我们先前在 一文中着重介绍了碳钢的基本知识，本文再深入地探讨一下合金工具钢、不锈钢。

　　刀具钢的性能，主要分四方面：硬度、韧性、抗锈性、耐磨性。其中硬度是刀锋利度的保证，韧性代表刀的抗冲击力，用来大力劈砍的刀，对韧性要求较高，古代用来作战的刀剑，由于经常相互格挡，对韧性要求更高，韧性不够则容易折断；抗锈性决定它是否不易生锈，耐磨性对刀刃锋利度的持久至关重要，称为刃保持性，刃保持性除了决定于钢材的耐磨性之外，也和硬度相关。

　　除此之外，钢材还有一些其他的性能，如红硬性，指在高温仍保持较高硬度的性能；淬透性，代表淬火冷速的要求。这些性能对一般刀具来说要求不太高。还有一个就是强度，强度代表钢材在保持不折不弯的前提下，能承受多大的外力。强度是个非常复杂的概念，玻璃的硬度高而强度低，但仅就钢材来说，可以认为强度和硬度大致成正比，硬度高的强度也高，因此不必再把强度单作为一个指标来讨论。

　　在我们最关心的四种性能之间也充满了矛盾，不可能每一样都达到最佳，只能根据自己的需要有所取舍。特别资深的刀迷往往偏爱碳钢刀，碳钢实际上是突出硬度和韧性，而舍弃抗锈性和耐磨性。因为硬度和韧性不足的话，是没有办法用别的方法弥补的，而抗锈性不行，可以用表面氧化、镀铬等方式弥补；耐磨性不行，只要愿意花些时间勤于打磨，也就不是什么用题。

　　碳钢的硬度和韧性仍然是矛盾的，含碳量高则硬度高，含碳量低则韧性好。如果我们在硬度和韧性之外，还要求有足够好的抗锈性，则又会带来硬度和抗锈性的矛盾。能过碳铬曲线可以清楚地看出这个矛盾的关键所在。

　　理论上，硬度依赖的是碳元素，抗锈性依靠的是铬元素。但你不能简单地不加节制地添加碳和铬，因为加得多了，二者就会结合形成碳化铬颗粒，碳化铬颗粒可以提高钢的耐磨性，但碳化铬中的碳和铬对钢的硬度和韧性不起作用，只有溶解于钢中的碳、铬才能提高硬度和抗锈性。铬加得多了，就会减少溶解态的碳，对硬度不利；而碳加得多了，就会减少溶解态的铬，对抗锈性不利。究竟有多少溶解态的碳和铬可以共存，可以从“碳铬曲线”看出。

　　一般认为12%的铬是不锈钢所要求的铬的含量，此时碳最多是0.5%，这样的碳含量硬度在Hrc60-62，因此，不锈钢的硬度一般很难超过这个水平。

　　剔须刀片的要求和折刀不同，首先它必须足够锋利，硬度应在Hrc60以上，同时由于非常薄，需要较好的韧性，韧性不够的话很容易断裂；第三，由于应用中总是要接触水，它还必须是不锈钢。像420、440A这样的中低碳不锈钢，硬度达不到要求，而440C、AEB这种高碳不锈钢韧性又不行。要满足这种条件，需要在碳铬曲线%的铬，在此基础上，保持足够韧性的前提下再增加一些碳和铬以提高耐磨性，最多也就是0.68%碳、14铬。1960年代的剔须刀钢材主要有3种，都是瑞典产的，分别是乌德霍尔姆公司的AEB-L和山特维克公司的12C27、13C26。

　　一直到现在，这几种钢材都以其价廉物美的特性，在刀具行业中占有一席之地。和碳钢相比，它们牺牲了一些硬度，获得了不锈的性能，同时多少提高了一些耐磨性。

　　但总的来说，如果你愿意舍弃对耐磨性的过高追求，而希望在硬度、韧性、抗锈性三者间达到一个最优平衡，12C27、13C26、AEB-L可算是最佳选择。

　　瑞粉大马士革钢所用的一种基材PMC27，就是12C27的粉末版。除了和RWL34结合成瑞粉大马以外，没有人单独用它做过刀，有人认为PMC27不能单独用，实际上既然12C27可以做刀，PMC27当然也可以。只不过，PMC27的性能比12C27提升有限，因为粉末技术的作用是细化碳化物颗粒，提高韧性，而12C27本来就没有多少碳化物颗粒。而PMC27的价格比12C27高得多，因此单用它做刀不划算。事实上，作为单体钢的PMC27可能根本没有存在过。

　　普通的炼钢方法，在去除杂质、添加所需的合金成分之后，在炉中是以液态的钢水存在。然后将钢水用钢包倒入铸模中，冷却后形成钢锭。由于冷却速度较慢，其中的合金元素的碳化物会发生偏析现象，使晶粒变大，影响钢材的韧性。

　　最初的解决方法，是把铸模改小，使冷却速度加快，缩短碳化物晶粒长大的时间。这种方法可以使问题在一定程度上缓解，但不能从根本上解决。

　　粉末技术，则是在无氧环境下，用氮气将钢水迅速吹成细小的粉末。这样，每个粉末颗粒都相当于一个极小的钢锭，可以迅速冷却，并且也隔断了碳化物聚集的路径。使成分最大限度地趋于均匀。然后再将粉末密封于钢筒，以高温高压将粉末重新焊结为钢材。这样做出的钢材性能得以大大提高。

　　轴承是涡轮机的核心部件，轴承用的钢材，要长期在高载荷、高温、不断磨损的环境中，对性能要求是很高的，而刀具恰好也有这些要求。20世纪初，美国普遍采用的是52100碳钢，生锈是最大的问题。出于防锈的要求，开发了440C不锈钢，它也成为最早广泛应用的不锈刀具钢材。

　　和AEB-L、12C27相比，440C的碳、铬的含量高不少，但真正溶解态的碳、铬的量是差不多的，碳可能还稍微少些，因为它的硬度略低，是Hrc58-59。多出来的那些是结合成了碳化铬颗粒，起提高耐磨性的作用。

　　440A的碳含量比440C低一些，这使它硬度较低而抗锈性更好，对抗锈性要求较高的刀具有用440A的。440B介于二者之间。总的来说440C在刀具中的用量远高于440A和440B。

　　440系列还含有少量的钼，钼对铬的抗锈性能起增强的作用，钼对抗锈性的作用相当于铬的3倍，但不能代替铬的作用，必须是以铬为主。加了钼以后，就可以缓解碳和铬的矛盾，可以用较少量的铬达到同样的抗锈效果，从而解放更多的碳，使硬度进一步提高；或者是在硬度不变的前提下，提高抗锈性。

　　1959年，美国坩埚公司与美国航空公司下属的赖特气动研发中心合作开发了154CM，用于航空发动机的材料。154CM的意思就是15%Cr和4%Mo，其实就相当于在440C的基面上把钼的含量提高到4%，而铬降低了2个百分点，使溶解态的碳增加，提高了硬度，同时由于钼的加入，抗锈性也有所提高；154CM和440C的耐磨性差不多，但由于154CM的硬度高，刃保持性也优于440C；从金相上看，154CM的晶粒较粗，由此推测韧性不如440C，但从测试结果看，在相同硬度时，二者韧性相并不多。可以说154CM是全面优于440C的。

　　440C、154CM是一类追求综合性能的钢材，硬度、抗锈性和AEB-L、12C27差不多，而牺牲了一些韧性，换取耐磨性的提高。

　　R·W·拉威利斯从1972年开始使用154CM做刀，他说过：“这种钢材帮助我提高了刀的质量，我希望一辈子都使用它。”但他后来改而使用了日本日立公司的ATS-34，其实就是日本版的154CM，也不能算食言。也有他的追随者认为ATS-34是“更纯净的154CM”。

　　美国说的“工具钢”特指加了合金成份，不是碳钢但又不是不锈钢的这一类钢材。D2是其中典型的一种，

　　在20世纪早期就出现了高碳高铬钢，英国于一战期间用铬代替钨制作高速钢，钨较为稀缺，价格高，在战时比较难以获得。

　　D2含有11-12%的铬元素，似乎离不锈钢的要求只差一点点，有人可能会有疑问，它为什么不再加一点铬而成为不锈钢呢？实际上，根据前面的碳铬曲线所含的碳的含量太大，有1.4-1.6%，相当一部分铬和碳结合成了碳化铬，而只有溶解的铬才能起防锈作用。虽然它还加了钼，但量不大，只有1%左右，因此D2和不锈钢的要求并不是如数值上的那样只差一点，它还是会生锈的，即便是再加1个百分点的铬也还是差不多。当然还是比碳钢的抗锈性还是好得多，所生的锈往往是表面的浮锈，也比较容易清理。有人认为D2是“半不锈钢”，还是比较恰当的。

　　D2中钼的加入主要是为了“红硬性”，也就是在高温下仍然保持其硬度。具有红硬性的钢又称高速钢。在中国，“风钢”和“高速钢”是同一类，但在美国是有所区别的，风钢强调的是高淬透性，淬透性指的是淬火时的降温速度不需要太快，风钢就是可以用风淬火。而高速钢强调的是红硬性，这个词的由来是早期机床上的刀具，作连续的切割操作时，速度快了会发热，普通钢受不了，而加入了钨以后，具有红硬性，允许切割速度更快，因此叫“高速钢”。后来又发现钼可以代替钨的作用，而且比钨还便宜。

　　一般日用的刀具对淬透性、红硬性都没有太高的要求。早期D2被大量用于做刀的材料，首先是由于它的耐磨性比较好，其次是它在韧性和抗锈性上是碳钢和不锈钢的折中，韧性胜过440C，抗锈性比碳钢强。

　　如今尽管一些用新技术开发的不锈钢的性能已经全面超过了D2，但由于几十年中人们用D2做刀积累了丰富的经验，一直有一个很不错的口碑，加上D2价格便宜、供应充足，仍然有很多刀具采用D2作为刃材。

　　D2之后还有D3、D4……D7合金工具钢，碳含量都增加到了2%以上，其他元素成分也各有调整，应用都远不如D2广泛。

　　1980年代，奥地利百禄钢铁公司开发了K190，是D7钢的粉末版，粉末技术明显改善了钢的韧性。但百禄还希望拥有一种耐磨性、抗锈性都好的钢材，而K190并非不锈钢。基于这种想法，百禄公司又开发了M390，主要是将铬的含量由12.5%提高到了20%，碳有所减少，这意味着不锈的要求对铬的需求也少些，其他元素变化不大，因此M390可以算是K190的不锈钢版。而M390增加了K190所没有的钨似乎没什么太大必要，钨和钼在获得红硬性方面的作用可以相互代替，但钨比钼要贵，而且由于钨的密度高，多一倍重量的钨才能取得和钼相同的效果，因此在现代钢材中钨已经不常用了。但鉴于M390出色的性能，钨在其中起了什么其他的特别作用也未可知。

　　由于铬、钒的含量都比较高，因此M390抗锈性、耐磨性都很出色，硬度也能达到HRC61以上，而韧性较差是它惟一的弱点。在相似耐磨性的钢材中，M390较易研磨。对于尺寸较小的折刀来说，韧性相对不那么重要，因此，M390可以说是做折刀的理想刃材。

　　M390是最早的粉末不锈钢之一，晚于S60V，而早于SG2、Elmax、S90V、S30V。但它应用于刀具较晚，百禄公司最开始是把它推向塑料加工行业，早期只有欧洲的手工刀中有少量应用。

　　后来，美国的拉特罗布公司做了一种M390的复刻版钢材——20CV，并被美国的刀具公司广泛采用，和索格刀具公司合作测试，宣称其刃保持性强于S30V。2009年，美国卡彭特公司也开发了一种自己的M390，开始叫作micromelt20-4，2010年改名为CTS-204P。2011年，拉特罗布被卡彭特公司收购，没有必要保留两种一样的钢材，于是20CV就不怎么见到了。

　　2010年之后，原版的M390也开始在美国广泛应用，蝴蝶、科尔沙都开发了基于它的产品。

　　从1930年代开始，人们就发现在高碳钢中加入钒是有益的，如前所说，少量的钒可以提高钢材的韧性。但加入更多钒，就不是为了韧性了，而是为了提高耐磨性，因为碳化钒颗粒的硬度比碳化铬还要高得多。而随着钒的含量的增多，由于更多的碳化钒颗粒的形成，钢材的韧性反而下降。增加到4%以上，钢材的韧性就已经到了令人无法接受的程度，因此在粉末冶金技术发明之前，4%普遍被认为是钢材中钒含量的上限。

　　1970年前后，美国坩埚公司发明了粉末冶金技术，使钢材在加入更多合金成分的情况下也能保持成分的稳定均匀。于是冶金学家认为可以提高钒的含量，坩埚公司和PM合作开发了一系列钢材，发现碳化钒的颗粒甚至可以少于钼、钨的碳化物。

　　1978年，坩埚公司的沃尔特·哈斯韦尔和A·卡萨克利用粉末冶金技术开发了10V钢材，钒含量达到9.75%，成为最早的仅靠钒提供耐磨性的钢材之一。尽管钒的含量如此之高，10V的碳化钒颗料也没有明显地长大，实现了耐磨性和韧性的兼顾。

　　但进一步实验发现，如果把钒含量增加到11%，钢的耐磨性反而降低，这是由于钒太多了，即便在液态也发生了钒元素的聚集。因此在一段时间里，10%又成为钒元素新的上限。后来人们改进了流程，将钢水的温度升高，抑制了碳化钒的聚集，仍然维持小的颗粒状态，由此才有15V钢材的产生。

　　钒系工具钢以其高钒的特征而具有超强的耐磨性，由于铬的含量不高，使溶解态的碳较多，其硬度也很高，10V可以达到Hrc63以上。但它不是不锈钢，虽然用了粉末冶金，韧性也只能说还凑合，比D2要好一些。10V、15V追求极高的耐磨性，兼顾硬度，而放弃了对抗锈性和韧性的追求。

　　而看起来是同一系列的CPM 3V则不同，由于钒的含量不算太高，为2.75%，加上粉末技术的应用，3V具有相当不错的韧性，硬度一般在Hrc60，耐磨性也不错。3V是只放弃了抗锈性，而在硬度、耐磨性、韧性间达到了不错的平衡。

　　温克勒的刀具一般用的都是80CrV2低合金钢，这种钢是在碳钢的基础上，加入少量的合金元素。使它具备较好的强度和热处理性能。但它的某些特别订制款产品，也曾使用的CPM 3V钢。

　　如果说钒系工具钢是“低铬高钒”的话，那么钒系不锈钢就是“高铬高钒”。最直接的思路就是在不锈钢的代表——440C的基础上加入钒。按照这个方案，坩埚公司用粉末技术开发了CPM 440V，后来改名叫S60V。

　　S60V含钒5.5%，目的当然还是为了提高耐磨性，因此碳也要相应增加，以供形成碳化钒的需要。而铬的含量没有变化，钼少了一点，也影响不大。稍后还开发了S90V，钒增加到了9%。S90V还降低了铬的含量，因为发现S60V由于铬比较多，和钒形成了对碳元素的争夺，更多的形成了碳化铬而不是碳化钒，使钒的作用没有充分发挥。

　　铬对耐磨性的贡献不如钒，但对韧性的损害和钒差不多，或更高。因此，低铬高钒的非不锈钢更易于取得耐磨性和韧性的平衡。

　　和追求均衡性能的M390相比，S60V的耐磨性更好，抗锈性差一些，S60V的抗锈性只能说勉强达到了不锈钢的底限，而硬度、韧性差不多；S90V由于钒元素加的更多，因而耐磨性比S60V更强，和10V接近。

　　迪克·巴伯，坩埚公司的粉末冶金专家，主导了S30V的研发。在此之前，他问过克利斯·里夫，为什么宁可用卡彭特公司的BG-42也不用坩埚的产品。里夫说如果你们能做出更好的钢材我自然会用的。BG-42从成分上看就相当于154CM多加了1.2%的钒元素，这个含量也提高不了多少耐磨性，但使它的韧性、抗锈性比154CM更优。以里夫为代表的这些刀厂主要是觉得，s60V的耐磨性太强了，也带来研磨困难的问题，而对于刃保持性好这一点，用户也不见得很接受，很多人认为经常磨刀不是什么问题。S60V、S90V不能说性能不行，但在各方面性能的平衡上，不太符合做刀的市场需求。

　　巴伯又详细地征求了很多刀匠和刀厂的意见，新开发的S30V就把钒的含量降低到了4%，使它仍然具有不错的耐磨性，但不像S60V、S90V那么变态。它的目标是在综合性能上合面超过BG-42。但从结果来看，S30V只能说“还行”，是否全面超过了BG-42不太好说，全面不如M390倒是真的，无论是在它的强项耐磨性上，还是共同的短板，韧性上，都不如M390。

　　2009年，坩埚公司想出了一个改善S30V性能的办法，那就是减少了1%钒，而代之以0.5%的铌，这就是后来终于得到广泛应用的S35VN。铌和钒在钢中的作用相似，都是形成碳化物而提高耐磨性，碳化铌和碳化钒的硬度接近，加入少量铌以后，可以“钉”住碳化钒颗粒，使它不易长大。这就进一步改善了钢材的内部微观结构，在稍微牺牲了一点耐磨性的情况下，提高了韧性。

　　在元素周期表中，氮和碳相邻，在钢材中，氮也能起到和碳类似的提高硬度的作用。但由于氮原子比碳原子小，氮钢形成马氏体后所造成的结构扭曲也不如碳，因此氮对硬度的贡献比碳略小。用氮代替碳的好处，是氮和铬不像碳和铬那样难以平衡，氮虽然也会与铬结合成氮化铬，但只要掌握好比例，氮和铬可以以较高的含量共存。从而可以更好地兼顾硬度和抗锈性。

　　由于空气大部分是氮气，在炼钢过程中，总是会有少量的氮进入钢的内部，但这个量很小，起不了什么作用。100年前，人们曾经将高温状态的钢置于氨气（NH3）中，使钢的表层溶入氮而硬化，称为“渗氮”工艺。但这种技术不适合用于刀具钢，因为它只能使表面硬化，不符合刀需要经常磨的要求。

　　要想在钢中加入较大量的氮元素，是一件相当难的事。所幸，铬有助于氮溶于钢，但也只能达到0.2%左右的水平。卡彭特公司的BD1N，就是在BD1（碳0.9%，铬16%）不锈钢的基础上，增加了0.12的氮。相对于BD1，抗锈性相同，而硬度更高。

　　2017年，美国新泽西巴伦钢铁公司以AEB-L为基础，开发了一种氮钢，名为Nitro-V，区别在于增加了0.11%氮和0.08%钒，这么少量的钒不会形成碳化钒，反而有细化晶粒、提高韧性的作用；氮的加入使它的硬度进一步提高，可以达到接近Hrc64的水平。而山特维克公司的14C28N是减少了一些碳，用氮代替它的作用，和不加氮的13C26相比，硬差相同，但提高了溶解的铬的量，使抗锈性得以提高。

　　为了在钢材中加入更多的氮，有人尝试用加压的方式，把含氮的气体压入钢水，如德国的Cronidur30钢材，氮含量可以达到0.3-0.4%，进一步提高了抗锈性。

　　更好的方法是利用粉末冶金的技术，在粉末状态时将氮渗入，可得到较高氮含量的钢材，如瑞典的Nitrobe77、Vanax、Vancron40，氮含量分别为0.9%、1.55%、1.8%。如此高的氮就不仅仅是用来提高硬度和抗锈性了，而是可以和钒元素结合形成氮化钒，代替碳化钒起提高耐磨性的作用。

　　Vanax这种钢由于加入了较多的氮，各方面性能比较均衡，硬度可以达到Hrc61,抗锈性、耐磨性、韧性也都不算差。

　　ZDP-189是日本日立公司开发的钢材，专利还没有到期，在有限的信息中，我们知道它的特点是高碳（3%）、高铬（20%），由于碳含量太高，它溶解状态的铬并不多，在1025℃时只有6.5%，因此它的抗锈性不行，不过是和D2差不多，不能算不锈钢。

　　这两种日本钢的特点就是可以达到很高的硬度，ZDP-189的硬度可达Hrc67以上，甚至接近Hrc70。它是如何达到这么高的硬度的？我们知道，钢材的硬度取决于马氏体，而马氏体是奥氏体快速冷却形成的。马氏体的转变有不完全性，有多少奥氏体能转变为马氏体，取决于马氏体转变的开始温度(Ms)和终了温度(Mf)，如果二者都低于室温，则在室温下淬水无法形成马氏体；如果都低于室温，则马氏体充分转变，残余奥氏体达到最少；如果Ms高于室温，Mf低于室温，会有较多的残余奥氏体。残余奥氏体的存在，对钢的硬度不利，但对韧性有利。

　　1050碳钢的含碳量是0.5%左右，属于中碳钢。随着含碳量的增加，Ms、Mf温度会降低，到0.9的时候，残余奥氏体的增加已经可以抵消含碳量增加对硬度的贡献，使碳钢的硬度达到峰值，一般是Hrc65-67。

　　合金元素同样会降低马氏体转变温度，在Mf低于室温的情况下，用液氮做深冷处理可以使残余奥氏体继续向马氏体转变，使钢材的硬度增加。在降低马氏体转变温度的作用方面，锰铬钼、硅。由于不锈钢都含有12%以上的铬，淬火后都会有较多的残余奥氏体，使不锈钢的硬度上限在Hrc63-64的范围，如果铬达到14%以上，硬度上限仅为Hrc61。

　　从马氏体的作用的角度看，无法解释ZDP-189的高硬度。实际上，ZDP-189是因为高碳、高铬而存在大量的碳化铬颗粒，碳化物颗粒本来就比马氏体还要硬，只是在量比较少的时候，它们分散在钢材中，对宏观硬度没有明显影响，主要作用是提高耐磨性。但在碳化铬颗粒足够多、足够密集的情况下，也会起到提高硬度的作用。机床上使用的硬质合金，就是由碳化物颗粒烧结而成的，ZDP-189可以说是具有了一定的硬度合金的特性。

　　由于大量碳化铬的存在，ZDP-189的耐磨性也不错，但它的抗锈性就差强人意了，很多人认为它达不到不锈钢的标准，但也有人认为它的耐腐蚀性和ATS34差不多。ZDP-189的韧性尤其不行，在常用刀具钢材中差不多是最差的。

　　考虑ZDP-189硬度高而韧性差的特点，这款花田洋小直刀采用了类似日本传统“三枚合”的技术，用VG-10将ZDP-189夹在中间，兼顾了硬度和韧性。

　　更常用的制备高硬度钢材的方法，是加入钴元素。钴最早用于钢材是德国于1912年的专利，当时的目的也是为了得到高速钢。

　　钴可以减少淬火后的残余奥氏体，增加回火时碳化物的成核密度，从而减缓碳化物的长大、提高钢材的硬度。在1960年代，出现了一系列由M1、M2逐渐演变来的“M系列钢材，都含有钴元素。而铬含量不高，这使溶解状态的碳远高于不锈钢，也起了提高硬度的作用。其中M42成为最常用的超硬高速钢，硬度可达Hrc68-69，同时它的可研磨性也优于一般高速钢，韧性也不太差。

　　1970年代，粉末冶金技术的采用进一步提高了超硬高速钢的性能，比较有代表性的是1972年的Rex76。1998年，坩埚公司又开发了REX121,是名副其实的硬度之王，可以达到Hrc70-72。由于硬度太高，用它作刃材的刀也不多，因为研磨非常困难。

　　一个叫加里·克里里的刀匠做的名为“灰鲭鲨”的EDC小刀，采用了REX121钢材

　　总而言之，世界上不存在十全十美的刀具钢材。要想本一方面的性能特别突出，就必须牺牲一些其他方面的性能。要想兼顾所有方面，那也必然没有一方面特别突出。正如孙子兵法所云：“备前则后寡，备后则前寡，备左则右寡，备右则左寡，无所不备，则无所不寡”。但提高技术工艺，还是可以使钢材的性能整体提高的。