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作者:张勇,保定上谷冷兵器研究会秘书长,匠人工坊手工刀匠,代表作《合璧》、《长风》

大马士革钢借助坩埚冶炼、软硬钢材复合锻打这两项绝学,达到硬度与韧性俱佳的效果,在科技相对落后的冷兵器时代独步武林,号称“世界第一名刃”,几百年来风光无二。

近代工业时代,许多冶金工厂和实验室看好刀具钢的广阔前景,研究工业批量化制造大马士革钢的方法。20世纪90年代,瑞典一家冶金工厂联合刀具制造商,采用快速烧结粉末冶金技术生产出一种花纹钢,性能模拟大马士革钢复合锻打的效果,并且增强了抗锈性,在性能和外观方面都可以和传统的手锻大马士革钢相媲美。这就是瑞典粉末钢,简称瑞粉,又称瑞粉大马士革。

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什么是瑞粉

瑞粉是一种通过快速烧结粉末冶金技术制造的图案花纹钢,属于广义的大马士革钢,因产自瑞典,故称瑞典粉末钢,简称瑞粉。

瑞典国家北部有很多高品质的铁矿,一直以钢铁制造业著称,其冶金科技更是居于世界领先水平。

1992年,瑞典Erasteel公司开始尝试用粉末冶金技术研发大马士革图案花纹钢。Erasteel公司和美国坩埚公司联合持有快速烧结粉末冶金技术的专利,Erasteel主要生产工具钢、高速钢,大马士革花纹钢的研发主要瞄准刀具钢和首饰钢市场。

1994年,Erasteel公司的员工Per Billgren和刀具制造 商Kaj Embretsen共同开发出一种通过粉末冶金技术制造高合金大马士革图案钢的方法,成功生产出新一代利用粉末分层、高温高压(1200大气压)固结代替锻打焊接的粉末大马士革刀具不锈钢,并获得巴黎EPMA-conference年度创新奖。

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1995年,Erasteel授权其子公司、现在著名的瑞典工厂DAMASTEEL开始生产制造粉末大马士革钢。粉末冶金的部分由Erasteel完成,锻造成型、花纹模锻部分由Damasteel完成。从此,刀界新秀“瑞粉钢”诞生了,并且受到许多刀具制造商和收藏家的喜爱。在花纹刀具领域,出现了手锻大马士革刀和瑞粉大马士革刀并存的局面。

瑞粉与传统大马士革钢的区别

传统大马士革钢是指通过折叠锻打、焊接、模锻制造的花纹钢。这项工艺可以追溯到大马士革刀的起源,波斯大马士革刀。当时波斯人使用印度出产的乌兹钢(一种坩埚钢),经过软硬材质的复合锻打,制作出最早的大马士革刀。

现代刀匠锻造传统大马士革刀的原理与古代相同,虽然在工具上有所改进,但仍沿袭着手工制作的传统。手工锻造的大马士革钢,本质上仍属于高碳钢,抗锈性比较差。

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瑞典粉末钢,则是采用粉末冶金制造工艺生产的一种不锈钢材,是由两种以上(一般是两种)钢材构成的复合钢。分层在粉末生产初期的无氧环境下完成,层间焊接采用无氧环境下高温高压工艺(HIP)固结。各种元素粉末的精确配比首先保证了其较强的抗锈性,然后粉末钢的冶炼、制造特点又能最大程度地保证整体强度、层间强度。

瑞粉钢的制作工艺

瑞粉是用快速烧结粉末冶金技术,代替手工锻打,在真空下通过粉末喷雾,实现钢材的复合加工。

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首先在真空环境下将钢水通过喷嘴喷成雾状。在气体雾化过程中,钢水被惰性气体喷射雾化成细小的金属液滴,冷凝成具有高水平清洁度的小钢珠。在雾化过程之后,将粉末收集在罐中,将其密封,然后通过热等静压(HIP)压实。HIP是一种通过高气压和高温相结合使气体雾化金属粉末致密化的工艺。HIP过程在HIP炉中进行,其中气体压力在所有方向上均匀地起作用,提供等静压性质和100%致密化,将钢珠烧结成型,熔压成大尺寸圆柱钢。

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这种新型的冶金技术,和普通的冶金技术相比有很多优势,比如合金结晶快、均匀,尺寸小,强度大幅度增加、钢材结构均一稳定等等。

Erasteel公司的瑞粉钢材底板做好之后,锻造成型、花纹模锻部分由Damasteel公司完成。

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通过扭转、锻轧,把钢材锻造成尺寸合适的板材。接下来就是模锻,用特定形状的模具(常见的是圆点和横条的模子),在板材上锻压出凹凸。因为瑞粉底料钢板内部是分层的,因此模锻出来的花纹内部也是分层的。再将板材上的凸起磨平,就是我们熟悉的钢板表面的花纹。最后酸洗一下,花纹会更加清晰。下图就是最常用的模锻模具,横纹模具制造奥丁花纹,圆点模具制造小玫瑰花纹。

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瑞粉的内部结构

瑞粉包括制作刀具专用的马氏体不锈钢大马、制作首饰的奥氏体不锈钢大马、耐高压制作枪管钢材、低合金枪管钢材、RWL34单体粉末刀具钢材等。

国内常见的一般是马氏体不锈钢大马、奥氏体不锈钢大马和RWL34单体粉末钢。

用于生产瑞粉大马士革钢的两种钢材是RWL34和PMC27。

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RWL34以世界著名的刀具制造商Robert W Loveless命名,是著名刀具钢材154CM的改进版本AST34的粉末冶金版本,由Damasteel公司专门为制作刀具设计制造。RWL34是具有极高的强度和韧性,尤其易于镜面抛光和锋利度的维护,受到广大刀具制造商的欢迎。

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另一种组分PMC27是瑞典Sandvik公司著名刀具钢材12c27的粉末版本,相对RWL34硬度较低,韧性大,多作为首饰用材。

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瑞粉大马的两种组分性能都极其优异,并且两种材料之间的结合非常紧密。因此,瑞粉大马成为目前科技含量最高、冶金技术最先进的大马士革不锈钢。

瑞粉的性能

粉末冶金技术实现的瑞粉钢,好处在于合金结晶快,分子排列更紧密、均匀,尺寸小,强度大,钢材结构均一稳定,钢材之间没有夹灰,锻合紧密等等。所以和普通钢材比,性能上提高了很多,而且最重要的是不易生锈。下面图片是普通冶炼钢材和粉末冶金钢材微观照片比较,显示晶体大小。

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左边是普通钢的结构,放大几倍的,右边的是瑞粉钢,分子排列均匀,紧密。

瑞粉马氏体不锈钢大马,通常称为瑞粉大马刀具钢,经过合适的热处理,保证良好韧性的情况下,硬度可达到HRc60-62,并且有相当出色的强度、防锈性、耐磨性。

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瑞粉奥氏体不锈钢大马,也称瑞粉大马首饰钢,硬度低,有相当的延展性,可以冷轧、车削等。不用热处理,硬度在HRc25-30,非常耐腐蚀,且不含镍因此不会出现过敏现象。

如何分辨瑞粉和大马士革钢

人们一提到大马士革钢,所指的一般是手工锻打的大马士革钢。手锻大马士革钢是昂贵的手工艺品。瑞粉作为大马士革钢的近亲,在性能和图案上都不逊于传统大马士革钢。但是作为手工艺品,还是手工锻打的大马士革钢更加受人青睐。两者如何区分呢?

传统大马士革钢是采用折叠锻打工艺,把软硬钢材叠放在一起加热、折叠、锻打,加工成复合型合金钢,其最大的优点就是同时兼具硬度和韧性。另外,通过锻打形成的花纹,自然流畅,有规律却不重复。通过仔细观察,会发现一把刀的正反两面,甚至同一面的不同区域,看似花纹图案相同,其实有细微的差别,就好像画家的绘画作品一样,受到随机因素的影响。可以说,每一把手锻大马士革刀,都是独一无二的。下图是匠人工坊出产的合璧猎刀,属于典型的手工折叠锻打大马士革刀。

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瑞粉大马钢是结晶材质,在韧性上稍逊手锻大马士革钢。另外一个最突出的区别就是花纹。瑞粉花纹为结晶而成,更加规则、整齐划一,可以任意设置,且批量化、大规模生产,同时,瑞粉钢材表面,会有明显的凸凹感觉。在瑞粉刀具刃部,也会出现和刀面类似的花纹,看工艺不同,如果先开刃再酸洗,刀刃会呈现比较完整明显的花纹。如果先酸洗再开刃,刃口的花纹则不一定会清晰显现出来。

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