Stopowanie

Nóż. Nie wiem, jak to postrzegacie, ale moim zdaniem to właśnie nóż jest najlepszym przyjacielem człowieka. Sam mam psa i nie dam go na nic zamienić. Noże jednak kocham całym sercem. Narzędzie, które jest używane odkąd człowiek zdał sobie sprawę, że potrzebuje czegoś, by polować i przetrwać. Na początku, w epoce kamienia, jako ostrze używano obrobionego krzemu. Z biegiem czasu, przez wszystkie okresy i poziomy ludzkiej historii, noże rozwinęły się poprzez brąz i żelazo aż po dzisiejsze zaawansowane materiały. Dzięki temu mamy wiele, myślę, że jest ich około 2500, rodzajów stali, z których noże są produkowane. Czy wcześniej nie było łatwiej? Wątpię, żeby nasi przodkowie w okresie mezolitu siedzieli przy ogniu i dyskutowali, czy ich krzem ma lepszą tnącą moc niż krzem innego. Ale może bym się zdziwił. Jak znajdziecie taką malowidło jaskiniowe, dajcie mi znać. 

Dzięki różnorodności dzisiejszych czasów możemy być trochę rozpieszczeni i wybierać spośród ogromnej gamy materiałów. To niestety wnosi do naszej świadomości trochę tej kontrowersji, więc o niektórych sprawach myślimy trochę inaczej. Nie jest inaczej również z stalami, które są używane na ostrza noży. Aby wprowadzić was trochę do rzeczywistości, spróbuję podzielić, wyjaśnić, przedstawić i porównać materiały, które są dziś używane do produkcji noży. Tak, wiem. Może jestem trochę szalony, że się zająłem tym tematem, bo wiele osób będzie protestować i mówić, że jest inaczej. Niestety, tak to jest z tym tematem. Nie bójmy się wilka nic, idźmy na to.

Czym właściwie jest stal?

Tylko w skrócie. Aby móc zacząć wam opowiadać o tym, jak stal nierdzewna jest lepsza w tym i w tamtym, chciałbym, abyśmy wszyscy mieli tę samą definicję stali świeżo w głowie. Zapomnijcie o wyrażeniu żelazo. Żelazo jest pierwiastkiem i takim pozostanie. Minęło już wiele czasu, odkąd noże były produkowane tylko z niego. Obecnie jest używane tylko jako dodatek o przewadze procentowej. Więc co to jest stal? Stal to stop żelaza, węgla i innych towarzyszących pierwiastków, kierujący się fazowym diagramem binarnym żelazo-węgiel, czyli Fe-C. Dzieli się dalej na struktury martenzyt, bainit i inne, ale to jest na inny artykuł. Stal zawiera węgiel do maksymalnego stężenia 2,14%. Powyżej to już nie jest stal, ale żeliwo. Ten fakt dobrze zapamiętajcie, później się przyda. W zależności od zawartości węgla mówimy o niskowęglowej stali (do 0,3% C), średniowęglowej (0,3-0,6% C), średnio-wysokowęglowej (0,6-1,0% C) i na końcu wysokowęglowej (1-2% C). Stale są dalej rozwijane, wzbogacane i dzielone. I jesteśmy przy tym…!

Oprócz podstawowego składu, czyli żelaza z węglem, w stali znajdują się tak zwane towarzyszące i niepożądane pierwiastki. Do towarzyszących zalicza się przede wszystkim mangan (Mn), który wiąże siarkę (S). Ta razem z fosforem (P), uważana jest za niepożądaną. Występują w podstawowej rudzie lub w atmosferze podczas produkcji stali. Naruszają strukturę i wyrządzają szkody. Usunąć je całkowicie? Tak, to byłoby świetne, ale niestety nie jest to aż tak proste. Do stali dodaje się również pierwiastki poprawiające jej właściwości. Więcej informacji na temat tego procesu, nazywanego stopieniem, można znaleźć w odpowiednim artykule. Aby przyspieszyć, nie chcę zmuszać was do czytania całego artykułu. Pisałem go co prawda ja i jest po prostu świetny, ale czas jest ograniczony. Dlatego szybko wymieńmy dodatki stopowe

Węgiel (C)	Tak, nie jest to klasyczny pierwiastek stopowy, ale ważne jest wiedzieć, że odpowiada za twardość materiału. Im więcej węgla, tym materiał twardszy
Mangan (Mn)	Zwiększa wytrzymałość, nie zmniejsza plastyczności, zwiększa hartowalność
Chrom (Cr)	Zwiększa odporność na korozję, wytrzymałość, hartowalność
Molibden (Mo)	Zwiększa zdolność cięcia, odporność na korozję, żaroodporność
Nikiel (Ni)	Zapewnia lepszą plastyczność, delikatniejsze krystalizację, zwiększa odporność
Krzem (Si)	Zwiększa odporność na utlenianie
Wolfram (W)	Poprawia hartowalność, zdolność cięcia, stabilność i twardość
Wanad (V)	Poprawia odporność na zmęczenie materiału, elastyczność, zdolność cięcia
Bor (B)	Zwiększa wytrzymałość w wyższych temperaturach
Aluminium (Al)	Zmniejsza podatność na starzenie
Cer (Ce)	Odoluża materiał
Kobalt (Co)	Zwiększa zdolność cięcia
Miedź (Cu)	Poprawia hartowalność, odporność na korozję atmosferyczną
Niob (Ni) Tantal (Ta)	Występują razem, zwiększają wytrzymałość przy wysokiej temperaturze

Na podstawie zawartości dodatkowych pierwiastków stopowych mówimy o nisko, średnio lub wysoko stopowej stali. Ale wracając do rzeczy. Teorię mamy.

Ile ich jest? Jedna, dwie?

Trzy proszę! Dokładnie trzy. Aby lepiej wyjaśnić, stali możemy podzielić według kilku różnych kryteriów. Skład chemiczny? Właściwości fizyczne? Wykorzystanie przemysłowe? Zróbmy to trochę inaczej i powiedzmy sobie liczbę „trzy”. Bo jeśli chodzi o stal na ostrza noży, dzielę je dokładnie na trzy grupy, a są to:

• Stale węglowe - Ta grupa jest najpopularniejsza. Jej produkcja jest najprostsza i najtańsza. Możemy ją zdefiniować jako stal z podstawowym składem, czyli żelazo, węgiel, mangan, siarka i fosfor. Można je dalej dzielić na podkategorie takie jak nisko, średnio lub wysoko węglowe. Ważne jest wiedzieć, że stale węglowe nie są stopowane, czyli nie tak jak inne. Ich maksymalne stężenie pierwiastków stopowych wynosi 2%. Tak niskie stężenie nie jest w stanie zmienić właściwości końcowego materiału jak w przypadku typowych pierwiastków stopowych. Zaletą stali węglowych jest przede wszystkim ich dostępność i niska cena. Niestety, są bardzo podatne na korozję.
• Stale narzędziowe - Wiele osób zalicza stale narzędziowe i węglowe do jednego worka. To według mnie błąd. Dlaczego? Tak, stale narzędziowe mają przeważnie wyższe stężenie węgla i tak, nie są stalą nierdzewną, bo procent chromu jest niższy niż 13%. Do diabła, właśnie zdradziłem definicję stali nierdzewnych. SPOILER ALERT! Te fakty jednak nie czynią z nich stali węglowych. To jakby powiedzieć, że słoń to ptak, bo to nie jest kamień. Po prostu złe klasyfikowanie. Stale narzędziowe są często stopowane pierwiastkami, które omówiliśmy w poprzedniej części. Ich właściwości są już znacznie ciekawsze niż stali węglowych, ale koszt produkcji jest wyższy. W związku z tym cena końcowego produktu jest często kilkakrotnie wyższa. Ten typ stali jest w stanie walczyć całkiem dobrze z korozją. Wymaga więc mniej konserwacji, oferuje dobrą zdolność cięcia i twardość.
• Stale nierdzewne - Ostatnią grupą są te bardzo dobrze znane materiały. Mogą mieć wysokie stężenie węgla tak jak stal narzędziowa, ale mają coś jeszcze. Tak, to wysokie stężenie pierwiastków stopowych. Jak niedbale zdradziłem przy stalach narzędziowych, nie mówimy o stali nierdzewnej, jeśli ma zawartość chromu niższą niż 13%. Tak mówi prawo według amerykańskiego AISI. A co powiedzą nasi zachodni przyjaciele, to jest prawda. Stale nierdzewne mają świetną odporność na korozję. Kto by pomyślał, co? Ale uwaga, absolutnie nie są 100% odporne. Nawet w przypadku stali nierdzewnej należy stosować podstawową konserwację. Wadą tej grupy jest wysoki koszt produkcji.

Tak to podzieliśmy. Mam nadzieję, że się ze mną zgadzacie. Teraz czas na porównanie niektórych właściwości, których zawsze od stali wymagamy. Pamiętacie, jak wspominałem w poprzedniej części: każdą wzmiankowaną przez mnie grupę można dalej dzielić według zawartości węgla, pierwiastków stopowych i innych kryteriów. Ale po co robić sobie niepotrzebny chaos.

Porównanie właściwości

Następna część jest bardzo, bardzo kontrowersyjna. To mnie jednak nie powstrzyma. Chciałbym z wami omówić podstawowe właściwości noży i przyporządkować je do odpowiedniej grupy stali, a nie konkretnej stali. Na to bym się nie odważył.

Twardość

Twardość materiału jest dla nas bardzo ważna. Ta właściwość praktycznie określa, jak długo nóż będzie trzymać ostre krawędzie, oczywiście po zahartowaniu. Twardość mierzymy w przemyśle nożowym metodą pana Rockwella (wgniatanie diamentowego stożka w materiał). Skrót jednostki to HRC. Skala jest wystarczająca od 58 HRC. Materiały osiągające wysoką twardość mają wynik około 62-63 HRC (niektóre nawet 66). 

W tej kategorii wygrywają stale węglowe i narzędziowe. Ich wysokie stężenie węgla obiecuje wysoką twardość, a tym samym trzymanie ostrości. Stale nierdzewne są na drugim miejscu. Często spotykamy się głównie z niską twardością w tańszych typach z powodu niskiego stężenia węgla.

Odporność

Pytanie jak wytrzymały jest materiał jest pytaniem o skład. Odporność dodaje nożowi wytrzymałość na obciążenie w zgięciu. Nóż nawet przy wysokim kącie zgięcia może wrócić do pierwotnej pozycji bez trwałych zmian (pęknięć, itp.). Kruchość materiału jest problemem, który często trzeba rozwiązywać.

W odporności wygrywają stale nierdzewne, a tuż za nimi są stale narzędziowe. Dzięki stopieniu poprawia się odprężność i elastyczność. Na ostatnim miejscu pozostają stale węglowe, które uważane są za stosunkowo kruche.

Odporność na zużycie

Każdy dzień chcemy nosić nóż ze sobą. Fakt, że na ostrzu zaczynają się pojawiać mikro rysy i nóż jest coraz bardziej zużyty, łamie nam serce. Ĺącznie dla mnie! Z tą właściwością blisko związana jest twardość materiału.

W tej kategorii znów wygrywają stale węglowe i narzędziowe.

Łatwość ostrzenia

Właściwość wyrażająca, jak dobrze ostrzy się nóż.

Tę kategorię ponownie opanowują stale narzędziowe i węglowe. Stale węglowe są w tej kategorii nieco przed stalami narzędziowymi. Skład i różnorodność stali nierdzewnych wskazuje na ostatnie miejsce.

Odporność na korozję

Każdy nóź powinien mieć wysoką odporność na korozję. Nieważne, czy to nóż kuchenny. Soki w owocach i warzywach są często znacznie bardziej agresywne niż sama woda. Dlatego ważne jest, aby mieć nóż z odpornością na korozję.

W tej grupie oczywiście wygrywają stale nierdzewne. Zaraz za nimi są narzędziowe, a na końcu węglowe. Te wymagają znacznie większej konserwacji niż reszta grup stali. 

Te łącznie 5 kategorii, właściwości, nominowałem jako te, które warto wypisać. Nie chciałem poruszać tematów jak na przykład obróbkowalność, ponieważ nas, użytkowników końcowych, to nie interesuje. Zanim zaczniecie szukać adresu e-mail i pisać, że nie zgadzacie się z artykułem, dodam wcześniejsze informacje. Brałem to ogólnie. Oczywiście, każda grupa stali ma swoich przedstawicieli, którzy mogą konkurować z przedstawicielami z innej grupy. Stale węglowe mogą być na przykład pokryte powierzchniowo i są również odporne na korozję. I tak dalej. Teraz chciałbym zaprezentować moich przedstawicieli poszczególnych stali. 

Ambasadorowie poszczególnych grup

Pozwoliłem sobie wybrać dla każdej grupy trzech przedstawicieli, którzy będą ją reprezentować. Z premedytacją staram się wybierać różne stale, aby pokazać wam różnorodność każdej grupy. Wybierałem na podstawie doświadczeń swoich i mojego otoczenia. 

Przedstawiciele z królestwa węglowego

Stal 1095

​Ta stal to węglowa rock-star. Jest to najczęściej używana, czyli najpopularniejsza stal węglowa. 1095 to wysokowęglowa stal z zawartością C około 1%. Jest nielegowana. Zwykle hartuje się ją w wodzie. Po właściwej obróbce cieplnej osiąga twardość do 66 HRC. Zwykle jednak wokół 60-62 HRC. Ta stal jest dowodem na to, co pisałem wcześniej. Jest bardzo twarda, dość dobrze się ostrzy i niestety, nie jest w ogóle odporna na korozję. Ale jak zabezpieczycie ją powierzchniowo, będzie służyć jak żadna inna. Jeśli chcecie spróbować tej stali, polecam skupić się na cieńszych ostrzach. 

Stal 1055

​Swoją istotą jest to stal konstrukcyjna, zwykły, tani materiał. Taki właśnie jest 1055. Po ostatnich dwóch cyfrach poznajemy, że poziom węgla to 0,55%, czyli średnio-wysoki. Początkowo stosuje się ją na sprężyny, korbowody czy wały. Po prawidłowej obróbce cieplnej osiąga twardość około 62 HRC. Nadaje się na przykład do produkcji mieczy. Niestety ma zerową odporność na korozję. 

Stal 52100

​Podobnie jak stal 1095, 52100 to wysokowęglowa stal (0,55% C). Jednak tutaj dojdzie do małej zmiany. Stal jest bowiem lekko stopowana, z zawartością chromu na poziomie 1,6%. Osiąga stosunkowo niższą twardość niż poprzednia wersja. Standardowo na poziomie 59 HRC. Zawartość chromu zapewnia drobną odporność na korozję, ale przede wszystkim poprawia hartowalność. 52100 jest, podobnie jak jej siostra, bardzo popularna. 

Nie zawiedziesz się na stali narzędziowej

Stal D2

Tę stal naprawdę lubię, podobnie jak wiele innych. Według mnie to przedstawiciel stali narzędziowej, która mogłaby już prawie zostać stalą nierdzewną. Zawartość chromu to bowiem 12%, czyli ledwo przed definicją stali nierdzewnej. D2 jest w nożownictwie bardzo popularna. Została zaprojektowana jako stal do zachowania podkładowego dla kucia na zimno, ale nikomu to nie przeszkadza. Wyobraźcie sobie, co stal musi wytrzymać przy tej technologii formowania. Oprócz chromu zawiera również 1,4-1,6% węgla, 0,3% niklu, 1,1% wanadu, 1% molibdenu. Poza tym, że to stal wysokowęglowa, jest również wysokostopowa. Osiąga twardość 58-62 HRC i jest odporna na korozję. To czyni ją świetnym, ale niestety również drogim, wyborem. 

Stal CPM 15V

Osobiście lubię stale hut CMC^® bardzo. To zresztą omówimy w kolejnej części. Tę stal wybrałem głównie dlatego, że jest trochę nietypowa. Dzięki swojej technologii produkcji (CPM = metalurgia proszkowa), stal jest wypełniona węglem do końcowej wartości 3,4%. Tak, wiem, że na początku mówiłem, że powyżej 2,14% węgla to już żeliwo. To właśnie metalurgia proszkowa pozwala na wprowadzenie wyższej zawartości węgla do stali. Oprócz tego zawiera również 14,5% wanadu, 5,25% chromu i 1,3% molibden. Znowu wysokostopowa. Dzięki tak wysokiej zawartości węgla i wanadu stal jest niesamowicie twarda, często nawet 65 HRC. To pozwala jej ciąć przez blachę jak masło, nie uszkadzając się. Nadaje się więc do obszarów, gdzie oczekuje się ekstremalnego obciążenia ostrza. 

Stal L6

Wybrałem tę stal, ponieważ spośród stali narzędziowych jest to ta z niską zawartością pierwiastków stopowych, w sumie zawiera 0,7% węgla, 1,2% chromu, 2% niklu, 0,3% wanadu i 0,5% molibdenu. Interesujące jest, że pomimo zawartości węgla poniżej 1%, osiąga twardość nawet 66 HRC, co jest naprawdę dużo. Stal jest uważana za wysokowęglową narzędziową. Ma bardzo dobrą odporność na zużycie, jest wytrzymała i odpowiednia na przykład do długich ostrzy. Niestety stal nie oferuje wysokiej odporności na korozję.

Nierdzewna, ale rdzewieje? 

440C

Ta stal jest celebrytą wśród stali nierdzewnych. Razem z całą rodziną 440 często wybierana na ostrza, które są w przystępnej cenie, a oferują wiele świetnych właściwości. Zawiera wysoką zawartość węgla, około 1,2%, ale co najważniejsze – 18% chromu. Taka zawartość zapewnia świetną odporność na korozję. Dzięki wyższej zawartości węgla osiąga twardość do 59 HRC. Tutaj reprezentuje średnią klasę stali nierdzewnych. 

CPM S35VN

No cóż, wiem. Nie byłbym sobą, gdybym nie wyciągnął metalurgicznego cudu, jakim dla mnie jest CPM S35VN. Ta stal jest dla mnie najlepszym przyjacielem. Codziennie noszę ją ze sobą na nożu od Zero Tolerance. Jako stal nierdzewna reprezentuje wyższą klasę. Wyprodukowana metalurgią proszkową oferuje świetne właściwości, w tym bardzo dobrą odporność, odporność na korozję, a także twardość nawet do 64 HRC (często jednak 59-61 HRC), co jest na stal nierdzewną bardzo przyzwoite. Odpowiada za to głównie wyższa zawartość węgla (1,4%) i nowoczesna technologia produkcji. 

5Cr15MoV

Ta stal nierdzewna to raczej niższa klasa. Jest odpowiednikiem niemieckiej stali X50CrMoV, czyli stali chrom molibden wanad z zawartością węgla 0,5%. Poza dobrą odpornością na korozję, oferuje tylko niską twardość na poziomie 54-56 HRC. To bardzo mało. Dość dobrze się jednak ostrzy, co przy tak stosunkowo miękkiej stali na pewno każdy doceni. Aby nie!

Odpowiednie zastosowania i wnioski

Tym chciałem podsumować wszystko, co chciałem. Przyjrzeliśmy się podziałom, powiedzieliśmy sobie kilka informacji, które według mnie są bardzo ważne. Oby wszystko było proste i moglibyśmy z czystym sumieniem powiedzieć, która stal jest do czego najlepiej dostosowana. Oczywiście, możemy wytyczyć kilka punktów orientacyjnych i podążać za nimi. Ale to nie znaczy, że wygraliśmy. Chciałem w końcu przyjrzeć się odpowiedniości poszczególnych stali do określonych zastosowań, jednak to już bardzo specyficzny temat i nie raz już doświadczyłem, że ludzie o tym się kłócą. Oczywiście – maczeta do dżungli będzie z nierdzewki, a nóż heavy-duty, od którego oczekujemy niewiarygodnej wytrzymałości, będzie najpewniej ze stali narzędziowej. Ups, chyba właśnie wywołałem burzę pytań, które wszyscy czytelnicy zaczęli zadawać sobie nawzajem. Powiem to więc prosto. Wybierajcie nóż tak, jak to czujecie. Chcecie fajny nóż, którego każdy będzie zazdrościł, nie będzie miał problemów z korozją i przetrwa dłużej niż wola Amundsena, by osiągnąć biegun południowy? Kupcie nóż ze stali nierdzewnej od czołowych producentów. Z drugiej strony, nie ma nic lepszego niż solidny nóż full tang z D2. Gdzie jest więc odpowiedź? Tę musimy znaleźć sami…