ 他の鋼と比べたときの特性は？ 答えはここにある！
初期のクロム鋼
D2鋼の開発は、高速度鋼と同様に、ステンレス鋼の発明と一部重なる部分があります。 ステンレス鋼の歴史はこちら、高速度鋼の歴史はこちらの記事をご覧ください。 D2は「高炭素・高クロム鋼」と呼ばれる工具鋼の一種である。 1821年にフェロクロムが開発され、1895年には低炭素フェロクロムが開発されるまで、クロム合金鋼の生産は実用化されていなかったのである。 1861年、最初の工具鋼の発明者であるRobert Mushetによって、クロムを添加した鋼が初めて商業的に生産された。 クロム鋼の特許は、1865年にニューヨークのJulius Baurに付与された。 ロバート・ハドフィールドは、1892年にクロム合金鋼の特性について報告し、黎明期にあった高炭素高クロム鋼も取り上げた。 しかし、彼は合金の鍛造性が悪く、しばしば割れると結論付け、1.27%Cと11.13%Crの鋼が限界であると述べた。
高炭素高クロム鋼の開発
1900年以降、クロム鋼と工具鋼一般を実験する人の数が爆発的に増えた。 この年は、上にリンクした高速度鋼の発見と重なる。 また、この時期には、焼入れ性にMn合金ではなくCr合金を用いた高速度鋼が開発され、4％程度のCrが使用されました。 また、熱間硬度を上げるためにタングステンを多量に添加した。 1900年以降に起こった急速な発展期は、釘付けにするのが非常に難しい。 多くの企業や人が鉄鋼を開発し、また、コピーも広く行われていた。 1929年に書かれたJames Gill氏（彼についてはこちらをご覧ください）の報告によると、高炭素高クロム鋼を最初に製造したのはどの会社なのかがわからないということでした。 1910年のベッカーの高速度鋼の本には、ヨーロッパ、特にフランスで2.25％のCと15％のCrを含む鋼が使用されていると報告されている。 米国では、1916年にRichard PatchとRadclyffe Furnessが炭素1〜2％、クロム15〜20％の鋼の特許を取得した。 C1.35％、Cr19.5％というステンレス鋼のような組成が例示されているが、特許にはなっていない。 その特許の中で、炭素が2％以上、クロムが12〜16％の鋼しか聞いたことがないと述べている。 第一次世界大戦中のイギリスでは、高炭素・高クロム鋼が金型や切削工具などさまざまな用途に頻繁に使われた。 切削工具は、高速度鋼の優れた熱間硬度により、当時は高タングステン高速度鋼で生産されるのが一般的であった。 熱間硬度については、高速度鋼の記事で紹介しています。 しかし、タングステンは高価で入手が困難なため、代替品として高クロム鋼が使われるようになった。
D2
の開発 1918年にポール・キューンリッチがイギリスで、約3.5％のコバルトで改良した高炭素高クロム鋼の特許を申請した。 コバルトの添加は、鋼の熱間硬度を向上させ、高速度鋼に近づけるためのものであった。 コバルトが鋼に与える影響については、こちらの記事で詳しく解説しています。 この特許では、化学組成の範囲がかなり広くなっています。 炭素1.2〜3.5％、クロム8〜20％、コバルト1〜6％です。 しかし、興味深いことに、例示された合金は 1.5% C、12% Cr、3.5% コバルトで、コバルトを除けば、現代の D2 に非常に近いものでした。 ダイス鋼は、その中に含まれる大量の炭化クロムによって得られる高い耐摩耗性が要求されました。 当初はD3タイプの2.2〜2.4％クロム鋼で、靭性、被削性とも比較的劣っていた。 また、これらの鋼はバナジウムやモリブデンを含まないのが一般的であった。 D2と一致する組成は1929年にギルによって報告されていないため、その時点で存在していたとしても、広く使用されていなかったと思われる。
2019/4/11更新：D2の特許をようやく見つけました！出願は1927年6月30日、Firth-Sterling Steel社のGregory Comstock氏によって行われました。 コムストック、グレゴリーJ. “合金鋼”。 U.S. Patent 1,695,916, issued December 18, 1928.
1934年までに、D2に一致する組成として、1.55% C, 12% Cr, 0.25% V, 0.8% Moが議論されていた。 もちろんまだD2とは名付けられていなかった。 モリブデンは、鋼が厚い部分や油なしで完全に硬化することを可能にする、真の「空気硬化」鋼にするために加えられたものである。 Moがなければ、高いCrが鋼をかなり硬化させますが、本当の意味で空気硬化させるには十分ではありません。 バナジウムの添加は、粒径と炭化物組織の両方を微細化することによって靭性を向上させるために行われた。 この新しいD2型鋼は、「空気硬化性があり、歪みが少なく、加工性が良い」ということで、人気が出てきた。 また、「高炭素高クロム鋼の中で最も汎用性がある」とも言われていた。 また、先に述べたように、低炭素であることは、下の図にあるように、以前のD3類似の鋼よりもはるかに靭性が高いことを意味するのである。 D3タイプの2.2％炭素鋼では、バナジウムやニッケルの添加が実験的に行われていたが、それによって靭性は向上したものの、より低炭素のD2の方がはるかに靭性が高いのである。 これ以降、D2は金型を中心に最もポピュラーな工具鋼のひとつとなった。 金型用に新しく作られた「より良い」鋼は、その普遍性からD2と比較され続けている。
ナイフの中のD2
D2がナイフに使われるまでには、しばらく時間がかかった。 私が見つけた最初の記録は、1965年か1966年にD.E.Henryによって使用されたものです。 彼は最初に高炭素のD3を試し、次にD2を試しましたが、これは意図せずして開発された順番を真似たものでした。 工具鋼として人気があったため、誰かがD2を使うのは時間の問題だった。 D2は比較的耐摩耗性が高く、硬度や靭性も高いので、刃物鋼としてよく使われた。 クロムの含有量が多いため、ステンレス鋼と炭素鋼の比較ではユニークな立場にあった。 D2は70年代に最もよく使われた440Cよりも耐摩耗性と靭性がやや優れており、耐汚染性があれば十分と考えるメーカーには、優れた特性を提供することができたのです。 D2がいかに耐食性に優れているかは、こちらの記事で詳しく紹介しています。 また、鍛造刃物職人がよく使う炭素鋼よりもはるかに耐摩耗性に優れていたため、耐摩耗性の高い鋼を求める一部の刃物メーカーに採用されました。 その後、D2は多くのナイフに使われるようになり、ボブ・ドージャーなどのメーカーが有名である。
D2の炭化物構造
D2は炭化物が大きいので、靭性が低く、刃先の安定性も悪い。 2007年頃に炭化物を小さくした粉末冶金版のCPM-D2が発売され、靭性、耐食性、熱処理応答性が改善されたと報告されている。 D2の炭化物が大きい理由や粉末冶金製法についてはこちらの記事で詳しく紹介しています。 スプレーフォームは、粉末冶金よりもやや大きな炭化物サイズになる、やや類似した技術です。 デンマークのDan Spray社が製造するPSF27と呼ばれるD2のスプレーフォームバージョンがあり、少なくとも2002年から製造されています。 下の画像では、従来型（ESR）、スプレーフォーム、PM D2の炭化物サイズの減少を見ることができます。 PM は高倍率であることに注意してください。
これらはかなり低解像度の顕微鏡写真です。 D2、PSF27、CPM-D2の顕微鏡写真を撮りましたので、以下に示します。
従来のD2
PSF27
CPM-D2
D2の性質
ボーラー・ウデホルム社が他のスチールとD2についてCATRAテストによりエッジ保持を測定し、N690よりやや良いことが分かった。 ATS-34/154CM、440C、3Vと同等で、S35VN、Vanadis 4 Extra、Elmax、S30V、M4、M390より劣る。 4407>
Crucible は、D2 が 10V とほぼ同等の靭性を持ち、440C と S90V よりも優れているが、3V、CruWear、および A2 よりも劣っていると報告しています。
D2 の靭性テストでは、私たちは 1 つの熱処理をテストしただけで、10V、440C、S90V など他の多くの低靭性鋼と比較したわけではありませんが、あまり印象的ではありませんでした：
この記事で以前 D2 の潜在的耐食性を書きました。 その耐食性は、クロムの含有量が多いために、やや過剰に宣伝されてきたところがある。 そのクロムの約半分は耐食性に寄与しない炭化物に結び付いているのです。 そのため、工具鋼としては良好な耐食性を有していますが、ステンレス鋼以外の鋼種で、特に3VやCruWearなどの8%Cr鋼の多くは、より優れた耐食性を有している可能性があります。 以下は、その記事のチャートで、各鋼の耐食性とほぼ等しい「溶液中のクロム」によってランク付けされた鋼です：
D2 in Knives Today
D2はナイフに使われ続けています。 ボブ・ドージャーなどのナイフメーカーは、D2を使って優れたナイフを作ることで評判を高めてきました。 粉末冶金法によるバナジウム含有鋼の台頭により、耐摩耗性と靭性に優れた他の選択肢も出てきています。 また、耐摩耗性と靭性に優れ、かつ耐食性に優れた粉末冶金ステンレス鋼もあります。 D2は従来から生産されており、事実上すべての工具鋼メーカーから広く入手できるため、粉末冶金鋼はD2よりはるかに高価です。 したがって、コストの観点からは、D2は多くの新しい鋼に対して依然として優位性を持っています。 D2の新しいスプレーフォームとPMバージョンは、他の粉末冶金鋼との特性の違いを補うのに役立っています。 その優れた特性と数十年にわたる評判により、D2は今後もナイフに使用され続けるでしょう。
結論
高炭素、高クロム鋼は、20世紀初頭に英国で高速度鋼の代替品として開発されました。 これらの鋼は現代のD3工具鋼に類似しており、非常に高い炭素（2.2%）を有していた。 炭素を1.5%に減らし、MoとVを添加して靭性と焼入れ性を向上させ、1934年まで使用されていた。 この鋼が現在のD2となり、金型用鋼として普及している。 この鋼は1965年か1966年にD.E.Henryによって初めてナイフに使われ、ナイフに普及した。 D2の靭性を向上させ、組織を微細化するために、スプレーフォームや粉末冶金版が作られた。 D2は耐摩耗性、硬度、靱性が十分である。
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