Stal węglowa kontra stal nierdzewna

15-10-2019

     W ostatnim wpisie poruszaliśmy temat roli poszczególnych pierwiastków w stalach. Zainteresowanych odsyłamy do linku.

     Dzisiaj zajmiemy się porównaniem dwóch najistotniejszych w produkcji japońskich noży gatunków stali, a mianowicie: stali węglowej i stali nierdzewnej.

Jak już wiecie z poprzedniego wpisu, definicja stali, stanowi, iż „stal jest to stop żelaza z węglem.

     Z zawartością węgla do 2,11%, przerobiona plastycznie”. Jest ona bardzo ogólna i opisuje wszystkie stopy, które możemy nazywać stalą. Nie skupia się na właściwościach poszczególnych gatunków, które różnić się mogą między sobą diametralnie.

     Istnieją różne kryteria według których możemy rozróżniać stal, między innymi według: składu chemicznego, zastosowania, jakości, sposobu wytwarzania, itp. Jednakże najbardziej podstawowym i przystępnym  sposobem rozróżniania stopów żelaza jest ich kategoryzacja według składu chemicznego. Dzięki niej możemy wyróżnić: stal niestopową (węglową) i stal stopową (nie biorąc pod uwagę żeliw).

Stal węglowa (niestopowa)

     Pod względem składu jest to stal, w której ilość dodatków stopowych nie przekracza stężenia granicznego (Tabela 1). Warto jednak pamiętać, że wartość graniczna nie zawsze jest „sztywna” i kwalifikacja stali może być niejednoznaczna, dodatkową trudnością jest różnica w sposobie kwalifikacji między normami europejskimi a japońskimi oraz różnice w oznaczeniach handlowych.

Pierwiastek chemiczny

Stężenie graniczne masowe [%]
Chrom 0,3
Molibden 0,08
Wanad 0,1
Wolfram 0,3
Kobalt 0,3
Mangan 1,65
Krzem 0,6

Tabela 1. Przykładowe zawartości graniczne pierwiastków wg. [1] (omawianych w naszym poprzednim artykule) w stalach (oczywiście siarki i fosforu powinno być jak najmniej J).

     Dominujący wpływ na właściwości stali węglowych ma węgiel. Wraz ze zwiększaniem się zawartości tego pierwiastka w stali zwiększają się właściwości wytrzymałościowe (twardość, wytrzymałość na rozciąganie, granica plastyczności itp.), a maleją właściwości plastyczne (m.in. wydłużenie i przewężenie). Wynika to ze zmniejszania się miękkiej fazy stali – ferrytu, a zwiększania się ilości cementytu. Wyróżniamy stal niskowęglową (poniżej 0,25% C), średnio węglową (0,25 % - 0,6 % C) oraz wysoko węglową (powyżej 0,6% C). Pomimo, że w stalach tych dodatek pierwiastków  stopowych jest niewielki, to w ograniczonym stopniu mają one wpływ na ich właściwości. Ponadto w podziale stali węglowej duży nacisk kładzie się na ich jakość, ze względu na zawartość fosforu i siarki. Według tego kryterium wyróżnia się:

  • Stale zwykłej jakości z fosforem i siarką na poziomie 0,1 %
  • Stale wyższej jakości z fosforem i siarką na poziomie 0,07%
  • Stale najwyższej jakości z fosforem i siarką na poziomie 0,03%

     Warto podkreślić, że wszystkie noże ze stali węglowej przez nas oferowane mają ilość zanieczyszczeń ograniczoną do minimum i należą do stali wyższej oraz najwyższej jakości.

     Typowym przedstawicielem stali węglowych wykorzystywanych do produkcji noży są stale narzędziowe. Stale te są stalami wysokowęglowymi, które są hartowane i nisko odpuszczane, świetnie nadają się do pracy w temperaturze pokojowej. Stal węglowa narzędziowa znajduje zastosowanie jako: narzędzia do cięcia i obróbki najróżniejszych materiałów (nie tylko noże J, np. piły, wiertła, sprężyny itp.).

Stale węglowe wykorzystywane do produkcji noży charakteryzują się:

+ wysoką twardością,

+ łatwość ostrzenia,

+ duża agresja cięcia,

+ odpornością na ścieranie (a więc bardzo długim czasem trzymania ostrości),

+ odpornością na zużycie,

+ przy odpowiedniej obróbce cieplnej zachowują wysoką twardość powierzchni przy znacznej ciągliwości rdzenia, co gwarantuje odpowiednią odporność na pękanie,

+ noże z tej stali mają zwykle niższą cenę ze względu na nieskomplikowany (ale skuteczny!) skład chemiczny oraz łatwość obróbki ,

Ale:

- przy nieodpowiedniej konserwacji rdzewieją,

- mogą się pokrywać patyną, która nie dla wszystkich jest estetyczna (jednakże może chronić przed korozją wgłębną),

     Przedstawicielami japońskich stali węglowych wykorzystywanych w produkcji noży są: Aogami i Super Aogami, SK 5 i Shirogami.

Stal nierdzewna

     Stal nierdzewna (a właściwie odporna na korozję) to stal stopowa, która ma być odporna przede wszystkim na korozję chemiczną w tym na utlenianie w atmosferze powietrza, wody i pary wodnej, w niskiej i podwyższonej temperaturze, ale również w środowisku rozcieńczonych kwasów i soli, ropy naftowej i jej pochodnych, alkoholi i olejów, ale również substancji spożywczych. A więc noże z niej wykonane świetnie nadają się do codziennego stosowania. Ze względu na skład chemiczny stale odporne na korozję dzielimy na:

  • Wysokochromowe,
  • Chromowo-niklowe,
  • Chromowo-niklowo-manganowe.

     Wszystkie noże przez nas oferowane należą do grupy stali nierdzewnych wysokochromowych. Chrom, jako podstawowy dodatek w stalach odpornych na korozję (powyżej 10%, im więcej chromu tym nóż jest bardziej odporny na działanie agresywnego środowiska) jest odpowiedzialny za ich zwiększoną pasywację (pokrywanie się metali odporną na korozję warstwą tlenków). Jednakże na tym jego pozytywny wpływ się nie kończy. Pierwiastek ten dzięki tendencji do tworzenia węglików zwiększa również twardość, odporność na ścieranie i zużycie. W stalach nierdzewnych często wykorzystywane są również inne pierwiastki węglikotwórcze, które mogą poprawić ich właściwości (głównie wytrzymałościowe, ale nie tylko) w jeszcze większym stopniu.

Stale odporne na korozję posiadają szereg zalet:

+ niezwykła twardość,

+ odporność na zużycie,

+ odporność na ścieranie,

+ zwykle długie trzymanie ostrości,

+ nie wymaga szczególnej konserwacji tak jak noże węglowe,

+ zwykle jest łatwa w ostrzeniu,

Ale:

- zazwyczaj noże ze stali nierdzewnej są droższe niż noże ze stali węglowej, ze względu na trudniejszy proces ich obróbki.

Typowymi gatunkami stali nierdzewnej wykorzystywanej na noże są stale (według półki cenowej, wartość podanych stali oprócz składu zależy również od sposobu obróbki):

  • Najtańsza: stal 420 i wanadowo-molibdenowa
  • Średnia: VG-5 ,VG-10 i Gingami
  • Najdroższa: R2S/G2 i ZDP – 189

Podsumowując: Oba typy stali posiadają swoje wady i zalety. Oba gatunki są charakteryzowane wysoką twardością i odpornością na zużycie. Stal węglowa wymaga jednak więcej uwagi od użytkownika, ponieważ niezbędna jest odpowiednia konserwacja i zabezpieczenie noża po użyciu (niektórzy jednak traktują to jako swego typu rytuał i uważają to za główną zaletę noży), rekompensuje to jednak swoją przeważnie niższą ceną. Noże ze stali nierdzewnej są mniej problematyczne pod względem pielęgnacji.

 

Źródła:

[1] Blicharski M., Wstęp do Inżynierii Materiałowej, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa, 2001 r.

[2] Dobrzański  L.A.,  Materiały inżynierskie i projektowanie materiałowe – Podstawy nauki o materiałach i metaloznastwo, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa, 2006 r.

[3] Przybyłowicz K.,  Metaloznastwo, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa, 1999 r.

[4] Pacyna J., Metaloznastwo – wybrane zagadnienia, Wydawnictwo AGH, Kraków, 2005 r.