Сталь D2: сфера применения и параметры

История стали D2

Данный сплав был разработан в США еще в 60-х годах прошлого века специально для нужд промышленности (для изготовления ножей и другого режущего инструмента). В настоящее время производство стали D2 осуществляется не только в Америке, но также и на заводах Японии, Германии, а также в Швеции. Незначительные отличия заключаются в количестве углерода у каждого конкретного производителя.

Данный сплав имеет следующие обозначения:

• немецкий вариант - X155CrMo12;
• маркировка Европейской системы обозначения сталей - 1.2379;
• японская сталь D2 - SLD;
• марка стали D2 в Швеции - SKD-11;
• российская маркировка — Х12МФ.

Сталь D2 широко задействуется в автомобилестроении, во всех областях металлообрабатывающей промышленности (из него производится режущий инструмент), а также для производства лезвий, ножей и клинков холодного оружия.

Состав и обработка стали D2

D2 относится к классу высокопрочных углеродистых, но вместе с тем, легированных сталей (в состав сплава входит достаточно много хрома, молибдена и ванадия). Твердость после термообработки достигает значения HRC 60-62; дополнительное укрепление производится при помощи отжига. Вот некоторые преимущественные характеристики стали D2:

• абразивная износостойкость (это и позволяет производить из данного сплава режущий инструмент);
• повышенный коэффициент прочности;
• впечатляющие свойства затвердения;
• стабильные качества при закалке;
• устойчивость при отпуске.

А вот какие свойства сообщают готовому сплаву его отдельные компоненты:

• Углерод (1,4-1,6%) - повышает твердость массива и, как следствие, прочность изготовленного из данного сплава изделия.
• Хром (11,.0-12,0%) - улучшает закалку стали, а кроме того, добавляет износостойкости и, разумеется, улучшает антикоррозийные свойства (напомним, нержавейка в своем составе содержит не менее 13% хрома).
• Молибден (0,8-1,2%) – данная металлическая добавка отвечает за повышение упругих свойств, предотвращает ломкость относительно тонких изделий. В итоге созданный из такого сплава нож получается жестким, но не хрупким, тугоплавким и коррозионно устойчивым.
• Ванадий (0,9-1,1%) – металл, который также отвечает за упругость создаваемого изделия. Лезвие приобретает инертность к воздействию агрессивных химических сред. Это свойство усиливается в присутствии хрома.
• Кремний (0,6%) – добавляет металлу износостойкости.
• Марганец (0,6%) – при добавлении данного металла увеличивается его вязкость, что позволяет использовать D2 даже для изготовления рельс и брони.
• Фосфор (0,03%) – это вещество является примесью, от которой металлурги стремятся, пj возможности, избавиться. В готовой стали (или изделии из нее) содержание фосфора не должно превышать 0,025-0,045%.
• Сера (0,03%) – это вещество также является крайне нежелательной примесью (подобно фосфору). Высокое содержание серы сильно ухудшает физические, механические и термостойкие свойства готовых изделий из такого сплава. К примеру, слишком большое содержание серы имели заклепки у «Титаника», в результате чего при охлаждении они становились излишне хрупкими. Металл со слишком большой концентрацией серы теряет свою пластичность и без охлаждения: падает коэффициент ударной вязкости, сталь слишком активно окисляется, становится не стойкой к истиранию. Массовая доля серы в составе любого сплава должна находиться в диапазоне 0,035-0,06%.

А вот что добавляет износостойкости стали D2, так это карбиды, которые содержатся в ее микроструктуре. Благодаря им такой сплав может противостоять даже материалам с абразивными составами. Именно поэтому (а еще благодаря тому, что такая сталь относится к типу полунержавеющих) D2 используют для производства ножей.

При выплавке D2 задействуют технологию ESR - электрошлаковой переплавки. Бонусом при данном способе производства является параллельный рост химической однородности карбидов, что также приводит к совершенствованию механических характеристик сплава и повышает порог его «усталости».

Термическая обработка заключается в нескольких процессах, осуществляемых последовательно. Важно не нарушать их последовательность. Итак:

• ковка;
• отжиг;
• формообразование;
• вторичный отжиг;
• выправление искривлений;
• закаливание;
• отпуск;

Отжиг – это медленное охлаждение изделия из металла, разогретого не менее, чем до 980 градусов Цельсия. В структуре сплава происходят следующие изменения:

• изменяется форма и размерность кристаллической решетки – ячейка становится меньше;
• убираются все внутренние напряжения (это крайне важно при изготовлении из данного сплава деталей запорной термической арматуры);
• измельчается зерно;
• механические свойств становятся существенно лучше.

Закалка – это более резкое охлаждение сильно нагретого сплава. В результате повышается прочность массива, его твердость, износостойкость. Нагревание с целью последующей закалки производится либо в специальной окислительной атмосфере, либо в соляных ваннах.

После проведения процедуры закалки изделие из стали D2 снова нагревают до 850 градусов Цельсия. Охлаждение при этом осуществляется в воздухе или же в масле. Если речь идет о ноже, то могут использовать и соляную кислоту, но только в этом случае, чтобы избежать обезуглероживания поверхности. Потребуется в дальнейшем производить раскисливание не реже 2 раз в день. Для этого обычно используется:

• древесный уголь;
• бурая соль;
• борная кислота.

Технология здесь следующая: берется специальный стакан с большим количеством отверстий в стенках и наполняется углем. Далее с большой осторожностью данный стакан погружается в ванну. Нужно быть готовым, что при контакте с кислотой будет возникать сильное пламя, вспышка которого будет плавно затухать.

Для достижения заметного визуального эффекта данная операция повторяется не менее 10 раз. В итоге клинок приобретает не только благородный внешний вид «изделия с историей», но также и четкую геометрическую форму, и улучшенную внутреннюю структуру. Лишь после этого клинок отправляется на полировку. По такой технологии чаще всего производят мечи (катаны).

Плюсы и минусы стали D2

Рассматриваемый сплав крайне популярен у частников-кузнецов и мастеров по холодному оружию вообще. Поэтому разумно будет рассмотреть плюсы и минусы стали D2 на примере ножей.

Итак, сначала о преимуществах:

1. Режущая кромка ножа твердая и долго способна держать заточку. Нож не затупится даже в том случае, если будет эксплуатироваться часто и в течение длительного периода времени.
2. Благодаря высокому содержанию углерода и хрома в химическом составе сплава клинок отличается высокой твердостью (говорят, что он оптимален для использования в походных условиях).
3. Рез у таких ножей весьма агрессивный (при использовании следует быть осторожным, чтобы не порезаться). Одним движением легко перерезается канат в палец толщиной, а кроме того, не составит никакого труда провести таким ножом разделку туши (с перерубанием костей и сухожилий).
4. От изменения температуры внешней среды характеристики ножа из стали D2 не ухудшаются.
5. Благодаря высокой износостойкости, во-первых, точить клинок не придется часто, а во-вторых, служить такой нож будет не одно десятилетие.
6. Структура сплава гомогенна, а зерно достаточно мелкое, чтобы микротрещины в массиве металла не образовывались.
7. Такой нож не покроется ржавчиной, благодаря высокому содержанию хрома в составе.
8. Относительно не высокая стоимость, попадающая в средний ценовой диапазон.

Теперь о недостатках:

1. Содержание хрома здесь хоть и высокое, но недостаточное для того, чтобы окислительные процессы не шли совсем (11-12%, а для полностью нержавеющих сталей требуется содержание хрома на уровне, не менее 13%). Все-таки для того, чтобы нож гарантированно не окислился, его следует держать в сухом состоянии и подальше от агрессивных сред. А кроме того, после использования нож нужно протирать и высушивать.
2. Не стоит давать на нож значительные боковые нагрузки – лезвие выдержит многое для своих размеров, но сломаться все-таки может.
3. Твердость клинка является проблемой при заточке: вручную, да еще в походных условиях его будет не заточить – только на специальном оборудовании.
4. Метать такой нож также не рекомендуется - любые ударные нагрузки для изделия губительны.
5. И, наконец, такой клинок никогда не будет блестеть – он всегда будет иметь матовую поверхность (сколько ни шлифуй), что нравится далеко не всем.

Правила ухода за изделиями из стали D2

Чтобы лезвие не теряло своих преимуществ, за ним необходим уход. В первую очередь, важно обеспечить его правильное хранение. Вот перечень всего того, чего делать крайне не рекомендуется:

• Не стоит оставлять нож в закрытых условиях, где нет доступа к воздуху (лучше всего купить для целей хранения специальные кейсы). Несмотря на то, что кислород активно участвует в химической реакции ржавления металла, отсутствие возможности испарения для влаги интенсифицирует коррозионный процесс.
• Нельзя держать нож и в закрытых чехлах, плотных карманах, сигарной коробке и других, не предназначенных для этого местах. Испарения от некоторых материалов и веществ эффективно разъедают молекулярную структуру металла.

А теперь несколько слов о том, как содержать нож из D2 правильно:

• Необходимо регулярно и своевременно осуществлять протирку лезвия ацетоном.
• Каждый раз после использования клинок следует смазывать небольшим количеством оружейной смазки.
• Хранение ножа должно осуществляться в открытом состоянии и желательно, в качественно проветриваемом помещении.
• Не реже раза в месяц нужно осуществлять чистку клинка специализированной масляной жидкостью (приобретается в любом оружейном магазине).

Многие владельцы холодного оружия стремятся, чтобы лезвия выглядели парадно. Для этого они осуществляют их шлифовку и полировку. Делать это нужно с использованием сатиновой ткани. Если для углеродистой стали применять другой материал, то повышается шанс развития коррозии.