Журнал Прорез - Что это за сталь?

Сергей Митин

ЧТО ЭТО ЗА СТАЛЬ?

Принимая в свое время активное участие в дискуссиях любителей ножей, я столкнулся с таким интересным явлением как «сталеснобизм», иначе говоря непреодолимое желание иметь нож из самой-пресамой современной, крутой, превозносимой специалистами — как действительными так и мнимыми, самозваными — сверхстали. Не особо считаясь с реальными ее преимуществами и недостатками, а чаще всего, не имея о них ни малейшего понятия. Ну, что же, снобизм это ведь одно из основных прав человека, точно так же, как и право допускать ошибки…

Признаюсь сразу в одной изрядной крамоле — я довольно-таки слабо ориентируюсь в марках российских сталей. Поэтому приведу тут табличку, в которой подан состав сталей, применяемых в производстве ножей на Западе, и постараюсь охарактеризовать их с практической точки зрения. Желающие могут, ориентируясь на таблицу, найти соответствующие по составу марки в российской классификации.

Расскажу коротенько и упрощенно о механических свойствах сталей, лишь столько, сколько нужно, чтобы лучше понять, чего можно ожидать от своего ножа. Я не собираюсь превращать статью в популярном журнале в учебник технологии металлов или сопротивления материалов, тем более, что никогда особенно не любил эти предметы. Механическая прочность — это способность противостоять механическим нагрузкам при наименьшем изменении формы. Из двух одинаковых образцов под воздействием одинаковой нагрузки более прочный деформируется (например, изогнется) в меньшей степени.

Твердость — это способность материала сопротивляться прониканию в него инородных тел. Есть несколько способов измерения твердости, в своих объяснениях я буду придерживаться популярной шкалы твердости по Рокуэллу. В материал с калиброванным усилием вдавливается стандартная алмазная пирамидка. По величине оттиска определяется глубина проникания и соответствующая ей твердость материала, измеряемая в условных единицах Рокуэлла, сокращенно HRC.

Упругость — это способность материала восстанавливать первоначальную форму после прекращения действия нагрузки. Свойство обратное пластичности, например, более упругая проволока, будучи согнутой и отпущенной, выпрямится ближе к своей первоначальной форме, более пластичная — сохранит деформацию в большей мере.

Износоустойчивость определяет насколько трудно от материала отрываются микрочастички под воздействием трения об иной материал, проще говоря — насколько успешно материал сопротивляется истиранию.

Что такое коррозионная устойчивость ясно из самого определения.

Вязкость — это способность металла противостоять импульсным (ударным) нагрузкам без нарушения кристаллической структуры, то есть без появления трещин и разломов. Свойство противоположное хрупкости. Вот практически и все свойства стали, на которых есть смысл останавливаться, разговаривая о ножах.

Сталью называется сплав железа с небольшой, не больше 2 % по определению, примесью углерода. Углерод придает стали твердость, само по себе железо в чистом виде — это довольно-таки мягкий материал даже по сравнению с некоторыми твердыми сплавами меди, например фосфористой бронзой. Более того, углерод придает стали способность принимать закалку, то есть изменять свои механические свойства в результате термической обработки. Сталь приобретает при этом твердость, упругость, механическую прочность, износоустойчивость. Одновременно она теряет ударную вязкость и становится более хрупкой. Сталь с большим содержанием углерода в результате термообработки становится более твердой и износоустойчивой. Нет, однако, прямой зависимости между содержанием углерода с одной стороны и прочностью и упругостью с другой. При определенном уровне сталь начинает терять эти свойства в результате повышения хрупкости. При увеличении содержания углерода сталь теряет также коррозионную устойчивость, даже при одном и том же его содержании сталь тем охотней ржавеет, чем больше твердость, до которой она закалена. При содержании углерода, большем чем 2 %, химическое соединение железа с углеродом — очень твердый карбид железа (цементит) — выделяется в виде таких крупных кристаллов, что материал теряет большую часть своих положительных механических свойств. Сталь попросту превращается в чугун. Исключение могут составлять спеченные (композиционные) материалы, получаемые нагреванием смеси размолотых в мелкий порошок составляющих до температуры спекания, а не плавления.

Вообще-то для хорошего ножевого клинка стали с содержанием 0,6–0,8 % углерода, закаленной до твердости около 55–57 HRCвполне хватило бы. Тут хочу подчеркнуть, что речь идет исключительно о ножах, то есть инструментах, предназначенных для резки сравнительно мягких материалов. Все иные инструменты, например, предназначенные для рубки (мечи, сабли, топоры, мачете и т. п.) — это совсем другая тема, которой мы здесь не касаемся. Нож это не уменьшенный меч, а меч это не огромный нож!

Практика подтверждает теорию: из пружинной стали можно сделать очень хороший клинок. И делают ведь! Сталь 5160 применяется в промышленности в основном для производства автомобильных рессор, например в Мерседесах. Практически всю свою молодость я пользовался ножами, кустарно изготовленными из рессор, правда не Мерседесов, а, скорее, тракторов, но это были очень даже приличные ножи. Сравнительно хорошо держали заточку, сравнительно легко было их точить, можно было даже поддеть что-нибудь или рубануть без особенных опасений, что клинок сломается или лезвие выкрошится. Были хороши во всем кроме одного — ржавели как… ох, не приходит мне в голову никакое более-менее цензурное сравнение. Конечно, можно защитить клинок, например, воронением (не режьте маринованные огурцы вороненым клинком, воронение не терпит контакта даже с очень слабыми кислотами!). Можно также, и даже нужно, заботиться о своем ноже, чистить и смазывать его своевременно. Только вот, никакое защитное покрытие не защитит само лезвие, и смазка с него сотрется сразу как только начнем резать что бы то ни было. Добавить сюда жару, высокую влажность воздуха, контакт с соленой водой или еще более соленым потом, — и ржавчина может полностью «сожрать» лезвие буквально в течение нескольких дней, не говоря уж о неделях. Скорее всего, именно поэтому сегодня можно найти не слишком много серийно изготавливаемых ножей с клинками из такой вот простой углеродистой стали. В моей коллекции их нашлось только два, и оба с клинками, защищенными более или менее удачным покрытием.

Подавляющее большинство серийно производимых ножей сегодня имеет клинки из нержавеющей стали. Остановлюсь специально на очень распространенном в западной литературе разделении сталей на углеродистые и нержавеющие (carbon steel or stainlss steel). Каждое деление чего бы то ни было на какие бы то ни было группы в самой своей основе очень условно. То, о котором идет речь, не исключение. Тем более, что в добавок в нем есть нечто довольно-таки нелогичное: нержавеющая сталь ведь тоже углеродистая, иначе не была бы сталью… Тем не менее, в дальнейшим буду придерживаться этих не совсем правильных определений, хотя бы для того, чтобы не пользоваться коряво звучащими терминами типа «не нержавеющая сталь» или «ржавеющая сталь».

Чтобы сделать сталь нержавеющей, в сплав надо добавить, как минимум, 12 % хрома. Тогда в результате окисления при контакте с содержащимся в воздухе кислородом на поверхности стали образуется тоненькая, но очень плотная пленочка его окислов, которая оберегает глубинные слои стали как защитное покрытие. Добавка хрома увеличивает твердость и износоустойчивость стали, одновременно уменьшая ее упругость и ударную вязкость. Высокое содержание хрома затрудняет ковку стали, кованые клинки из нержавеющей стали — очень большая редкость. Мастеров, умеющих ковать нержавеющую сталь, можно буквально пересчитать по пальцам.

На одним хромом дело в большинстве случаев не ограничивается, современная нержавеющая (и не только) сталь как правило содержит так называемые легирующие присадки, которые должны улучшить ее свойства по сравнению с простой углеродистой, состоящей только из железа и углерода. Приведу очень упрощенную характеристику действия этих добавок, которая наверняка покажется наивной с точки зрения инженера-металлурга. Но ведь мы, в конце концов, не собираемся разрабатывать новые рецептуры стали. Кобальт в малой концентрации увеличивает твердость и позволяет «вернуть» часть ударной вязкости, утраченной в результате добавки хрома. Как видно из таблицы, он применяется в производстве ножей довольно-таки редко, скорее всего из-за высокой стоимости. Марганец раскисляет сталь в процессе плавления и препятствует появлению вредных окислов, «вклинивающихся» между кристаллами стали и снижающих ее механические свойства. Чуть большее его содержание может привести к бесконтрольному увеличению хрупкости стали. Медь редко добавляют в сталь целенаправленно. Ее присутствие может немножко увеличить коррозионную устойчивость, но может и значительно затруднить термическую обработку стали. Как правило, содержится ее в стали только такое количество, от которого не удалось избавиться в процессе выплавки. Добавка твердых металлов — вольфрама и молибдена — позволяет увеличить твердость, упругость и износоустойчивость стали, даже без особого уменьшения ее ударной вязкости. Но очень сильно затрудняет обработку стали резанием, что значительно увеличивает себестоимость продукции. Содержание около 1 % этих присадок помогает сохранить механические свойства стали при высоких температурах и делает ее самозакаливающейся. Это означает, что нагретая даже до температуры малинового каления сталь, охлаждаясь на воздухе натуральным образом, не отпускается и не теряет своей твердости, а значит и режущих свойств. Очень ценное свойство для производства высокоскоростных резцов и лопаток газовых турбин, но совершенно бесполезное при производстве ножей. Ну, разве что, кто-то собирается использовать нож в качестве кочерги и мешать им раскаленные угли в печи или костре… Никель увеличивает коррозионную устойчивость стали и ее твердость, уменьшает ударную вязкость и упругость, но очень сильно ограничивает ковкость стали. Ванадий в малых концентрациях увеличивает твердость и износоустойчивость. Обратная сторона медали — уменьшение ударной вязкости — к сожалению, проявляется и тут. Сера, фосфор, кремний — это хрестоматийно вредоносные примеси стали. Их содержание в стали не приносит абсолютно никакой пользы вопреки приводимым иногда в каталогах утверждениям изготовителей. Именно их отсутствие, лучше всего полное, свидетельствует о чистоте и высоком качестве стали. Почему тогда они все-таки присутствуют в некоторых сталях? Да просто потому, что в процессе ее выплавки и очистки не удалось от них избавиться! Во времена моей молодости изготовители попросту замалчивали их присутствие, но теперь времена изменились, и лазерный спектрограф можно найти в лаборатории металловедения любого технического ВУЗа. Поэтому, если скрыть их присутствие не возможно, значит надо придумать ему какое-то положительное объяснение — мол, что-то они там улучшают. Неискушенный пользователь и так этого не проверит…