tak til Aaron t Grote, J. Braun, Mr. KnifeGuy, jethro fluegel, Philip afdeling og Matt Peterson for at blive knivstål nørder Patreon tilhængere!
DP-189 og Dp-1653>
DP-189 er et stål produceret af Hitachi og Dp-189 er produceret af Daido. Jeg har ikke kunnet finde meget baggrundsinformation om udviklingen af disse stål. Sal Glesser fra Spyderco rapporterede, at han først hørte om SDP – 189 omkring år 2000 , og den tidligste reference, jeg har fundet på Bladeforums i 2001 . Så begge stål har eksisteret i nogen tid. Det faktum, at to virksomheder frigav stort set det samme produkt, indikerer måske, at stålet ikke var patenteret, hvilket betyder, at der kun ville være få oplysninger om dets udvikling. Begge stål har en interessant sammensætning med 3% kulstof og 20% krom sammen med et par andre små tilsætninger. Der er et par forskellige rapporterede kompositioner for SDP-189 med hensyn til Mo -, V-og V-indholdet, men nedenfor er fra Spyderco.
jeg har været nysgerrig efter dette stål i nogen tid nu på grund af dets meget høje potentielle hårdhed, så jeg var begejstret, da Richard Airey fra Barmond Special Steels tilbød mig et stykke DP-189 til analyse.
opdatering 2/4/2020: knivstål nørder læser Yudai sendte mig links til patenterne af Daido og Hitachi. Det er rart at have læsere, der er bedre til at søge fremmedsprog patenter.
https://patents.google.com/patent/JPH11279677A/en?oq=11-279677
https://patents.google.com/patent/JP3894373B2/en?oq=09-104954
hårdhed
det mest spændende ved DP-189 er den meget høje opnåelige hårdhed, 67 Rc eller endnu højere. I henhold til databladet DP-189 er den maksimale hårdhed omkring 70 Rc, hvis den får en kold behandling i tøris.
så et af de største mysterier om DP-189 er, hvorfor det er i stand til at nå så høj hårdhed. Jeg har udført varmebehandlingseksperimenter over en række forskellige rustfrit værktøjsstål og mest maks ud omkring 63-65 Rc, så hvordan er DDP-189 i stand til at gøre det til 70 Rc? For at besvare dette spørgsmål er vi nødt til at diskutere, hvad der styrer hårdheden, så vi kan se, hvilke faktorer DP-189 udnytter.
kulstof i martensit
den primære faktor, der styrer hårdheden i værktøjsstål, er mængden af kulstof, der er i martensit. Under austenitisering opløses karbid ved at sætte kulstof i opløsning i austenit, og derefter slukkes stålet hurtigt for at “låse” kulstoffet i martensit. Læs mere om styrken af martensit i denne artikel. Med 3% kulstof er det muligt at få en hel del kulstof i opløsning med DDP – 189 og kovy-H.
du kan se, at den maksimale hårdhed når en top omkring 67 Rc eller deromkring, og enten niveauer ud eller endda falder forbi et kulstofindhold på omkring 1%. Årsagen til, at hårdheden kan falde, er på grund af overdreven bevaret austenit. Dette kan ses i tempereringsdiagrammet “uden under nul” af DP-189, hvor 1025 C austenitisere førte til lavere hårdhed end 1000 C austenitisere. Den højere austenitisering førte til mere kulstof i opløsning, men overdreven tilbageholdt austenit, så dens hårdhed blev reduceret.
bevaret austenit
når stål slukkes fra austenitfasen med høj temperatur, danner stålet martensit, da det gradvist afkøles. Martensitdannelse styres ikke af tid, men næsten udelukkende af temperatur. Så martensitdannelse beskrives ved temperaturer som martensitstart (den temperatur, hvor martensit begynder at danne) og martensitfinish (100% martensit). Forskellige legeringselementer, herunder kulstof, reducerer martensit-start-og sluttemperaturerne, og finishtemperaturen kan være under stuetemperatur. Når martensittransformationen er ufuldstændig, er der austenit tilbage i mikrostrukturen, som kaldes “tilbageholdt” austenit. Austenit er meget blødere end martensit, og derfor vil det, når det er til stede i betydelige mængder, reducere hårdheden. Kolde behandlinger som tøris eller flydende nitrogen bruges til at afkøle stålet tættere på martensit-finishtemperaturen og reducerer derfor det tilbageholdte austenitindhold og øger hårdheden. Du kan læse mere om kolde behandlinger i disse artikler: Del 1, del 2, Del 3. Der er dog et punkt, hvor selv flydende nitrogen ikke længere konverterer al den tilbageholdte austenit, så der er en vis grænse for hårdhed, der kan opnås selv med cryo-behandlinger.
rustfrit stål har en betydelig mængde krom i opløsning for at forbedre korrosionsbestandigheden. Chrom reducerer imidlertid martensit start-og sluttemperaturer, hvilket øger tilbageholdt austenit. Her er en ligning, der tilnærmer bidraget fra hvert element på martensitstart:
Ms (kur C) = 539 – 423*C(%) – 30,4*Mn(%) – 12,1*Cr(%) – 7,5*Mo(%) – 7.5 * Si(%)
du kan se, at krom ikke har den stærkeste effekt på Ms, men når du har 10-15% Cr i opløsning, begynder det at tilføje op. Dette er den primære årsag til, at de fleste rustfrit værktøjsstål topper omkring 63-64 Rc, fordi med 11-12% Cr i opløsning, der handler om grænsen med hensyn til at undgå bevaret austenit med cryo. Højere korrosionsbestandighedsstål med 14-15% Cr i opløsning har endnu lavere grænser, hvilket sandsynligvis er grunden til, at LC200N/Finit og Vanaks er begrænset til omkring 61 Rc. Læs mere om hårdhedsgrænserne for disse stål i denne artikel.
har DDP-189 lav chrom i opløsning for at opnå sin høje hårdhed? Ifølge Thermo-Calc estimater svaret er ja, forudsige omkring 6.5% chrom i opløsning på 1025 liter C. jeg var helt chokeret over dette tal som rustfrit stål forventes at have mindst 10% chrom i opløsning. Men når man ser på CR: C-forholdet, giver det mening. Nedenfor har jeg vist Cr:C balance for en række stål, der har lidt andre legeringselementer til at mudre analysen:
du kan se, at selv det ikke-rustfrie D2-stål har en højere Cr:C balance end DP-189. Dette er ikke en perfekt måde at estimere krom i opløsning, men det giver os en simpel kontrol af Thermo-Calc estimatet. Hvad betyder dette for korrosionsbestandigheden af DP-189? Vi kommer til det senere, men først…
temperering af carbider
generelt styres hårdheden primært af styrken af martensit og begrænses derefter af det tilbageholdte austenitindhold. Imidlertid påvirker carbider også hårdheden. Ved temperering dannes meget små carbider, og ved visse tempereringstemperaturer er disse carbider den rigtige størrelse for at øge hårdheden. Med rustfrit stål er der to toppe,som du kan se i HÅRDHEDSKURVERNE ovenfor. Den ene er omkring 100 kr (212 kr) og den anden omkring 525 kr (975 kr). Du kan læse mere om denne “nedbørsforstærkning” i denne artikel om temperering. Databladet 189 anbefaler et tempereringsområde på 100-150 liter C (212-300 liter F), som er de laveste tempereringstemperaturer, jeg nogensinde har set anbefalet i et datablad. Denne anbefaling er tilsyneladende at udnytte den nedbørsstyrkende top med de lave tempereringstemperaturer uden hensyntagen til sejhed eller andre bivirkninger fra meget lave tempereringstemperaturer. Denne anbefaling er underlig for mig, fordi hårdheden stadig er ret høj, selv med en 200 liter c (400 liter F) tempereringstemperatur. Tilsyneladende søger de hårdhed over alt andet.
primære carbider
de større “primære” carbider, der dannes under støbning og bidrager til slidstyrke, kan også påvirke hårdheden, i det mindste når de er til stede i meget store mængder. Nedenfor har jeg en sammenligning mellem Vanadis 4 ekstra (8% carbide), 10v (16% carbide) og 15v (23% carbide), som er relativt ens stål, men med forskellige mængder vanadiumcarbid. Dette er den” som-slukkede ” hårdhed for hvert stål efter austenitisering, plade slukning og derefter en dukkert i flydende nitrogen i en time. Du kan se, at tophårdheden var højere, når der var mere hårdmetal i stålet:
189 har et meget højt indhold af hårdmetal, omkring 30%. Dette meget høje hårdmetalindhold hjælper sandsynligvis med at øge stålets hårdhed. Nedenfor er en mikrograf, jeg tog af min DP – 189, og den har mere hårdmetal end noget stål, jeg har fotograferet bortset fra 121, som jeg har vist nedenfor som en sammenligning. Du kan sammenligne med andre stål i denne artikel.
189-1850 liter f austenitisere (31% hårdmetalvolumen)
121-1925 liter f austenitisere (32% hårdmetalvolumen)
Hårdhedsoversigt
derfor maksimerer SDP-189 hårdheden på flere måder: 1) højt kulstofindhold i opløsning, 2) lavt tilbageholdt austenit fra den lave krom i opløsning, 3) lave anbefalede tempereringstemperaturer til nedbørsforstærkning og 4) højt hårdmetalvolumen. Jeg udførte kun en varmebehandling med DP-189, som brugte 1850 liter f austenitisering, flydende nitrogen og 400 liter f temperament. Databladet viser omkring 67 Rc, men jeg fik 65 Rc med den varmebehandling. Jeg er ikke sikker på, hvad der forårsagede uoverensstemmelsen. Jeg udførte ikke en række varmebehandlinger for at se dens maksimale potentielle hårdhed. Imidlertid, en 2 Rc-afvigelse er ikke utrolig stor, og mindst 67 Rc skal være mulig ved at reducere den tempereringstemperatur, jeg brugte. Måske kan en mere optimeret austeniterende temperatur yderligere øge hårdheden.
sejhed
jeg udførte en sejhedsmåling ved hjælp af den samme varmebehandling: 1850 liter F, pladesluk, flydende nitrogen og 400 liter f-temperament til 65 Rc. Med sit høje hårdmetalindhold og høje hårdhed forventes sejheden af DP-189 ikke at være høj. Og det blev faktisk fundet i sejhedsmålingen. Jeg har det bredere overblik over det rustfrie diagram og også et for at se, hvor det passer bedre:
189 havde den laveste sejhed af enhver anden rustfri bortset fra måske 62.5 Rc N690. Imidlertid blev intet andet rustfrit stål testet over 64 Rc. AEB-L og CPM-154 havde begge signifikant bedre sejhed ved 64 Rc. 121 blev testet med endnu lavere sejhed, men de var 67 Rc eller højere. Så der er ikke mange sammenligninger i et lignende hårdhedsområde. Uanset, sejheden er ikke særlig høj, som vi ville forvente af et stål ved 65 Rc med et højt volumen hårdmetal. Igen er denne sejhedsmåling ikke en stor overraskelse, da selv Hitachi ikke målte sejheden af SDP-189 som meget god:
Edge Retention
jeg har et eksperimentelt resultat for DP-189 fra CATRA testing, med en værdi på 162%. Denne procentdel er i forhold til 440c ved 58-59 Rc (med identisk kantgeometri). Så 440C er sat til 100%, og alt andet sammenlignes med denne værdi. Denne kantretention af SDP – 189 er relativt høj, men stadig under rustfrit stål som S90V. dette skyldes, at SDP – 189 består af de blødere kromcarbider, som ikke bidrager så meget til kantretention som vanadiumcarbider som i S90V.
i diagrammet ovenfor ser man på trendlinjen for kromcarbid SDP-189 en smule lav. Noget anderledes kantgeometri eller skarphed, der fører til en lavere værdi), ville det tage DP-189 tættere på S90V, omkring 190%. Eller måske indikerer dette, at der er en vis mætning af effekten af hårdmetalvolumen forbi en vis mængde. Forhåbentlig kan vi gennemføre nogle CATRA-eksperimenter i fremtiden for at undersøge dette mere. Imidlertid får et stål som S90V højere kantretention med mindre samlet hårdmetal, hvilket formodentlig betyder, at det ville have overlegen sejhed for det givne niveau af kantretention.
korrosionsbestandighed
som angivet i hårdhedsafsnittet ser det ud til, at DDP-189 har lavt krom “i opløsning”, hvilket primært er det, der styrer korrosionsbestandighed. Hitachi præsenterede imidlertid korrosionseksperimenter med DP – 189, der viser, at stålet har sammenlignelig korrosionsbestandighed til 440C og ATS34:
jeg skrev tidligere om korrosionsbestandighed i denne artikel, hvor jeg gav DP-189 en meget lav rating for korrosionsbestandighed og forudsagde, at den ikke kvalificerede sig som “rustfrit.”I denne artikel afsluttede jeg en række stål til 400 korn efter varmebehandling af dem og sprøjtede vand på dem. Alle stålene var rust / korrosionsfri bortset fra HHP, og jeg fandt derfor, at det ikke kvalificerer sig som et “rustfrit” stål, selvom denne definition er overraskende tvivlsom blandt metallurgister. Jeg gentog dette eksperiment med DP-189 sammen med Takefu SG2 og VG10 på samme tid. De to Takefu-stål passerede uden korrosion, men DP-189-stålet oplevede betydelig rustning efter kun 8 timer.
jeg har ingen god forklaring på, hvorfor Hitachi fandt anstændig korrosionsbestandighed med DP-189, mens jeg ikke gjorde det. Måske forudsiger disse massetab syretest ikke rust godt. Eller måske havde de dårlige testprocedurer eller overdrevet deres resultater; jeg kan ikke sige. Thermo-Calc forudsiger dog lav Cr i opløsning, Cr:C-forholdet er meget lavt, og den høje opnåelige hårdhed peger alle på, at Cr i opløsning er lav. Desuden er der rapporter fra brugere om, at korrosionsbestandigheden er relativt dårlig . Så jeg stoler på min korrosionstest over Hitachi’ s.
slibning og efterbehandling
SDP-189 har alle kromcarbid, som er god fra en slibning eller efterbehandling synspunkt, fordi disse carbider er blødere end aluminium. DP – 189 anvendes i mange japanske køkkenknive med høj hårdhed, som ofte slibes med vandsten baseret på aluminium. Vanadiumcarbider i stål som S30V og S90V er hårdere end aluminiumsulfider, hvilket kan gøre det vanskeligere at slibe dem med aluminiumsulfider. Ikke umuligt, men vanskeligere. Denne kendsgerning gør sandsynligvis slibning af DP-189 lidt lettere sammenlignet med andre stål med et lignende niveau af kantretention. Efterbehandling eller polering af stålet ville også være lettere takket være manglen på vanadiumcarbid.
udskiftning af SDP-189 med en ægte rustfri
der er mange ikke-rustfrit stål, der kan opnå 66+ Rc, hvilket gør SDP-189 lidt mindre speciel. Men hvad nu hvis en producent ønsker et stål, der passer til udførelsen af 189, men ønsker en, der faktisk er rustfrit snarere end et “semi-rustfrit” stål? Først skal vi liste de egenskaber, vi vil matche:
- høj hårdhed
- høj kantretention
- mangel på vanadiumcarbider til at hjælpe med slibning
CPM-154
for at opnå høj hårdhed ønsker vi, at krom i opløsning skal være på undersiden, men stadig være rustfrit. En måde at forbedre korrosionsbestandigheden uden krom er med molybdæn, som vist i dette diagram fra mine korrosionsbestandighedseksperimenter:
du kan se, at CPM-154 har den laveste CR af stålene på diagrammet, men har anstændig korrosionsbestandighed takket være det høje Mo-indhold. CPM – 154 passerede også “er det rustfrit?”test med destilleret vand. Molybdæn har mindre effekt på tilbageholdt austenit end Cr (se Ms-ligningen), så dette kan være en måde at opnå relativt høj hårdhed på trods af at den er rustfri. Jeg forsøgte også lave tempereringstemperaturer (<300 liter F) for at se boostet muligt fra nedbørsforstærkning. Jeg anbefaler normalt ikke at temperere under 300 liter F, men Hitachi gør det med DP – 189, så jeg regner med, at det ikke snyder. CPM-154 har også fordelen ved at bestå af kromcarbider, så skarphed påvirkes ikke af de hårdere vanadiumcarbider.
jeg kendte allerede den omtrentlige austenitiseringstemperatur for spidshårdhed fra tidligere varmebehandlingseksperimenter, så jeg begrænsede min analyse til 2000, 2025 og 2050 liter f austenitiseringstemperaturer med et 20 minutters hold. Jeg derefter plade slukket, dyppet i flydende nitrogen i 12 timer eller deromkring, og derefter hærdet to gange i 2 timer hver gang ved følgende temperaturer:
det ser ud til, at vi ikke helt nåede 66 Rc, men vi kom næsten derhen. Faldet i hårdhed over 2025 liter F er fra overskydende tilbageholdt austenit med alt det kulstof og krom i opløsning. Jeg gjorde en varmebehandling af 2025 kur F med 300 kur F temperament, der resulterede i omkring 64.1 Rc for sejhedsprøver, som du kan se i de tidligere sejhedsdiagrammer. ~64 RC CPM-154 havde signifikant højere sejhed end SDP-189, så den har en sejhedsfordel i forhold til SDP. Det ville være interessant at se, hvad hårdheden er ligesom med 250 liter f temperament og 65+ Rc men måske 64 Rc er nok for de fleste mennesker.
S90V og S110V
så jeg tror CPM-154 er en anstændig mulighed i betragtning af dens relative lethed i skarphed, potentiale for 65+ Rc og god pletbestandighed. Det er dog sandsynligvis et trin ned fra 189 med hensyn til kantretention, selv når det varmebehandles til den høje hårdhed på grund af det reducerede hårdmetalindhold. Der er to andre muligheder at se på, hvis vi dropper kravet om at undgå vanadiumcarbider, hvilket fører os til S90V og S110V. disse stål overstiger kantretentionen af DP-189, men er noget mere tidskrævende at afslutte eller polere på grund af de hårde carbider. Jeg gjorde et sæt varmebehandlinger med disse to i et forsøg på at maksimere hårdheden og fandt ud af, at de kunne nå 66 + Rc:
disse stål er hjulpet med at opnå høj hårdhed på grund af det høje hårdmetalindhold, betydeligt højere end CPM-154. S110V har mere krom i opløsning, hvilket ville føre til mere tilbageholdt austenit, men kobolt i S110V reducerer tilbageholdt austenit, så chrom er forskudt. Desværre har jeg ikke sejhed resultater for nogen af disse stål, enten ved høj hårdhed eller ej. De kommer i fremtiden. Men disse stål har høj hårdhed kapacitet, høj kant fastholdelse og god korrosionsbestandighed. Derfor anbefaler jeg CPM-154 for sejhed og lethed i slibning og S90V eller S110V for højeste kant fastholdelse og hårdhed.
kunne DP-189 redesignes til at være rustfri?
SDP-189 kunne redesignes til at være rustfrit, afhængigt af hårdhedsniveauet, der ville være acceptabelt og stadig opfylde målegenskaberne. For at opretholde et lignende kromcarbidvolumen for slidstyrke, men øget korrosionsbestandighed, har vi brug for højere krom, men lavere kulstof. Forøgelse af krom alene ville føre til højere korrosionsbestandighed, men endnu mere hårdmetal, som vi ikke ønsker. Reduktion af kulstof alene ville føre til reduceret hårdmetal og hårdhed, men forbedret korrosionsbestandighed. Men øget krom og reduceret kulstof kan opretholde hårdmetalvolumen, samtidig med at korrosionsbestandigheden øges. For eksempel ville et stål med 2,28% C og 24% Cr ifølge Thermo-Calc opretholde et lignende indhold af kromcarbid på 30%, mens chrom i opløsning øges til 11% ved 1875 liter F. Det ville også betyde en signifikant reduktion i kulstof i opløsning til 0,4%, hvilket reducerer hårdheden, sandsynligvis stadig 63 Rc eller deromkring givet alt det hårdmetal og en cryo-behandling. Med højere austenitiserende temperatur ville det være varmebehandlet til mindst 64 Rc, hvis ikke et par point højere. Ligesom med CPM-154 og mange andre rustfrit stål, ville en af de primære begrænsende faktorer for hårdhed være overskydende bevaret austenit. Men det forekommer usandsynligt, at nogen ændret version af DP-189 kommer til enhver tid snart.
P-189 vs p-1653>
som man kunne forvente, forventes de små legeringsadditionsforskelle mellem p-189 og p-189 ikke at gøre en væsentlig forskel i egenskaber mellem de to. Måske forbedrer den højere Mo og H i DP-189 noget korrosionsbestandigheden, men som det ses i denne artikel er det ikke nok. Jeg ville blive overrasket, hvis der var meget målbar forskel mellem de to stål.
resume og konklusioner
SDP-189 er et interessant stål på grund af dets høje hårdhedsevne på trods af at det annonceres som rustfrit stål. Det har dog lav sejhed, og korrosionsbestandighedseksperimenter bekræfter, at stålet faktisk ikke er meget pletbestandigt. Jeg anser det ikke for at være et rustfrit stål. Dens kantretention er god, men får den kantretention ved et meget højt indhold af hårdmetal, hvilket reducerer sejhed og fin kantadfærd. Der er mange andre stålvalg, der kan opnå høj hårdhed og/eller kantfastholdelse, hvis der ikke kræves rustfrie niveauer af korrosionsbestandighed, hvilket gør DDP-189 meget mindre speciel. På grund af den falske reklame for dette stål som værende “rustfrit” giver jeg DP-189 prisen knivstål nørder “mest overvurderet stål”.
Hash, Mike. “Ferrari af Bladstål?”Blade magasin februar 2005, s. 66-69.
https://www.bladeforums.com/threads/vg-10-steel.180486/
https://www.bladeforums.com/threads/zdp-189-corrosion-resistance-compared.992801/#post-11297843
Ligesom Lastning…
