X20Cr13 и X30Cr13 являются марками стали, которые относятся к европейскому стандарту EN10088. Эти стали представляют собой высокохромовые нержавеющие стали и принадлежат к группе мартенситных нержавеющих стали, которые отличаются хорошими характеристиками обработчику.
Ножевые стали: виды и характеристики
Когда речь идет о выборе ножа, какой параметр вы считаете наиболее важным? Может быть, это его внешний вид? Или дизайн? Возможно, размеры? Однако, действительно, первый и самый важный аспект, который следует учитывать, — это сталь клинка. Именно от качеств стали зависит то, насколько высоко будет качество ножа, его функциональные свойства и срок службы. Это также оказывает влияние на цену ножа. Мы постарались аккуратно изложить основные виды сталей, их сравнение и характеристики.
С физико-химической точки зрения, сталь представляет собой сплав железа и углерода, в который добавляются специально подобранные легирующие элементы. Эти добавки позволяют придавать стали определенные свойства, которые в значительной степени определяют характер стали. При этом эксплуатационные характеристики стали также зависят от технологии производства, а именно от процессов прокатки и закалки.
Ключевые характеристики материала
- Твердость. Этот параметр характеризует способность материала сохранять свою форму под нагрузкой или давлением. Твердость измеряется по шкале Роквелла (HRC).
- Прочность. Данная характеристика указывает на устойчивость материала к выкрашиванию и трещинам при эксплуатации в тяжелых условиях. Она демонстрирует, насколько клинок может изгибаться, не подвергаясь полной деформации.
- Коррозионная стойкость. Этот параметр описывает способность стали противостоять ржавчине, питтингу и другим коррозийным повреждениям, вызванным воздействием окружающей среды.
- Износостойкость. Это характеристика, показывающая, насколько материал устойчив к абразивным и адгезионным повреждениям. Устойчивость к износу зависит от химического состава стали и от её твердости.
- Удержание режущей кромки. Это важный аспект, от которого зависит, как долго лезвие будет оставаться острым во время использования. К сожалению, нет стандартизированного метода для измерения этого параметра; он определяется индивидуальными ощущениями пользователей.
Важно отметить, что самые высокие показатели HRC не являются единственным индикатором качества стали. Такая сталь может хорошо удерживать заточку, но при этом на ней могут очень быстро появляться трещины и сколы. Более того, если изделие из стали будет слишком твердым, оно может разбиться, как стекло. В то же время слишком мягкая сталь не может быть считаться качественной, так как с ней будет трудно резать многие материалы.
Прочность не имеет единого стандарта измерения, и стоит учесть, что твердая сталь, как правило, будет иметь меньший уровень прочности, и наоборот.
Оказывается, практически полностью защищенная от коррозии сталь может негативно сказываться на общей производительности клинка. Поэтому оптимальная коррозионная стойкость рабочего ножа должна быть умеренной.
При сравнении двух клинков с одинаковыми показателями твердости, более износостойким окажется тот, в состав которого будут входить больше карбидов.
Хотя могло бы показаться, что для приобретения идеального ножа нужно выбрать модель с максимальными показателями всех перечисленных характеристик, на практике это зачастую более сложно. Например, если твердость клинка максимальна, он может оказаться весьма хрупким и не выдерживать даже минимального контакта с твердыми предметами. В то же время, если прочность на первом месте, это может негативно сказаться на удерживании заточки. Следовательно, идеальный нож должен обладать сбалансированными показателями всех указанных параметров.
Состав и расшифровка
Высокие антикоррозийные характеристики и механическая стойкость стали X30Cr13 результат легирующих добавок и особенностей термической обработки, используемой в процессе производства этой стали. Даже при воздействии высоких температур жаропрочный металл сохраняет свою способность противостоять окислению. Изделия и резервуары из закаленной жаропрочной стали эффективно выдерживают агрессивное воздействие окружающей среды.
Состав стали X30Cr13 обозначается соотношением основных компонентов (около 0,4-0,6% углерода и 13% хрома), что позволяет отнести эту марку к среднеуглеродистому виду металлопроката с высокой степенью легирования. Корректирующие добавки включают марганец, фосфор, кремний и другие элементы, каждый из которых обладает специфическими свойствами.
Углерод является важнейшим компонентом при создании стальных сплавов, поскольку при его взаимодействии с железом образуются атомы цементита F3C. Однако, несмотря на то что высокое содержание углерода увеличивает твердость металла, оно также ведет к повышенной хрупкости, которая проявляется при термической обработке, особенно во время закалки сталей.
Для предотвращения закалочных дефектов и повышения технологичности металла необходимо добавлять в сплав дополнительные модифицирующие элементы, которые делают сталь более пластичной и устойчивой к колебаниям температуры.
Хром занимает второе место по содержанию в составе легированной стали после углерода. Этот элемент способствует быстрой восстановимости железа, которое подвергается окислительным процессам. Таким образом, хром защищает стальные изделия от коррозии и разрушения.
Кремний является полезным добавлением, которое снижает вероятность окислительных процессов в металлическом полотне. Этот элемент также, взаимодействуя с железом, препятствует образованию соединений с фосфором при закаливании, тем самым предотвращая появление трещин. Марганец, в свою очередь, снижает концентрацию серных соединений, что повышает вязкость стали и её устойчивость к ударным нагрузкам.
Никель делает сплавы стали более мягкими, однако в небольших количествах он улучшает вязкость и коррозионную стойкость. Ванадий в сочетании с углеродом увеличивает прочность стали и повышает её износостойкость. Кобальт используется в высокопрочных сталях для усиления эффекта других элементов, а также позволяет применять более высокие температуры при обработке материала.
Благодаря сложному составу сплава, сталь марки X30Cr13 может использоваться для производства разнообразных инструментов и приборов, применяемых в различных отраслях.
Характеристики и свойства
Износостойкость материала обусловлена высокой степенью предела текучести. Ударная вязкость, тугоплавкость и устойчивость к окислению обеспечивают стабильность свойств металла на протяжении длительного времени.
При анализе химических и физических характеристик стали X30Cr13, специалисты в области металлургии отмечают её превосходство над многими другими аналогами. Подобные показатели твердости и износостойкости имеют американские марки 420 и японская SUS420J2. Наилучшие российские альтернативы этой стали — это марки 1-14, 1-18, 20X13, 2X13 и другие.
X20Cr13 | X30Cr13 ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ СТАЛИ
| Марка | C | Si | Mn | P | S | Cr |
| X20Cr13/1.4021 | 0.16-0.25 | ≤1.0 | ≤1.5 | ≤ 0.04 | ≤ 0.015 | 12-14 |
| X30Cr13/1.4028 | 0.26-0.35 | ≤1.0 | ≤1.5 | ≤ 0.04 | ≤ 0.015 | 12-14 |
| X20Cr13 | X30Cr13 | |
| Китай | 20Cr13/2Cr13 | 30Cr13/3Cr13 |
| США | 420/S42000 | 420/S42000 |
| Япония | SUS420J1 | SUS420J2 |
X20Cr13 | X30Cr13 ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТАЛИ
| X20Cr13/1.4021 | X30Cr13/1.4028 | |||
| Плотность, г/см³ | 7.75 | 7.76 | ||
| Ac1,℃ | 820 | 780 | ||
| Ar1,℃ | 820 | 780 | ||
| Ms,℃ | 300-350 | 240 | ||
| Температура плавления,℃ | 1470-1510 | 1365 | ||
| Удельная теплоемкость，(0~100℃), кДж/(кг·К) | 0.46 | 0.47 | ||
| Теплопроводность W/(м·К) | 100℃ | 500℃ | 100℃ | 500℃ |
| 22.2 | 26.4 | 25.1 | 25.5 | |
| Коэффициент линейного расширения, 10-6/К | 0~100℃ | 0~500℃ | 0~100℃ | 0~500℃ |
| 10.3 | 12.2 | 10.5 | 12.0 | |
| Сопротивление （20℃), Ω·мм²/м | 0.55 | 0.52 | ||
| Долговечность поперечного модуля (20℃), кН/мм² | 200 | 219 | ||
| Магнитные свойства | магнитные | магнитные | ||
| X20Cr13 | X30Cr13 | |
| Начальная температура ковки | 1100℃-1150℃ | 1100℃ |
| Окончательная температура ковки | 850-900℃ | мин. 850℃ |
| Коэффициент ковки | ≥4:1 | ≥4:1 |
| Обработка после ковки | Медленное охлаждение | Медленное охлаждение |
ФАКТОРЫ (КРИТЕРИИ) ВЫБОРА СТАЛИ
Перед тем как углубиться в изучение графиков, стоит обсудить основные физические свойства сталей, которые являются наиболее важными для ножа. Главное предназначение клинка ножа — это резка, и, безусловно, его эффективность при этом зависит от нескольких ключевых факторов. Например, нож с хорошими показателями удержания остроты сможет выполнять свои задачи превосходно даже после 1–2 месяцев эксплуатации, и вы заметите значительные различия в этом параметре при сравнении ножей из премиум стали и обычной. Для полевого ножа (с фикс. клинком) первоочередной задачей будет прочность, чтобы защитить нож от серьезных нагрузок. Сопротивление коррозии будет весьма полезным для тех, кто любит рыбалку или проживает в районах с повышенной влажностью. Простота заточки свидетельствует о том, что сталь будет мягче, и именно поэтому такой нож можно будет легко обновить или заточить в полевых условиях.
- Удержание остроты — фактор, который показывает, насколько долго ваш нож останется острым! Когда вы вскрываете коробки или колете дрова, неважно, никто не любит, когда нож тупится!
- Прочность — чем выше прочность, тем больше нагрузок сможет выдержать ваш нож — будь то выламывание, изгиб, строгание, рубка или колка. В общем, все те аспекты жесткой, но, порой, необходимой эксплуатации.
- Сопротивление коррозии — если вам предстоит отдых или работа на воде, или вы часто используете нож для нарезки сильно кислых продуктов, вам будут полезны стали с высокой коррозионной стойкостью. Забыв промыть или протереть такой нож, вы ничем не рискуете, в отличие от углеродистой стали.
- Простота заточки — это определяет, насколько быстро и легко можно вернуть ножу остроту. Способность заточить нож в поле за считанные минуты окажется важным аспектом. Однако стоит учитывать, что такие ножи обычно не обладают высоким уровнем удержания остроты.
Есть и еще несколько важных моментов:
- Термическая обработка клинка (ТО) — этот процесс не должен быть забыт. Правильно проведенная термическая обработка обеспечивает оптимальное соотношение всех упомянутых факторов для конкретного типа стали. Тем не менее, чем выше твердость стали, тем лучше будет удержание остроты, но ниже её прочность.
- Геометрия клинка — это обширная тема, но в общем случае, чем тоньше клинок и чем меньше его сведение, тем лучше он будет резать. В противном случае нож будет менее острым, но более прочным.
- Заточка — любой нож можно заточить, однако вопрос о том, будет ли он резать, остаётся открытым. Главный ‘критерий’ заточки — это угол режущей кромки. Чем острее угол (30°), тем лучше рез; при более тупом угле (60°) качество реза будет значительно хуже. Однако, в последнем случае, кромка с углом в 60° будет более прочной и менее подверженной выкрашиванию. Оба клинка с углами 30° и 60° могут быть одинаково острыми и способны строгать волосы на весу, но качество реза и прочность будут совершенно различными.
- Цель покупки ножа — универсальной или идеальной стали не существует. Сталь с высокой твердостью хорошо резает и долго удерживает заточку, однако не подойдет для рубки дерева в лесу. В то же время высокоуглеродная сталь продемонстрирует оптимальное соотношение качества реза и прочности, но не сможет выдержать работу в условиях повышенной влажности.
Таким образом, сравнивайте графики и выбирайте идеальный нож согласно вашим требованиям!
СРАВНЕНИЕ САМЫХ ПОПУЛЯРНЫХ СТАЛЕЙ
Bohler Uddeholm M390 — сталь, которая по праву занимает лидирующие позиции среди премиум сталей. Она сочетает в себе три основных фактора ножевой стали с показателями, значительно превышающими средние, и достичь таких результатов весьма сложно. Поэтому большинство производителей начали использовать эту сталь для своих ножей, в результате чего M390 стала одной из самых популярных.
CTS-204P — сталь, которая, по сути, является аналогом Bohler M390. Она также очень близка к CPM-20CV с точки зрения состава. Благодаря значительному количеству хрома, молибдена, ванадия и вольфрама, эти стали занимаются лидирующие позиции в премиум категории. CTS-204P производится американской компанией Carpenter Technology Corporation, тогда как CPM-20CV изготавливается Crucible Industries.
CPM-20CV — популярная сталь, используемая для большинства ножей и производится американской компанией Crucible Industries. M390, 204P и 20CV — все они являются аналогичными сталями.
CPM-M4 — еще одна высококачественная сталь от Crucible Industries. За счет снижения коррозионной стойкости, вы получаете удивительное удержание остроты и высокую прочность. К тому же, заточить M4 оказывается проще, чем M390 и ее аналоги. Основываясь на опыте пользователей и проведенных испытаниях, сталь M4 может превосходить M390 и S90V по удержанию остроты, а прочность этой стали оказывается в совершенно другом классе. Если вас беспокоит коррозия на клинке, следует задуматься о выборе ножа из этой стали. Однако, если вы способны ухаживать и следить за своим клинком, вы в полной мере ощутите преимущества CPM-M4 и избежите его недостатков. В большинстве случаев клинки из этой стали изготавливаются с защитным покрытием.
CPM-S90V — популярная сталь как среди Benchmade, так и Spyderco, знаменитая своим превосходным удержанием остроты и высокой коррозионной стойкостью. Эта сталь обладает хорошей прочностью, однако немного уступает M390.
CPM-S110V — обладает схожими качествами с S90V. Основное отличие заключается в чуть меньшей прочности, однако удержание остроты у нее больше. Если вы планируете использовать нож исключительно для резки, то CPM-S110V будет наилучшим выбором для этой задачи. Обе эти стали плохо поддаются быстрой заточке, однако, если вы не сможете сильно затупить их, будьте готовы потратить на заточку вашего ножа от 1 до 2 часов.
Подходит ли 3Cr13 для ножей?
Качественный материал для ножа должен быть стабильным и прочным. Стабильный материал не должен корродировать со временем, он должен сохранять остроту своего края. Также он должен противостоять явлению усталости. Прочный материал ножа нужен для обеспечения его гибкости при резке. При физическом воздействии, например, при ударе о твердую поверхность, материал может немного деформироваться, но не сломаться. Эти характеристики составляют основу для хорошего материала ножа.
Мартенситная нержавеющая сталь 3Cr13 обладает всеми этими свойствами. Она вполне устойчива к воздействиям агрессивных веществ, которые могут встречаться в повседневном использовании кухонных предметов. На её поверхности не возникают трещины, благодаря чему она имеет отличные характеристики при циклических нагрузках. Эта сталь может выдерживать давление до 540 МПа, что позволяет ей легко резать пищу. Энергия удара на уровне 24 Дж делает её идеальной для гибкости. Перед разрушением материал может удлиниться до 12%, что делает его подходящим для изготовления ножей.
3Cr13 для различных типов ножей
Ножи могут классифицироваться по механизмам применения и различным формам в зависимости от их назначения. Например, уличным ножам требуется меньший размер для удобной транспортировки, в то время как стационарным ножам необходима фиксированная форма.
Нож Элк Ридж: Данный нож предназначен для резки в условиях открытой местности. Поэтому он должен быть устойчивым к воздействию влаги и дыма. Этот нож может использоваться для охоты, и к материалу, из которого он изготовлен, предъявляются требования, позволяющие ему получать нагрузки, превышающие нормальные условия. Он справляется с ударами о твердую поверхность. В данной ситуации мартенситная нержавеющая сталь 3Cr13 проявляет свою устойчивость к влагостойкой и дымной атмосфере на открытом воздухе, что делает её годной для использования в ноже из лосиного хребта.
Нож-бабочка: Данный тип ножа требует стабильности у тонкого листа. Кроме этого, необходима устойчивость к коррозии в закрытой среде. Нержавеющая сталь 3Cr13 может обеспечить прочность тонкого материала, и предотвращает образование оксидов в закрытых условиях.
Охотничий нож: Охотничий нож требует повышения прочности для резки костей. С его помощью требуется резать толстый металлический лист. Этот нож способен обеспечить дополнительную прочность за счет высокого момента инерции.
Складной и карманный нож: им необходима возможность складываться для удобного хранения. Мартенситная нержавеющая сталь 3Cr13 обеспечивает хорошую ударопрочность для таких решений. Она также сохраняет остроту режущей кромки во время операций складывания.
Кухонный нож: Кухонный нож требует хороших характеристик удержания остроты и стойкости к коррозии. Мартенситная нержавеющая сталь 3Cr13 хорошо сохраняет остроту и не загрязняет продукты питания, что делает её подходящей для изготовления кухонных ножей.
Попробуйте Туофу прямо сейчас!
Неординарные решения для сложных конструкций: чертежи отправляйте на info@tuofa-cncmachining.com
Реальные человеческие цитаты точнее, чем цитаты программного обеспечения.
3Cr13 против нержавеющей стали 440C
Процент углерода в стали 440C в три раза выше, чем в 3Cr13. Таким образом, она обладает большей прочностью по сравнению с 0.3-процентной углеродистой нержавеющей сталью. Однако 440C также теряет коррозионную стойкость при воздействии агрессивной среды. На рисунке №2 показана коррозия ножа 440C. Эта сталь способна образовать подшипниковую конструкцию, так как ей требуется прочность с умеренной коррозионной стойкостью. Кроме того, 440C является хрупкой, что связано с её низкой пластичностью. Поэтому такая сталь не обеспечит хорошую гибкость в процессе резки. Высокая сила резания может повредить лезвие 440C. Сравнение свойств представлено в таблице №4.
На рисунке №2 представлена коррозия ножа 440C.
Объект
