如果用航母甲板的钢材做把刀,能不能做到削铁如泥呢?

首先,“削铁如泥”是一个夸张化形容词,所形容的程度非常意象化,并非一个可以确切比较的值,但若真的以航母甲板钢打造一把刀,其绝对说不上特别锋利。

而在加工中心或数控车床上,硬质合金刀具可以用来加工零件,这个过程也是类似削铁如泥般,这里的过程就是金属对金属,而硬质合金刀具采用的材料是碳化钨,这是世界上最硬的合金材料,但不是最硬的材料。

除去硬度和耐磨、耐腐蚀、韧性这样大家都了解的性质,边缘保留这项性质也非常重要,该词描述的是刀锋保持锋利的时间,本质上是耐磨与抵抗变形的组合。

国内“钨系”通用型高速工具钢W18cr4v(钨18铬4钒)的化学成分表,可以与上面的HSLA-100钢对比一下,高速钢完全是高碳高合金钢!

以前印度的巴贾杰公司曾经购买过“维克兰特”航母,拆下来以后回去融掉,然后就做了摩托车,一经推出就大受欢迎,这款车的外形设计复古,有流线的仪表盘罩,巨大的方形车灯,最酷的是上面还有一个特殊的海军徽章,“用不可战胜的金属来制造”的摩托车大受欢迎,据说质量很好,一次性可载58人。

众所周知“削铁如泥”只是过去用来形容刀剑锋利程度的一个形容词,真正的刀剑在锋利程度上离削铁如泥相去甚远。

而航母甲板用钢,用的虽然也是高强度合金钢,但是成份不同,因为航母甲板钢材比如福特号航母上所采用的HSLA115,其高强度主要是指屈服强度,材料特性主要为追求低成本、易焊接。而车刀工具则不同,它不要求低成本,而是要求高强度、耐磨损。

而之所以金门菜刀远近闻名,主要在于人家用对了材料,使用的是炮弹壳进行打造。比较意外的是,炮弹壳打造出来的菜刀竟然真的能够达到人们想要的效果。也就是说制造炮弹的钢材,正好能够打造锋利的菜刀。

结论

相对于刀具钢,航母钢所并不追求极致的耐磨与硬度,因为要承受数十吨重舰载机的起飞与降落,航母甲板需要及其高的屈服强度,以对抗舰载机带来的巨大冲击,我们常见的工具钢Q235屈服强度为235Mpa,而福特级甲板所用的HSLA115已经达到了705Mpa。

“屈服强度”指的是在遭受一定程度撞击后,能够进行自我修复的能力。国际社会普遍拿“MPA”这个单位来表示屈服强度高低。目前来看,民用船只的钢材屈服强度为250MPA上下,军用船只的钢材则能达到300MPA以上,其中,航母和核潜艇所使用的特种钢要求更高。美军“福特”级航母上使用的HSLA 115钢材已经放弃了传统堆砌镍铬等元素的方式,转而对HSLA 100钢材进行热处理,基于此,HSLA 115钢材的屈服强度794MPA,这种钢材不仅降低了成本,同时也减轻了航母本身的重量(仅舰岛部分就减重一二百吨,整体减重4百吨),航母重心降低,更加有利于提高其本身的机动性和稳定性。从以上情况来看,制造航母所用的特种钢充分考虑了各种因素,抛开美军上世纪80年代以后的制作工艺不谈,大多数制造航母的特种钢普遍为中碳钨镍铝稀土合金钢(之所以用中碳钢主要是为了大范围焊接)。

打造宝刀所用的钢材

虽然他们在航母上可以发挥自己的作用,但是未必可以在烹饪界有所建树,我家里有钢刀有铁刀,但是一把铁刀已经用了十几年,几年磨一次刀还很锋利,钢刀却换了一茬又一茬,所以未必钢刀就好,而航母的钢材就更加不是做菜刀的好材料了。

屈服强度越高能承受的冲击力就越大,航母的甲板需要承受舰载机十几吨重量的敲击,因此屈服强度是最重要的指标,但是这种钢材未必适合制作刀剑,即便是在古代夹钢工艺中也只适合制作刀刃,必须要有材料能保证刀剑芯部结构安全。如果是采用航母甲板钢材制作的刀刃,强度和锋利程度确实会很高,砍断一般的低碳铁是没有问题的,但是像电影里一样“削铁如泥”还是不太现实。

而甲板钢最重要的一个指标就是必须承受舰载机几十吨机体以200千米/小时以上速度着舰冲击,这就必须让其具备良好的屈服强度。而屈服强度其实并不是我们寻常意义上的强度,它更接近韧性这个概念,也就是钢板在面对外界冲击后产生一定的形变后能够自我回复,而不使内部结构遭受不可逆转破坏的性能。普通轮船甲板钢的屈服强度在200MPA左右,而航母甲板钢的屈服强度则普遍在450MPA以上,一般选择在钢材中添加稀土元素以及铝元素提高屈服强度。
(舰载机拦阻着舰)

航空母舰甲板需要承受巨大的冲击力、高盐湿度,这就意味着航空母舰甲板不能使用普通的钢材。目前航空母舰甲板所使用的钢材均是合金钢材,这种钢材相比较普通钢材具有更强的抗冲击性、抗腐蚀性、低磁性等性能。当然研制开发这种钢材所需要的原材料以及制作工艺也是极为苛刻,合理的金属元素配比方案、冶金时控制的温度以及后来的焊接工作等等,这些都是限制很多国家研制这种特种合金钢的大门槛。

懂“力学”的都知道,钢材的性能指标分为最基本的硬度和韧性,钢的韧性比铁好因此适合用来作各种刀具,但是韧性好的钢强度不够,制成刀刃容易砍出豁口,所以古代刀匠采用夹钢工艺,刀剑剑身的芯部采用低碳钢保持剑身的韧性,而刀剑的刀刃则采用高碳钢保证强度。很明显削铁如泥的刀剑不是一种钢材制成的,航母的甲板使用的钢材固然属于上品,但却未必能满刀剑的需要。

现代工业加工机床使用的切削刀具普遍使用:高速工具钢和和硬质合金做为“刀头”,唯有比加工材质更坚硬才能进行切削,否则根本切不下要加工的材料。

炮战后金合利钢刀店老板吴君乃搜购岛内的废弃弹头,将其用于锻造刀具。由于弹头的钢铁质量极佳,以之打制出来的菜刀也特别锋利、耐用,刚中带韧的特性,即使切割硬物也不易变形,使金门菜刀在台湾岛内远近驰名。

在刀具钢中,也有真正字面意思上“削铁如泥”的钢材,比较有代表性的就是CPM M4高速钢高剂量的钼,钒和钨以及相当高水平的碳,其中添加了高剂量的钼,钒和钨以及相当高水平的碳,使其拥有非凡的耐磨性与韧性水平,成为如今市面是最好的切割钢之一,其打造的刀具主要用于机床。

其实航母上的钢铁分很多种,不同部位需要不同的钢铁,有的地方需要耐腐蚀,有的地方需要耐高温,但最重要的一点,就是航母上的钢材都需要有一定的屈服度和抗拉性,而不是硬度,硬住太高不结实,容易崩,而硬度是判断一把刀好不好用的标准之一,如果你用航母上的刀剁骨头,估计两下就能把刀给剁两半。

一把好的刀并非将这些性质最大化,而是根据自身用途,有机地平衡这些性质,以达到领域内的最佳。若是一把刀的硬度非常高,但缺乏韧性,那么它就容易断裂,不适宜切割硬质材料;相对的,一把刀的韧性极佳,但缺乏硬度,那它就会变得非常难以打磨,也无法用以切割。

而古代刀剑所要求的特性也不一样,其要求的是能兼顾韧性和高强度,虽然在极端性能上是不如车刀的,但是韧性则要比车刀强很多,也就是说无论是航母甲板钢还是车刀或者传统刀具,它们所要求的材料特性都是各不相同的。

不过在现代刀具中,到确实有一类刀具具有削铁如泥的特性,那就是现代车床刀具。

▲作为专业加工各种材料的车刀,能称的上“削铁如泥”的恐怕也只有它了,而车刀的种类繁多,根据硬度大小可分为金刚石刀具、立方氮化硼刀具、陶瓷刀具、硬质合金钢刀具、高速钢刀具等几种。

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作为当今世界上航空母舰最为先进的国家美国,其研制的航空母舰所使用的钢材具有很强的屈服强度,美国尼米兹级核动力航空母舰甲板所使用钢材是HSLA-80,这种钢材具有很高的强度以及韧性,能够承受约700MPa的冲击力,也就是大约每平方厘米的甲板上能够承受7吨的冲击,这有利于保障舰载机的起飞和降落时的安全。而美国最新一级“福特级”核动力航空母舰所采用的钢材则更为先进,为HSLA-115,是一种含碳量更低、合金含量更高的特种钢,是美国最新一级航空母舰以及核潜艇所使用的钢材,这种钢材最大屈服强度可以高达800MPa,也就是每平方厘米的甲板要承受8吨的冲击。所以来说,航空母舰甲板所使用的钢材并不是普通国家能够研制出来的,这也成为很多国家难以制造出大型舰艇的重要原因。

(图为大马士革钢,大马士革钢以其独特的花纹闻名)

(疑似制作航母甲板的车间)

对比特种钢与打造宝刀所用的钢材,我们会发现,两者各有用途。特种钢虽然性能全面,难度系数也很高(只有少数国家掌握),但它毕竟不是“万能钢”,一句话,你能用实木家具所采用的木材来烧火吗?特种钢做刀成本高不说,其性能未必就能比得上普通合金钢。

知道了甲板钢的大致成分,那我们再来了解一下一把削铁如泥的钢刀(简称宝刀)对钢材的要求?要提高刀刃强度,选择强度最高的高碳钢混合加入锰元素是最好的搭配,如果要将刀刃的锋利程度增加,适当再添加一些改变钢材性能的稀土元素是为最好,要保证削铁如泥的宝刀质量,再掺入一定量的铬元素就完美了。

(这个算削铁如泥吗?)

对于一把刀来说,选用的钢材有几个重要标杆:硬度、韧性、耐磨性、边缘保留、耐腐蚀性。

与特种钢不一样,打造宝刀最重要的因素就是材料必须刚硬,因此,高碳钢(>0.6%)无疑是最佳选择,同时,在高碳钢里添加锰就更加符合要求了。为了保持刀刃锋利,造刀时还可以添加一些特殊的稀土元素,如此宝刀可成。从这些方面考虑,打造宝刀用的钢材为高碳锰合金钢。

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削铁如泥是武侠小说里的场景,现实世界中的削铁如泥有几种情况,这就是坦克火炮发射的脱壳稳定尾翼穿甲弹打击均质钢板的时候,轰隆一声钢板就被击穿了。还有大功率激光切割钢板,就看到火花四射,钢板就被割开了,另外使用水刀切割材料也是类似削铁如泥般。


图片里HY-100钢就是目前“弗吉尼亚级”核潜艇耐压壳体的钢牌号;HSLA-100就是“福特级”航母的用钢,从化学成分表来看这俩钢牌号都是低碳低合金高强度钢,但是它们根本不适合做成“高速工具钢”使用。

同时,航母用钢那么贵,用来做一把菜刀岂不是暴殄天物!

(钻头一类刀具使用的工具钢需要超高的耐磨性)

而现代铸造工艺很复杂,像什么热处理、真空自耗、电渣重熔、粉末冶金之类,非常复杂,所以光拿一块航母甲板钢就想造出“削铁如泥”的宝刀……很难!

航空母舰甲板所使用的钢材属于特级钢,如果将其制成刀,那么就有点显得大材小用了。当今世界上只有美国、俄罗斯、中国和英国四国有能力研制这种航空母舰专用钢材。

这得看我们怎么理解削铁如泥这个概念了,如果只是用来切切平常的细铁丝,用航母甲板钢做成的刀具还是没有任何问题的(家里普通的菜刀其实也能够做到),但是要拿刀切铁块,这就属于强人所难了。实际上航母用钢并不是做刀具的最好材料,因为与刀具所要求的设计性能以及内部成分相比二者千差万别,所以千万别想当然的认为,只要用军工材料来制造民用产品就一定是最佳的选择。如果有这样想法的小伙伴,我推荐可以去考虑购买印度“维克兰特号”航母拆解钢板制作而成的开挂摩托。
(印度“巴贾杰”摩托车,使用退役航母钢回炉重铸)

这真是一个有意思的问题,能削铁如泥的刀,绝对是一把好刀,越王勾践的都几千年过去了,还能寒光闪闪的削铁如泥,绝对是一把旷古绝今的宝器。

而根据我国车刀工具牌号来看,硬质合金钢刀具削铁是完全没有问题的(由于不懂机床,如果有错误的话还望大家谅解)

▲图表中红色为常用刀具,其中Y-硬质合金、G-钴(其后数据表示含量)、X-细精粒合金、T-碳化钛(其后数字表示含量)、A-含TaC(NbC)的钨钴类合金、W-通用合金、N-以镍、钼作粘结剂的合金。

高速钢要想切削金属,在冶炼过程中必须要加入钨、钼、钒…等高密度金属进行合金化,只有加入这些有色金属高速钢才会变得坚硬、有韧性,在高速切削过程中耐摩擦高温,这里面钨是世界上最难溶的金属之一,需要3400℃的高温才能让它熔化,所以它的耐高温性能非常好,适合高速旋转状态下切削金属而不至于较短时间内刀头红热。

说实话难;

所以说拿航空母舰的甲板材料做刀是没有优势的,之前俄罗斯库兹涅佐夫号航空母舰的甲板就被浮动船坞的吊车砸出了破洞,这种钢材做刀具根本就无法做到削铁如泥,被硬质合金刀具来削是真的。

航母用钢和高速钢是两种相差“十万八千里”的钢铁材料,它们之间根本不能互用,航母用钢就是做成一般老百姓用的菜刀都不行,就是太软了,别说砍排骨,就是切肉用不了三五斤刃口就堆了。
而制造这些漂亮的工艺刀的钢材有都是含碳量含有色金属高的9cr18Mo刀具专用钢制造的,美军M9军刺也是使用了这种钢材。
而这个纹理漂亮的大马士革纹工艺刀的材质是1080钢+15N20或者1095钢+15N20钢叠锻而成,1080钢就是钢丝绳用钢、1095钢就是我们日常用的板锉用钢,最早的美军M7军刺用材。这两种含碳都很高,所以它才坚硬。

再一个还有加工工艺的问题,传统刀剑或者车刀之所以能做到削铁如泥,并不是单靠材料,还要有好的加工工艺。

▲过去我们总强调铸剑大师才能铸好剑,而这些大师靠的其实就是独到的铸造工艺,不然材料一样就可以铸好剑的话,大家都能造了。

相信大多数人都应该听过金门菜刀,八二三炮战中我国军队大概向金门发射超过100万枚炮弹。

而航母用钢里面根本没有钨,并且碳也很低硬度不够,而且航母用钢弹性是很高的根本不适合制造成用做金属切削的材料。
图片上的文字很模糊,它也是一种“钨系”
高速钢叫做:W6Mo5cr4v2(钨6钼5铬4钒2)那么这种高速钢是做什么的?它是制造切割锯条、锯片用的,就是将很大一块金属材料切成小块的那种锯条锯片。

航母甲板是舰载机的起降平台,在拦阻起降状态下舰载机狠狠砸在甲板上,因此航母甲板钢材需要极高的韧性、屈服强度抵挡舰载机起降的冲击力,而且还要有耐高温性能承受舰载尾焰的高温灼烧,这显然和刀剑的要求有很大出入。根据网络上的消息,福特级航母的甲板使用了HSLA-100钢的升级版新型HSLA-115钢,这种钢材的屈服强度为795Mpa,而常见的Q235钢的屈服强度也才235Mpa,后者已经是很常用的工程材料了!

(福特级航母首块钢板切割仪式)

所以这两种是完全不一样的材料,成份完全不同!

人类冶铁工艺已经有2000年的历史了,到了现代对于钢的研究已经进入到了分子化水平,可以随心所欲的研制出来新型钢材,并且钢材的用途划分的非常细致,基本上类别划分出来的钢种不能用在其它方面…所以航母用钢还是老老实实的建造航母或者其它建筑用、结构件用方面为好!

而像CPM S90V、CMP S100V这样主要用于打造我们印象里的那种“刀”(并非机床上那种)的钢材,都具有一个同样的特性:高含碳量。90V与其表亲100V之所以从如此多高碳钢中脱颖而出,成为性能非凡的刀片钢,还要归功于大量的钒令其耐磨性达到“变态级”,不过向钢材中添加钒会显著增加其成本,显然,成本也是钢材权衡的一部分。

对比甲板钢和宝刀的材料,我们发现两者虽然成分上有些许相似,但是总体上却完全是两个门派,一个是中碳钨镍铝稀土合金钢,一个是高碳锰合金钢,甲板钢韧性有余而强度不足,宝刀则强度超高但其他性能略弱。使用甲板钢去制造刀具,如果只是普通的切瓜砍菜肯定没有丝毫问题,如果不担心卷刃,那么去砍断细铁丝也不在话下,但是要做到削铁如泥,甲板钢还是那句话:臣妾做不到啊!
(福特级航母下水)

咋也不懂钢,咋也不懂刀,但咋知道航母甲板是什么材料,而做刀什么的又需要什么材料,是怎样一个过程,基于这种初步了解,我想还是能够勉强并且简单的给大家讲清楚航母甲板上的钢材不适合做到刀,同时更做不到削铁如泥。

而航母甲板上使用的钢材为高碳高合金钢,这种钢最大的特性就是硬度特高。试问这种情况下,通过什么方式来加工航母用钢呢?更何况做刀具不能用硬度太高的钢,只要含碳量20~45做碳钢就可以,最好是将它们打成薄薄的一条嵌在A3钢中作为刀刃口使用淬火后又好磨又开锋。

另外,各国舰载机普遍比较重,以美制“大黄蜂”舰载机为例,它自身空重约14吨,最大起飞重量将近30吨,当它以200km/h的速度着舰时,航母甲板必然会受到猛烈冲击。这种情况下,我们不仅需要考虑特种钢的强度,也应该兼顾其韧性,因此也就有了“屈服强度”这个概念。

HSLA字面意思就是高强度低合金钢,是英文High Strength Low Alloys的缩写,这一系列钢材在熔融时加入了稀有金属,以获得极高的强度,由于不进行热处理,该种钢材的含碳量非常低,用于制作刀具是会具有一定的强度、韧性与耐腐蚀性,但在边缘保留与耐磨上会有显著缺陷,并非顶级的刀具用钢。

首先我们来分析一下特种钢为啥需要具备上述特性,在此,我们完全可以拿航母特种钢来举例。航母出海动辄数月,多则几年,在这期间,船体一直在水中浸泡,而海水又盐分极高,因此,特种钢必须耐腐蚀,航母甲板材料里面添加铬就是为了提高特种钢的耐腐蚀性。与此同时,战机在航母甲板上起飞和降落,其尾焰温度更是高达1500℃,这种情况下,特种钢不仅需要做到耐高温,同时还要抗氧化,为了达到这一目的,各国军方通常在制造材料里面添加镍、钒、铌等元素。

那么,既然制造炮弹的钢材都能打造一把锋利的菜刀,为何题目中说到的航母甲板的钢材不能呢?事实上,这完全就是两个概念!要知道,制造炮弹的钢材不能使用在建造航母甲板上,而同理制作航母甲板的钢材当然也不能用来制造炮弹。更何况航母甲板在制造时,首先要考虑的是硬度和耐高温,而制作一把菜刀选用的钢材应该是那种既有柔韧性有能够适宜加工。

航母甲板钢因为使用环境严峻且苛刻,从整体上来说,加工难度大,工艺复杂,目前全世界能够批量生产航母甲板钢的国家只有五常加上日本、印度算半个。首先航母甲板钢必须在高温高湿高盐的环境下使用,因此必须具备较好的耐腐蚀性能,所以甲板钢内一般加入少量的铬元素以提高抗海水腐蚀性能。其次甲板钢面对战斗机尾焰1500℃以上的高温烧灼时也必须具备强大的稳定性,因此甲板钢内还会添加一些镍、钒、铌元素,提高甲板钢的高温抗氧化性能。
(舰载机起飞喷射尾焰)

航空母舰的舰体材料不是在硬度上有优势,作为钢材是有一个屈服强度的指标,譬如普通的Q235,而其中的235就是屈服强度的数值。航空母舰等舰船的钢材是在屈服强度上有优势,在硬度上就没有优势了。

钢在本质上其实就是碳铁合金,所以除了以上几种金属和稀土元素,甲板钢中最不容忽视的还有碳含量,钢材一般分为高碳钢(>0.6%)、中碳钢(0.25%—0.6%)、低碳钢(≤ 0.25%)三种。碳含量越高,钢材的强度也会随之增加,韧性和可塑性则会随之减少。甲板钢当然不是越硬越好,屈服韧性才是关键,更重要的是,甲板钢往往有几万平米的宽大面积,它们都是用几十米长的轧制钢板一块块焊接而成,因此必须具备良好的可塑焊接性,所以甲板钢一般不是软软的低碳钢,也不是脆硬的高碳钢,而是焊接性能良好且强度适中的中碳钢。
(美国福特级航母甲板钢切割)

特种钢普遍用于军工行业,大型水面舰艇(包括航母)以及核潜艇更是离不开特种钢,这么珍贵的东西又怎能随便用来做刀呢?即便做出来,它也根本不可能做到削铁如泥,费了大功夫,却啥也干不了,谁也不会做这种傻事。那么,用特种钢做出来的刀为什么不能削铁如泥呢?归根结底,还是因为特种钢的性质不满足制刀材料的要求。无论特种钢技术能够达到何种地步,它最起码需要具备一定程度的耐腐蚀、高韧性以及抗氧化等特性,而要想做到削铁如泥,刀身必须刚硬,同时刀刃还要尽可能锋利。很显然,制造特种钢的材料不满足制造宝刀的要求。下面我们来具体分析。

特种钢特性

当然即使航空母舰甲板钢材再强硬,使用期限太长,遇到巨大的冲击,也很难保证其不会出现意外。就像去年俄罗斯库兹涅佐夫号航空母舰那样,由于浮船坞下沉导致起重机坍塌,直接砸向了航空母舰的甲板之上,最终该航空母舰甲板被砸出一个大窟窿。所以说,航空母舰甲板虽硬,但是其主要工作就是服务于舰载机的起降工作。

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