MagnaCut

Я прочитал удивительную и в чем-то вдохновляющую историю о создании стали MagnaCut.

Я листал интернет на предмет всяких данных насчёт различных сталей и наткнулся на блог, в котором было всё очень круто про тест сталей. С хорошей методикой и выводами. А потом внезапно оказалось, что этот же человек придумал свою сталь для ножей. Мало того, что придумал, он ещё и добился того, чтобы её изготовили.

Но сначала сделаем небольшое отступление на тему эксплуатационных характеристик сталей.

Мы тут говорим про ножи и стали для ножей, поэтому разберемся какие характеристики стали нас интересуют во время работы.
Вообще говоря, их можно выделить огромное количество, но для упрощения сведем всё к 3-м:

• Коррозионная устойчивость - строго говоря коррозия бывает совершенно разная, но мы тут обобщим. И почти всегда речь будет о поверхностной коррозии. Это характеристика, которую можно выражать в условных баллах или в конкретных величинах. Чем больше значение, тем больше устойчивость к коррозии. Но можно и просто визуально определять количество пятен, после обрызгивания раствором соли в воде (1%) спустя там сутки-двое-трое.

• Прочность - опять же, типов различной прочности может быть дохрена. Взаимосвязанные и невзаимосвязанные между собой. Туда же характеристики упругости, пластичности и т.д. и т.п. Обобщим это всё до прочности, и будем измерять в усилии, которое надо приложить к клинку. Схема такая: у нас есть стандартный прут, к нему приставляем клинок, режущей кромкой. Как будто собираемся перерубить прут. И давим на клинок, с измерением усилия. Финальный результат - это когда на режущей кромке произойдет скол. Чем больше при этом усилие, тем больше прочность стали. Да, это не покрывает все аспекты, но это максимально приближено к реальному использованию. (На картинке: одна сталь, разные геометрии, и фото вмятин и сколов в зависимости от усилия, которые измеряли в ft-lbs фут-фунты что ли.)

• Удержание режущей кромки (РК) - опять не простое свойство, пересекается с устойчивостью на истирание и чем-нибудь ещё точно пересекается. Есть тест CATRA, который заключается в перерезании на специальном станке с помощью ножа стопки карточек (полосок бумаги). Карточки тоже стандартизированные и специальные (с добавлением кремния - песка). Нож раз за разом режет карточки, пока не затупится до состояния, что не сможет. (Возможно тут я налажал с описанием теста в деталях, но суть именно такая) Чем больше карточек получилось перерезать - тем режущая кромка устойчивее. Тут считается просто в количестве порезанных карточек, а точнее в мм прорезанной стопки. (Видео установки)

Ясное дело, что разные ножи из одной стали имею разную геометрию. Иногда разную термообработку. Поэтому сравнивать между собой именно различную сталь надо на одинаковой геометрии. Поэтому делаются клинки одной формы, закаливаются так как предполагает производитель (иногда с одной сталью несколько различных закалок) чтобы можно было сравнивать.

Возвращаясь к основной теме в контексте ножей - баланс.

Можно сделать нож с очень большой прочностью, но с очень слабым удержанием РК. И тогда этот нож будет полезен (наверное) в каких-то узких областях, но широко использовать его будет неудобно - придётся постоянно точить.
Так же можно сделать невероятный упор на удержание РК и получить очень хрупкий нож, который можно будет сколоть об рыбью косточку (я утрирую, но всё же), и к тому же он будет ржаветь как сволочь. Получится опять же узкое применение и бесполезная сталь для широкого круга пользователей.
Характеристики прочности и удержания РК в норме противоречат друг другу: увеличивая одно, мы уменьшаем другое. Но зависимость не линейная. Производители ножей и сталей пытаются найти тот самый баланс, который увеличит удержание РК, не слишком уменьшит прочность, да ещё и про коррозионную стойкость надо не забыть. Нельзя просто выкрутить все параметры в максимум. Ну по крайней мере пока не сильно получается.
Именно поэтому сталей много, и разным сталям - разные условия работы, разная геометрия. Из-за этого споры, сравнения, обсуждения. Что в общем-то даже и хорошо. Всегда можно обсудить, что D2 - ржавучее говно (или не ржавучее).

Перейдем к изобретателю

Ларрин Томас интересовался ножами и сталями. Его отец - кузнец - делал дамаск и поэтому посещал различные ножевые мероприятия с сыном. Ларрин тоже заинтересовался вопросом сталей. Общался с мастерами и кузнецами на этих мероприятиях. И заметил, что разные люди говорят иногда разные вещи. Чтобы разобраться, где правда он погрузился в тему настолько, что получил PhD в области металлургии. PhD - это "доктор философии", по нашему - кандидат наук.
Так вот, в далеком 2001 появилась сталь, которую сделали вроде как специально для ножей - S30V. И прорывом можно считать, что у этой стали был неплохой баланс: она неплохо сохраняет РК, и при этом не так уж прямо хрупка. Ларрина интересовало как решаются эти компромиссы, и как можно улучшить одни характеристики не сильно ухудшая другие. И это всё привело его к мысли о создании своей стали.

Некоторые шаги развития порошков:

Вообще, более ранние порошковые стали были с высоким содержанием хрома (17-20%). А для износостойкости (и сохранения остроты дольше) добавлялся ванадий - он формировал твёрдые карбиды (это например S60V, Elmax, M390). Из-за наличия карбидов хрома, которых тоже было в достатке, получалась сравнительно крупная микроструктура и не очень большая прочность.

Среди "ржавеющих" порошковых сталей хрома было меньше, карбиды были представлены в основном ванадием. Он даёт карбиды небольшого размера, карбидов хрома не было и из-за этого микроструктура получалась более мелкой, сталь была и прочнее и дольше сохраняла РК. Это такие стали как Vanadis-8, CPM-4V и CPM-3V. Но, надо понимать, что это уже "ржавеющие" стали, это ограничивает их применение.

Следующий шаг - уменьшение хрома (до +-14%). Как мы помним из поста про нержавейки, сопротивление коррозии даёт наличие хрома "в растворе" (или "в решетке"). Такой хром, который не связан с углеродом, и способный образовать защитную оксидную пленку. И если у нас "в растворе" остается 10-13% хрома, то это даёт достаточную защиту. Это стали S90V и S30V, например.

Сравнение по снимкам M390, 4V и S30V:

(кто с телефона, это в карусель фоток превращается, надо листать)

Ларрин задумался, а почему же нельзя пойти дальше. Предположим, что сталь будет состоять на 90% из РАСТВОРА (железо, другие металлы), а остальные 10% - карбиды. Это значит, что если добавить в сталь 10% хрома (общее содержание) и сделать так, чтобы он весь остался в РАСТВОРЕ, то содержание хрома в РАСТВОРЕ будет 11.1% (0.1 хрома разделим на 0.9 раствора = 0.111 или 11.1%) А это то количество, которое сделает сталь вполне нержавеющей.

Сперва моделирование не показало успеха (Ларрин отталкивался от состава S30V), но если уменьшить углерод, добавить ниобий к ванадию, то результат достигается. По расчетам получалось так, что нужен очень небольшой диапазон содержания углерода, чтобы схема работала. Но это всё в моделировании. Неизвестно, насколько оно точно показывает результат, да и баланс между прочностью и сохранением РК надо проверять на деле.

Значит, надо где-то изготовить эту сталь. А это, конечно же, порошковая сталь (о них я писал уже), а такое в каждой подворотне не сделают. Есть считанное количество концернов, которые могут это изготовить. Ларрин сразу отмел вариант делать за свои деньги, он решил просто написать и предложить изготовить небольшую партию стали по своей формуле. В конце-то концов, самое страшное, что может произойти - ему откажут. Он связался с Crucible, ему ответили, какое-то время проверяли его компетенции, выяснили, что он не просто дурачок с "гениальным планом" и согласились на пробную партию.
Потом там был очень длительный процесс создания расплава. Ему чуть ли не ночью могли позвонить и предложить добавить больше углерода, чтобы всё это дерьмо окончательно расплавилось. Время, нервы, но процесс шёл и где-то через год вышла первая партия этой стали.
Пластинки были отправлены различным ножеделам, и были получены хорошие отзывы.
Получился очень хороший баланс характеристик. Например, получилась какая-то невероятная коррозионная стойкость, несмотря на довольно ограниченное количество хрома в общем составе. Ну и весьма впечатляющая прочность. И это всё результат удаления карбидов хрома. До этого неплохих результатов по удалению карбидов хрома достигали только при уменьшении количества углерода (420 сталь, например). Но по умолчанию считается, что их не избежать. Ларрин смог найти такую комбинацию, при которой карбидов хрома практически нет, но при этом есть приличное количество углерода. В этом новизна и необычность. Значения по удержанию РК не рекордные, но тоже вполне достойные значения, на уровне S35VN, CPM-4V и CPM-CruWear.

Дальше я положу разные графики с расшифровками.

А пока такой промежуточный итог всей истории.

Для меня, конечно, самое вдохновляющее - это не то, что ученый, инженер смог разработать модель "суперстали". А то, что он смог выйти на производителя, заинтересовать его, убедить произвести пробную партию. Я думаю, что это во многом потому, что это не просто научный интерес, а четкое понимание, зачем нужно было делать эту сталь, какое у неё будет конкретное применение. Но может быть такие успешные сотрудничества с индустриальными гигантами только мне кажутся невероятными и захватывающими. Тем не менее, из-за этого я сделал для вас пересказ истории с блога автора. И этот блог я буду читать и дальше, может быть украду оттуда ещё пару каких-то историй :)

Графики с разъяснением.

Твердость/удержание РК

На графике по оси X - твердость (Роквелл), по оси Y - TCC (Total card cut) - сколько миллиметров карточек получилось отрезать (насколько мм прорезали стопку). Тот самый тест CATRA. Диагональные пунктирные серые полосы - это примерный тренд изменения TCC от изменения твердости. Если закаливать ту же 440C на большую твердость - она порежет больше карточек. 204P - это M390 (но американского разлива)

Что из этого графика можно понять?

• Большинство протестированных сталей находится в интервале 60-63 HRC, и при этом разница в удержании РК ОГРОМНАЯ. Значит, куда важнее сама сталь, чем её твердость.
• Крутые порошки, сделанные для реза, реально круто режут. Все эти S60V, S90V, S110V итд.
• Очень хочется что-нибудь порезать сталью Rex 121 %)
• А и ну рез у MagnaCut не выдающийся, но на уровне нормальных сбалансированных порошков (S35VN, 4V)

Твердость/прочность

Тут два графика, по оси X - HRC, по Y - прочность. Прочность в фут-фунтах, как и в картинке со сколами выше.

Первый график - высоколегированные "ржавеющие" стали; второй - нержавейки.

Тут мы видим, что и в одном и другом случае результат достойный, и среди нержавеек и среди "ржавеек" MagnaCut находится выше среднего.

Прочность/удержание РК

По оси X - результат теста CATRA (с карточками), по оси Y - прочность.

И тут мы видим, что MagnaCut, конечно, не лидер по резу (это мы и так видели), но при одинаковом удержании РК заметно прочнее. Видно, что S35VN - тоже хорошо сбалансирована, относительно других сталей. Но MagnaCut тут немного лучше удерживает РК и заметно прочнее.

Тут у нас тоже график Прочность/Удержание РК, но не в абсолютных значениях, а в условных баллах. Это график для нержавеек.

Тоже прочность/удержание РК в баллах, для легированных "ржавеек". Тут Магнаката нет, но он там же, где 4V\Vanadis4E, в координатах [5,7].

Тоже график Прочность/Удержание РК, только тут все стали вместе - оранжевые "ржавейки", синие - нержавейки. График хороший, но мало подписанных точек.

Тут видно, что в этой плоскости "ржавейки" выгоднее. (за исключением того, что они ржавейки)

Это точно такой же график, как выше, только с логарифмической шкалой Прочности. Это превращает зависимости в линейные, так проще воспринимать.

И о чём это нам говорит. А о том, что MagnaCut по соотношению прочности и удержания РК находится среди хороших легированных "ржавеющих" сталей.

Сопротивление коррозии

По картинке выше, с тестом на сопротивление коррозии, видно, что MagnaCut не лидер, но находится в ТОП-3 по сопротивлению коррозии.

Этот график Максимальная твердость/Устойчивость к коррозии. Устойчивость к коррозии в сравнительных баллах. Максимальная твердость, это интересно, но не так чтобы сильно полезно. Но тут мы можем отметить, что MagnaCut - это очень крутая нержавейка.

Выводы

Волшебная ли получилась сталь? в общем нет. Она в топе только по нержавейности. Но когда мы говорим о ножах, это довольно важно.

Но если мы сравниваем с какой-либо другой сталью, MagnaCut по какому-то параметру оказывается впереди: окей, у нас Vanax и LC200N немного лучше сопротивляются коррозии? Ну так магнакат прочнее Vanax и дольше режет, чем LC200N.

S110V и M390 почти такие же нержавейки и режут сильно лучше? ну тут магнакат прочнее их в два раза. А это тоже важно для бытового ножа. Не надо будет над ним трястись, бояться ударить РК по кости, или разбатонить полено.

В сумме, MagnaCut даёт хорошие пользовательские характеристики для ножа: в первую очередь нержавейность и прочность. И при это удержание РК на уровне. И мне лично кажется, что это хороший баланс для рабочего ножа, в лес, на охоту, бушкрафт. Ну и на кухне неплохо будет: не топовый слайсер, но костей не боится. Вижу эту сталь для рабочих, очень рабочих фиксов.

А в продаже встречаю пока в основном в складнях, которые не выглядят, как максимально рабочие. Но это уже совсем другая история. Надеюсь, когда-то смогу себе приобрести фикс на MagnaCut.

Пост написан на основе материалов блога knife steel nerds