Các đặc điểm của thép làm dao

(Bài viết có sự giúp đỡ từ Cold Steel và Buck Knives) 

Bài viết sẽ cho ta biết được đặc điểm của thép đặc biệt là thép làm dao.

Nội dung chính

• Luyện và tạo hình thép
• Đặc tính của Thép
• Ký hiệu thép
• Các hợp kim
• Các loại thép
• Các thép dùng làm dao
• Một số thép làm dao khác

Luyện và tạo hình thép

Thép chính là kết hợp của sắt và các-bon (viết theo kiểu Nhân dân thời báo ). Tất cả các loại thép đều chứa một số thành phần khác với hàm lượng được kiểm soát, rất nhỏ, như mangan (Mn), lưu huỳnh (S), silic (Si), và phốt-pho (P). Nếu không có các thành phần khác, thì thép được gọi là thép carbon thường. Thép dùng cho lưỡi dao được cải thiện bởi các phụ chất, và được gọi là thép hợp kim (alloy steels). Các phụ chất này tạo ra nhiều loại thép với đặc tính riêng. Thép hợp kim các đặc tính chống gặm mòn (corrosion-resitant) được gọi là thép không rỉ (stainless steels), và là loại thép hay sử dụng nhất trong chế tạo lưỡi dao.

Việc luyện thép không rỉ bắt đầu bằng việc nung chảy thép trong lò. Các chất (trong hợp kim) được thêm vào mẻ nấu, và thép nung chảy đó được đổ vào khuôn, để tạo thỏi. Khi các thỏi cứng lại, nó được cho vào máy cán để tạo hình và kích thước phù hợp (tấm phẳng, xoắn…). Các dao của Buck có cả loại phẳng và xoắn, tùy vào kiểu thép và độ dày. Các tấm phẳng được cắt la-ze (laser) để thành bộ phận của dao, trong khi các thép xoắn được tạo hình bằng việc ép phôi tinh vi.

Đặc tính của Thép

Việc chọn thép cho các ứng dụng chuyên biệt dựa trên các đặc tính của thép và những yếu tố khác như quy trình sản xuất – loại thép khó chế tạo sẽ không khả thi trong việc sử dụng ở môi trường sản xuất. Các đặc tính của thép này được tạo bởi các hợp kim thêm vào, và phương pháp sử dụng trong chế tạo. Một số đặc tính quan trọng của lưỡi dao bằng thép có thể nói đến:

• Độ cứng (hardness): Phản ánh khả năng của thép chống lại sự biến dạng vĩnh viễn (như méo, dãn) (đo trên thang Rockwell)
• Tính luyện cứng (hardenability): khả năng thép có thể được làm cứng qua quy trình nhiệt luyện.
• Khỏe (strength): khả năng chịu lực.
• Dẻo (ductility): khả năng uốn cong mà không bị rạn/nứt/gãy.
• Bền (toughness): khả năng chịu lực trước khi rạn/nứt/gãy.
• Độ sắc ban đầu (initial sharpness): độ sắc lưỡi dao nguyên bản.
• Độ bền sắc cạnh (edge retention): khả năng mà dao giữ lưỡi bén mà không cần thường xuyên mài lại.
• Chống gặm mòn (corrosion resistance): khả năng chống bị hỏng bởi tương tác với môi trường.
• Chống trầy xước (wear resistance): khả năng chống mòn hay xước khi sử dụng.
• Chế tác (manufacturability): độ dễ dàng mà thép cho phép khi xử lý bằng máy, phôi, nguội, tôi (làm thành lưỡi dao).

Vì không có yếu tố nào là hơn hẳn trong các loại đặc tính, Buck Knives chọn những yếu tố cho phép đặc tính tối ưu với từng loại mục đích.

Ký hiệu thép

Ký hiệu sử dụng cho các loại thép và đặc tính của chúng thường từ cấu trúc kim bên trong kim loại. Vì thép được nung và làm nguội, cấu trúc bên trong này thay đổi. Các cấu trúc trong quá trình chuyển đổi này có tên như Austenite và Martensite. Martensite là cấu trúc rất rắn và có thể định hình nhờ làm lạnh đột ngột một số loại thép trong quá trình nhiệt luyện. Các thép cho phép tạo Martensite được gọi là thép martensite, và đây là loại thép được ưa chuộng nhất trong sản xuất dao kéo. S30V, BG-43, 154CM, 420HC và 420J2 là các loại thép martensite không rỉ.

Các hợp kim

Các đặc tính của thép còn thay đổi bởi một số thành phần phụ thêm vào trong quá trình nấu chảy. Các thành phần hợp kim quan trọng trong chế tạo dao được liệt kê dưới đây với mô tả ngắn gọn về ảnh hưởng của chúng tới đặc tính thép.

• Carbon – không phải thành phần hợp kim vì nó có trong thép carbon thường. Tuy nhiên, tăng lượng carbon làm thép cứng hơn.
• Chromium – cải thiện tính luyện cứng, chống trầy xước và gặm mòn. Nó là thành phần chính trong thép không rỉ martensite, và rất hay được sử dụng trong các ứng dụng thể thao.
• Molybdenum – tăng tính luyện cứng, độ chịu lực căng, chống gặm mòn, đặc biệt là rỗ.
• Nickel – tăng độ bền, tính luyện cứng và chống gặm mòn. Nickel là thành phần chính trong thép không rỉ austenite và thi thoảng được dùng cho dao lặn.
• Vanadium – tăng tính luyện cứng và cho hạt mịn. Cấu trúc hạt trong thép là một yếu tố quan trọng chống trầy xước và khả năng chịu lực. Thông thường, các cấu trúc hạt mịn là cái được hướng đến.

Các loại thép

Các nhà sản xuất thép theo những công thức chính xác để đảm bảo mỗi hợp kim riêng được chế tạo đạt được đúng các đặc tính mong muốn. Những công thức này được biết đến như các bản đặc tả, và chúng chỉ rõ hàm lượng mỗi hợp kim. Một công thức hợp kim hay loại, được gọi tên theo một con số quy ước. Ví dụ thép không rỉ martensite được đánh số như Loại 410, 420, và 425.

Các thép dùng làm dao

(Thông tin được giúp đỡ bởi Buck Knives) 

S30V – Được phát triển chủ yếu cho sản xuất dao kép bởi Crucible Steel, S30V chứa một hàm lượng carbon và vanadium cao hơn BG-42 một cách rõ rệt. Việc tăng carbon và vanadium giúp giữ được sắc cạnh cực tốt và chống trầy xước. S30V là thép cho dao tốt nhất hiện nay.

• Giữ sắc cạnh cực tốt
• Độ dẻo cải thiện
• Độ cứng tốt – khoảng lý tưởng Rc 59.5-61
• Chống gặm mòn tốt
• Lượng Carbon và Vanadium rất cao

Carbon	Chromium	Vanadium	Molybdenum
1.45%	14%	4%	2%

BG-42 – Hợp kim sở hữu bởi Timken Latrobe Steel, BG-42 là loại thép martensite không rỉ công năng cao được dùng trong hàng không. Vì độ chịu lực cao của nó và khả năng đạt độ cứng lớn (Rc 61-62), BG-42 rất phù hợp cho các lưỡi dùng với mục đích đặc biệt.

• Khả năng giữ sắc cạnh rất tốt
• Độ chịu lực cao
• Rockwell Rc 61-62
• Độ chống gặm mòn tương đối
• Chứa Vanadium, tăng tính luyện cứng, và cho cấu trúc hạt mịn.

Carbon	Silicon	Chromium	Molybdenum	Vanadium
1.15	.3	13.50 – 14.50	4.0	1.20

154CM – 154CM là loại thép carbon không rỉ có Molybdenum. Do 154CM cho phép giữ sắc cạnh tốt hợn các loại thép (không rỉ) thường, nó là một lựa chọn tốt cho các lưỡi cần dùng để cắt nhiều.

• Giữ sắc cạnh rất tốt
• Độ cứng Rockwell Rc 60-61
• Độ bền tốt khi được tôi kép
• Độ chống gặm mòn tương đối
• Rẻ hơn BG-42 và S30V

Carbon	Silicon	Chromium	Molybdenum
1.05	.35	13.50 – 14.00	4.0

420HC – Một phiên bản chứa nhiều carbon hơn là loại thép martensite không rỉ 420 chuẩn. Lượng carbon, kết hợp với lượng chrom cao, cho độ chống xước và giữ sắc cạnh tốt. Không thể nhầm lẫn loại này với thép không rỉ 420 chuẩn. 420HC, được nhiệt luyện theo quy trình sở hữu bởi Paul Bos, là loại thép tuyệt vời cho các dao với chức năng thông thường.

• Giữ sắc cạnh tốt
• Mài lại ổn
• Độ bền tốt
• Chống gặm mòn rất tốt
• Thép làm dao tiêu chuẩn

Carbon	Nickel	Silicon	Chromium	Manganese
.40 – .50	.50	.60	12.00 – 14.00	1.0

420J2 – Loại thép dùng cho mục đích thường với hàm lượng carbon thấp hơn. 420J2 có độ cứng tương đối, chống gặm mòn và dễ dàng mài lại. 420J2 phù hợp cho các lưỡi dao sử dụng ít tới trung bình trong các ứng dụng thường ngày.

• Dễ mài lại
• Độ cứng Rockwell Rc 56-58
• Thuận lợi cho sản xuất
• Chống gặm mòn tốt
• Dễ làm mịn, chi tiết

Carbon	Nickel	Silicon	Chromium	Manganese
.36 – .45	.60	.60	12.00 – 14.00	.80

17-7 PH – Loại thép không rỉ Chrommium/Nickel/Aluminum nhanh rắn. Hợp kim được sử dụng trong các ứng dụng chịu lực cao đòi hỏi chống gặm mòn bởi muối, nước. 17-7PH là một sự hài hòa giữa thép không rỉ martensite (có thể nhiệt luyện) và austenite (300 loại – không thể nhiệt luyện). Điều này có được từ hàm lượng cao của Chromium/Nickel/Aluminum.

• Giữ sắc cạnh tương đối
• Rất bền
• Chống gặm mòn cực tốt
• Độ cứng Rc 54-56

Carbon	Vanadium	Chromium	Molybdenum	Nickel	Aluminum
.07	–	17.0	–	7.0	1.25

Tóm tắt:

Loại thép	Độ giữ sắc cạnh	Dễ dàng mài lại	Chống gặm mòn
S30V	OOOO	OOO	OO
42BG	OOO	OO	OO
154CM	OOO	OO	OO
420HC	OO	OOO	OOO
420J2	OO	OOO	OO
17-7PH	O	OOOO	OOOO

• Tuyệt: OOOO
• Tốt: OOO
• Khá: OO
• Ổn: O

Một số thép làm dao khác

(thông tin được giúp đỡ bởi Cold Steel)

AUS-8 (còn gọi là 8A) (vài thông tin từ Cold Steel) – Từ “thép không rỉ” được hiểu không đúng, bởi vì, trên thực tế tất cả thép đều sẽ đổi màu nếu để trong môi trường bất lợi trong một thời gian đủ dài. Thép được làm cho “không rỉ” bằng việc thêm Chromium và giảm lượng Carbon trong quá trình nấu. Một số chuyên gia cho rằng có một mẹo rất hay với thép không rỉ: Khi tăng Chrome và giảm Carbon, thép sẽ trở nên “không rỉ”. Nhưng nó cũng trở nên càng khó để làm sắc, và khả năng giữ sắc cạnh tiềm tàng bị suy giảm trầm trọng. Chúng tôi đã tìm ra một sự kết hợp hài hòa giữa độ bền, chịu lực, khả năng giữ sắc cạnh và chống gặm mòn.

AST-34 – đẳng cấp cao của thép không rỉ, sử dụng trong hầu hết dao thủ công và các dao sản xuất công nghiệp. Đây là loại thép Nhật, sở hữu bởi Hitachi Steels. 145CM của Mỹ, phiên bản tương tự với ATS-34, là loại thép phổ biến bởi nhà sản xuất trứ danh Bob Loveless.

GIN-1 (còn gọi là G2) – Một loại thép giá rẻ khác, nhưng mềm dẻo hơn AUS-8.

CPM-T440V – đôi khi còn được chào hàng là “siêu thép”, nó tồn tại lâu hơn tất cả các loại thép không rỉ trên thị trường hiện nay. Tuy nhiên, nó khó mài (vì độ giữ sắc cạnh chưa từng thấy). Nhưng lợi thế là bạn không cần phải mài thường xuyên. CPM-T440V được sử dụng rộng rãi bởi các nhà làm dao và đang từ từ tìm được đường đến các nhà máy sản xuất dao công nghệ cao.

420J2 – (thông tin được giúp đỡ bởi Cold Steel) Do chứa lượng carbon thấp và chromium cao, loại thép này là sự lựa chọn tuyệt vời để làm các lưỡi dao bền, chịu sốc với độ chống gặm mòn tốt và khả năng giữ sắc cạnh tương đối. Nó là ứng viên lý tưởng cho lưỡi dao dùng trong nhiều điều kiện môi trường khác nhau, bao gồm cả nhiệt độ hay độ ẩm cao, gặm mòn vì muối trong các môi trường biển. Khả năng chống gặm mòn cực kỳ của nó nhờ lượng chrome cũng làm nó trở thành lựa chọn hoàn hảo cho lưỡi dao mang bên người hay trong bao mà ít hay không được bảo dưỡng.

San Mai III® (sản phẩm của Cold Steel) – San Mai có nghĩa là “ba lớp”. Đây là từ người Nhật dùng cho các lưỡi nhiều lá/tấm trong kiếm và dao găm. Việc tạo nhiều lá rất quan trọng vì nó cho phép nhiều loại thép có thể ghép thành một lưỡi. Một cách đơn giản để hình dung là như bánh kẹp thịt: Thịt ở giữa cứng, thép carbon cao và các miếng bánh ở hai bên là carbon thấp, là các lớp bên dai/bền. Cạnh của lưỡi phải cứng để nó có khả năng giữ sắc cạnh tốt nhất, nhưng nếu cả lưỡi đều cứng thì nó có thể bị hỏng trong những trận đấu. Để tăng tính bền, thân lưỡi dao phải có khả năng chịu va chạm và các ứng lực biên. Độ bền thường được gắn vưói “mềm” và “dẻo” của thép, vì vậy, thật ngạc nhiên, nếu một lưỡi được làm cho bền thì cạnh không thể đủ cứng để tạo độ giữ sắc cạnh. San Mai III tạo những lưỡi thép cứng (carbon cao), sắc và giữ sắc cạnh tốt, và bên cạnh là là thép bền (carbon thấp) và dẻo.

VG-1 Thép không rỉ (Sản phẩm của Cold Steel) – Các thử nghiệm vật lý về độ sắc, độ giữ sắc cạnh, chịu lực mũi, sốc và lực lưỡi tối đa cho thấy VGG-1 có khả năng giữ sắc cạnh tuyệt vời và vượt qua được các bài thử về chịu lực mũi và lưỡi. VG-1 cho khách hàng của Cold Steel một công năng vượt trội chưa từng thấy trong lưỡi thép không rỉ.

4116 Thép không rỉ Krupp (sản phẩm của Cold Steel) – 4116 là thép không rỉ hạt mịn tạo bởi ThyssenKrupp ở Đức và được dùng trong các ứng dụng vệ sinh (thiết bị y tế và công nghiệp dược) và quy trình thực phảm, nó trở thành siêu nguyên liệu cho chế tác dao bếp. Sự cân bằng giữa lượng carbon và chromium tạo thành độ chống gặm mòn cao, và các đặc điểm vật lý hấp dẫn như độ chịu lực và giữ sắc cạnh. Độ giữ sắc cạnh trong các thử nghiệm lưỡi về cắt/chặt vượt các thép không rỉ loại 420 và 440. Các thành phần hợp kim khác giúp tạo hạt mịn, tăng khả năng chịu lực của lưỡi, đồ bền sắc cạnh và cũng cho phép lưỡi sắc và nhỏ hơn.

1055 Thép carbon (Sản phẩm của Cold Steel) – Thép 1055 nằm giữa thép với lượng carbon trung bình và thép carbon cao, với lượng carbon khoảng 0.50%-0.60% và mangan khoảng 0.60%-0.90% là thành phần hợp kim duy nhất. Lượng carbon và ít hợp kim làm cho nó dễ đúc và với độ cứng sau khi nguội khoảng Rc 60-64 tùy vào lượng carbon. Sự kết hợp cả các nhân tố này tạo nên loại thép bền nhất, vì, khi làm nguội, nó tạo ra gần như bão hòa martensite với lượng cacbua cho phép, không dư các thành phần carbon cao, giòn. Loại thép này đặc biệt phù hợp với các ứng dụng mà yêu cầu quan trọng nhất là độ chịu lực và chống va chạm, và nó tạo những lưỡi cực bền.

SK-5 Thép carbon cao (sản phẩm của Cold Steel) – SK-5 là loại thép carbon cao của Nhật, tương đương với 1080 của Mỹ, với lượng carbon khoảng 0.75%-0.85% và mangan khoảng 0.60%-0.90%. Khi nguội, nó có độ cứng gần Rc 65 và tạo hỗn hợp martensite giàu carbon và lượng nhỏ carbua không phân hủy. Lượng carbua dư làm tăng độ chống trầy xước và thép có sự cân bằng lý tưởng của lưỡi rất bền và khả năng giữ sắc cạnh tốt. Vì những đặc điểm đó, loại thép này được sử dụng từ lâu trong rất nhiều dụng cụ cầm tay bao gồm đục, cưa gỗ, và vượt được qua các thử thách về thời gian và sử dụng trong nhiều năm và ở nhiều nước.