Mulțumiri lui Robert Erickson, knifeandgear_swiss, Dale Bushness și Paul Hart pentru că au devenit susținători Knife Steel Nerds Patreon!
Actualizare 10/22/2020: Am acum un articol cu modul de tratare termică a oțelurilor D2, PSF27 și CPM-D2 și include, de asemenea, testele de duritate ale fiecărui oțel și testele de păstrare a tăișului pentru D2. https://knifesteelnerds.com/2020/08/31/how-to-heat-treat-d2-psf27-and-cpm-d2/
Oțelul D2
D2 este un oțel comun pentru scule și cuțite. Este cunoscut și sub alte denumiri, cum ar fi denumirea japoneză SKD11, denumirea germană 1.2379, Hitachi SLD, Uddeholm Sverker 21 și multe altele. De cât timp există? De unde provine? Cine a început să o folosească la cuțite? Cum se compară proprietățile sale cu cele ale altor oțeluri? Găsiți răspunsurile aici!
Oțelurile cu crom timpurii
Dezvoltarea oțelului D2 coincide în parte cu inventarea oțelului inoxidabil, precum și a oțelului de mare viteză. Puteți citi un articol despre istoria oțelului inoxidabil aici sau despre istoria oțelului de mare viteză aici. D2 face parte dintr-o categorie de oțeluri pentru scule numită „oțeluri cu conținut ridicat de carbon și crom”. Producția de oțeluri aliate cu crom nu a fost practică până când nu a fost dezvoltat ferocromul în 1821 și mai practic în 1895, odată cu dezvoltarea ferocromului cu conținut scăzut de carbon. Primul oțel produs în comerț cu adaos de crom a fost fabricat în 1861 de Robert Mushet, inventatorul primului oțel pentru scule . Un brevet pentru oțelul cu crom a fost acordat lui Julius Baur în New York în 1865 . Robert Hadfield a raportat proprietățile oțelurilor cu adaos de crom în 1892 și s-a ocupat, de asemenea, de oțelurile cu conținut ridicat de carbon și crom, care se aflau la început de drum. Cu toate acestea, el a concluzionat că forjabilitatea aliajelor era slabă și adesea fisurată și a spus că un oțel cu 1,27% C și 11,13% Cr era la limită.
Dezvoltarea oțelurilor cu conținut ridicat de carbon și crom
După 1900, numărul celor care au experimentat cu oțeluri cu crom și oțeluri pentru scule în general a explodat . Această dată coincide cu descoperirea oțelurilor de mare viteză pe care am legat-o mai sus. De asemenea, la începutul acelei perioade au fost dezvoltate oțeluri de mare viteză care foloseau pentru călire mai degrabă aliaje cu Cr decât cu Mn pentru călire, unde se folosea aproximativ 4% Cr. De asemenea, au adăugat cantități mari de tungsten pentru duritatea la cald. Perioada de dezvoltare rapidă care a avut loc în perioada imediat după 1900 este foarte greu de stabilit. Multe companii și persoane dezvoltau oțelul și existau, de asemenea, o copiere pe scară largă. James Gill (citiți despre el aici), scriind în 1929, a raportat că nu a putut afla care companie a fost prima care a produs oțel cu conținut ridicat de carbon și crom . În cartea lui Becker High Speed Steel din 1910, acesta a raportat că în Europa, în special în Franța, se folosea un oțel cu 2,25% C și 15% Cr. În SUA, un brevet a fost acordat în 1916 lui Richard Patch și Radclyffe Furness pentru un oțel cu 1-2% carbon și 15-20% crom. Ei au dat un exemplu de compoziție de 1,35% C și 19,5% Cr, care pare a fi un oțel inoxidabil, dar care nu a fost brevetat ca atare. În brevet au declarat că au auzit doar de oțeluri cu carbon de peste 2% și crom între 12-16%. Oțelurile cu conținut ridicat de carbon și crom au fost utilizate frecvent în Anglia în timpul Primului Război Mondial pentru o serie de aplicații, inclusiv pentru matrițe și scule de tăiere . La acea vreme, uneltele de tăiere erau produse în mod obișnuit cu oțeluri rapide cu conținut ridicat de tungsten, din cauza durității superioare la cald a oțelului rapid. Puteți citi despre duritatea la cald în articolul despre oțelul rapid. Cu toate acestea, tungstenul era scump și dificil de obținut, ceea ce a dus la utilizarea oțelului cu conținut ridicat de crom ca alternativă. Acele prime oțeluri cu conținut ridicat de carbon și crom erau mai asemănătoare cu oțelurile moderne D3 sau D4 decât cu D2, deoarece conținutul lor de carbon era mai mare, în jur de 2,2-2,4%.
Dezvoltarea D2
În 1918 a fost depus un brevet în Anglia de către Paul Kuehnrich pentru un oțel cu conținut ridicat de carbon și crom modificat cu cobalt, aproximativ 3,5%. Adăugarea de cobalt avea ca scop îmbunătățirea durității la cald a oțelurilor, astfel încât acestea să se apropie mai mult de oțelul rapid. Puteți citi mai multe despre ceea ce face cobaltul la oțel în acest articol. Brevetul are intervale chimice destul de largi: 1,2-3,5% carbon, 8-20% crom și 1-6% cobalt. Cu toate acestea, este interesant faptul că exemplul de aliaj dat ca exemplu avea 1,5% C, 12% Cr și 3,5% cobalt, care, fără cobalt, ar fi foarte aproape de D2-ul modern.
În timp ce în SUA oțelurile cu conținut ridicat de carbon și crom nu au fost folosite ca înlocuitor al oțelului rapid, acestea au câștigat în popularitate cu oțelurile pentru matrițe. Oțelurile pentru matrițe necesitau o rezistență ridicată la uzură, care era obținută prin cantitățile mari de carbură de crom prezente în aceste oțeluri. Inițial, acestea au fost oțelurile cu 2,2-2,4% crom de tip D3, care aveau o tenacitate și o prelucrabilitate relativ slabe. De asemenea, aceste oțeluri nu conțineau de obicei vanadiu sau molibden. O compoziție în concordanță cu D2 nu a fost raportată de Gill în 1929, astfel încât, chiar dacă exista până în acel moment, probabil că nu era folosită pe scară largă.
Update 4/11/2019: Am găsit în sfârșit brevetul pentru D2, cererea a fost depusă la 30 iunie 1927 de Gregory Comstock de la compania Firth-Sterling Steel. Comstock, Gregory J. „Alloy steel”. Brevetul SUA 1,695,916, eliberat la 18 decembrie 1928.
Până în 1934 s-a discutat despre o compoziție în concordanță cu D2 cu 1,55% C, 12% Cr, 0,25% V și 0,8% Mo . Nu era încă denumită D2, bineînțeles. Molibdenul a fost adăugat pentru a face din el un adevărat oțel de „călire la aer”, care permite oțelului să se întărească complet în secțiuni groase sau fără ulei. Fără Mo, nivelul ridicat de Cr a făcut ca oțelul să se întărească destul de bine, dar nu suficient pentru a-l face cu adevărat „air hardening”. Adaosul de vanadiu a fost făcut pentru a îmbunătăți duritatea, ceea ce se întâmplă prin rafinarea atât a dimensiunii granulelor, cât și a structurii carburilor. Acest nou oțel de tip D2 era din ce în ce mai popular datorită „proprietății sale de călire la aer, deformării reduse și calității de prelucrare mai bune decât celelalte” . De asemenea, a fost raportat ca fiind „cel mai universal adaptabil dintre… oțelurile cu conținut ridicat de carbon și crom” . Și, după cum s-a menționat anterior, carbonul mai scăzut a însemnat o tenacitate mult mai mare decât cea a oțelului anterior de tip D3, pe care o puteți vedea în figura de mai jos. Adăugările de vanadiu și nichel fuseseră experimentate cu oțelul de tip D3, cu 2,2% carbon, dar, deși acestea au îmbunătățit tenacitatea, oțelul D2 cu conținut mai scăzut de carbon era mult mai dur. Din acel moment, D2 a devenit unul dintre cele mai populare oțeluri pentru scule, în special în matrițe. Noile oțeluri „mai bune” fabricate pentru matrițe continuă să fie comparate cu D2 din cauza ubicuității sale.
D2 în cuțite
A durat ceva timp până când D2 a fost folosit în cuțite. Prima utilizare înregistrată pe care o pot găsi este de către D.E. Henry în 1965 sau 1966 . El a încercat mai întâi D3, cu conținut mai ridicat de carbon, urmat de D2, imitând neintenționat ordinea în care au fost dezvoltate. Datorită popularității sale ca oțel pentru scule, a fost doar o chestiune de timp până când cineva a folosit D2. Rezistența sa relativ ridicată la uzură, împreună cu o bună duritate și tenacitate, l-au făcut să funcționeze bine ca oțel pentru cuțite. Datorită conținutului său ridicat de crom, a avut o poziție unică în dezbaterea oțel inoxidabil vs. oțel carbon. D2 are o rezistență la uzură și o tenacitate ceva mai bune decât 440C, cel mai frecvent utilizat oțel inoxidabil în anii ’70, astfel încât pentru producătorii care considerau că rezistența la pătare a D2 era „suficient de bună”, acesta putea oferi proprietăți superioare. Puteți citi mai multe despre cât de rezistent la coroziune este D2 în acest articol. De asemenea, avea o rezistență la uzură mult mai mare decât oțelurile cu carbon utilizate în mod obișnuit de forjorii de lame, așa că a fost folosit de unii producători de cuțite care doreau un oțel cu rezistență ridicată la uzură. De atunci, D2 a fost folosit în multe cuțite, fiind celebru de producători precum Bob Dozier.
Structura carburilor din D2
Carburile mari din D2 îi limitează duritatea și, de asemenea, stabilitatea tăișului. O versiune de metalurgie a pulberilor, CPM-D2, a fost lansată în jurul anului 2007 pentru a reduce dimensiunea carburilor, despre care se spune că îmbunătățește tenacitatea, rezistența la coroziune și răspunsul la tratamentul termic. Puteți citi mai multe despre motivul pentru care D2 are carburi mari și despre procesul de metalurgie a pulberilor în acest articol. Sprayform este o tehnologie oarecum similară care duce la o dimensiune a carburilor ceva mai mare decât cea a metalurgiei pulberilor. Există o versiune sprayform a D2 numită PSF27 produsă de Dan Spray în Danemarca, fabricată cel puțin din 2002 . Puteți vedea în imaginile de mai jos dimensiunea din ce în ce mai mică a carburilor în D2 convențional (ei bine, ESR oricum), sub formă de pulverizare și PM D2 . Observați că PM este la o mărire mai mare.
Acestea sunt micrografii cu rezoluție destul de mică. Am făcut micrografii ale lui D2, PSF27 și CPM-D2, care sunt prezentate mai jos:
D2 convențional
PSF27
CPM-D2
Proprietățile lui D2
Bohler Uddeholm a măsurat reținerea la muchie a lui D2 împreună cu alte oțeluri cu ajutorul testelor CATRA și a constatat că este ceva mai bună decât N690, ATS-34/154CM, și 440C, la egalitate cu 3V, dar mai rău decât S35VN, Vanadis 4 Extra, Elmax, S30V, M4 și M390 . Am calculat, de asemenea, retenția marginilor în raport cu 440C, care este o valoare pe care Crucible a raportat-o în trecut.
Crucible raportează că D2 are o duritate aproximativ echivalentă cu 10V, mai bună decât 440C și S90V, dar mai slabă decât 3V, CruWear și A2 .
În testele noastre de tenacitate, D2 nu a fost foarte impresionant, deși am testat doar un singur tratament termic și nu am comparat cu multe alte oțeluri cu tenacitate scăzută, cum ar fi 10V, 440C și S90V:
Am scris anterior despre rezistența potențială la coroziune a D2 în acest articol. Rezistența sa la coroziune a fost oarecum suprapromovată în unele cazuri din cauza conținutului său ridicat de crom. Aproximativ jumătate din acest crom este legat în carburi, unde nu contribuie la rezistența la coroziune. Prin urmare, are o rezistență bună la coroziune pentru un oțel pentru scule, deși există unele oțeluri care nu sunt inoxidabile și care ar putea avea o rezistență mai bună la coroziune, în special multe dintre oțelurile cu 8% Cr, cum ar fi 3V sau CruWear. Iată graficul din acel articol cu oțelurile clasificate în funcție de „cromul în soluție”, care este aproximativ egal cu rezistența la coroziune a fiecărui oțel:
D2 în cuțite astăzi
D2 continuă să fie folosit în cuțite; o căutare pe BladeHQ aduce 1.690 de cuțite disponibile în D2. Cuțitarii precum Bob Dozier și-au construit reputația pe fabricarea unui cuțit superior cu D2. Odată cu apariția oțelurilor cu conținut de vanadiu din metalurgia pulberilor, există acum și alte opțiuni cu rezistență mai mare la uzură și tenacitate. Sau oțeluri inoxidabile cu metalurgie a pulberilor care îi pot egala sau depăși rezistența la uzură și duritatea, dar cu o rezistență mai bună la coroziune. Oțelurile pentru metalurgia pulberilor sunt mult mai scumpe decât D2, deoarece D2 este produs în mod convențional și este disponibil pe scară largă la aproape toate companiile producătoare de oțeluri pentru scule. Prin urmare, din punct de vedere al costurilor, D2 are încă un avantaj față de multe oțeluri mai noi. Cele mai noi versiuni sprayform și PM ale D2 ajută la compensarea unei părți din diferența de proprietăți în raport cu alte oțeluri pentru metalurgia pulberilor. Datorită proprietăților sale bune și a reputației construite de-a lungul deceniilor, D2 va continua probabil să fie întâlnit la cuțite.
Concluzii
Oțelul cu conținut ridicat de carbon și crom a fost dezvoltat ca o alternativă la oțelul rapid în Anglia la începutul secolului XX. Aceste oțeluri erau similare cu oțelul modern pentru scule D3, cu un conținut foarte ridicat de carbon (2,2%). Carbonul a fost redus la 1,5%, iar adaosurile de Mo și V au fost făcute pentru a îmbunătăți tenacitatea și capacitatea de întărire a oțelului care era utilizat până în 1934. Acest oțel a devenit ceea ce cunoaștem ca D2, care este popular ca oțel pentru matrițe. Oțelul a fost folosit pentru prima dată la cuțite de către D.E. Henry în 1965 sau 1966 și a devenit popular la cuțite. Au fost produse versiuni prin pulverizare și metalurgie a pulberilor pentru a îmbunătăți duritatea și a rafina microstructura D2. D2 are o bună rezistență la uzură, duritate și tenacitate adecvată.
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., și Radclyffe Furness. „Aliaj de oțel-unealtă”. Brevetul SUA 1,206,902, eliberat la 5 decembrie 1916.
Gill, James Presley, Robert Steadman Rose, George Adam Roberts, Harry Grant Johnstin și Robert Burns George. Oțeluri pentru scule. American Society for Metals, 1944.
Kuehnrich, Paul Richard. „Oțelul”. Brevetul S.U.A. 1,277,431, eliberat la 3 septembrie 1918.
Wills, W. H. „Practical Observations on High-Carbon High-Chromium Tool Steels”. Trans. ASM 23 (1935): 469.
Warner, Ken. Cuțite, ’84. DBI Books, 1983.
Henry, D.E. Collins Machete and Bowies, 1845-1965. Krause Publications, 1995.
https://www.bladeforums.com/threads/cpm-d2.470623/
Schruff, I., V. Schüler, și C. Spiegelhauer. „Oțeluri avansate pentru scule produse prin deformare prin pulverizare”. The Use of Tool Steels: 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