关于刀具报道通常集中在一把令人兴奋的手工刀上，而刀刃钢只起了很小的作用。今天情况正好相反，一切都围绕着一个问题，即刀片钢的性能会因添加少量氮气而改变。自从引入含氮的MagnaCut刀具钢以来，人们越来越关注氮是否以及如何提高刀具钢的性能。如今，钢铁技术和刀迷们的钱物有所值。它很详细，但它不会变得无聊，尽管有一点化学和物理作用。有时，对“氮作为合金元素”这一主题的研究甚至会呈现出出乎意料的奇特特征，德国德鲁斯公司独家生产的Nitro-B钢就是一个典型例子。
▲氮在刀具合金元素的独特作用几乎被刀迷们忽视
尿素是农业上很常见的氮肥，氮肥主要促使农作物生长茂盛，生长速度更快，让植物的枝叶生长更加茂盛，叶色浓绿；使植物中的蛋白质含量增加，这样人们食用的营养价值也会得到提升；除此之外，还可以大大的提高农作物的产量，改善农产品质量
氮是一种化学元素，序号为7，元素符号为N，相比之下，英语中的“氮（Nitrogen）”一词似乎更具军事意义，因为它植根于这样一个事实，即氮分子可以通过缺氧窒息生命或火灾。
农业营养元素
在元素周期表中，氮排在较轻元素碳和重氧之间的第七位。分子氮（N2）是一种无色、不易燃的气体，其体积份额为78.09%，是空气的主要成分。氮对植物通过光合作用生产蛋白质至关重要。因此，氮被用作植物肥料（如牛粪、鸟粪、化肥）。顺便说一句：根据维基百科，生物圈中每三分之一的氮原子已经被化肥行业处理过一次。
氮气是一种惰性气体，因此无毒。作为推进剂或奶油搅打气体，它被批准为食品添加剂，在欧洲识别号为E 941。出于安全考虑，飞机\汽车轮胎充满氮气而不是呼吸的空气；因为缺氧降低了制动器穿孔或过热后发生火灾的风险。
最近，随着新型超级钢MagnaCut的推出，氮气才成为普通“刀迷”关注的焦点。钢铁发明家拉林·托马斯（Larrin Thomas）博士在他的MagnaCut钢中只添加了0.2%的氮，乍一看，这似乎是一个微不足道的数量。事实上，即使是少量的氮也会显著改变成品钢的性能。
听起来像现代工艺技术的东西实际上是一顶旧帽子。钢合金中氮部分取代碳的研究已经在一百多年前进行了。最初，起点不是向钢熔体中引入氮气，而是铁合金表面的硬化。
早在1908年，美国科学家阿道夫·马赫莱特（Adolph Machlet）就为使用氨的气体氮化工艺申请了专利。在氮化过程中，钢熔体被加热到大约500℃，并在更长的时间内暴露在富含氮的气体中，通常是氨（NH）。结果，氮扩散到金属表面，在钢熔体软芯上方形成硬表面。
氮可以成为刀具合金元素
美国通过德国克虏伯公司的专利申请，氮作为合金元素的历史可以追溯到1923年。三年后，有一位冶金专家发表了《氮对铬和一些铁铬合金的影响》一文。
该文评论：几十年前，AISI 440C不锈钢是市场上最好的刀具钢之一，与一些工具钢并列。此外，这种钢材价格低廉，在全世界都能买到。AISI 440C的特点是耐腐蚀性高，易于操作，无需太多努力就可以抛光到镜面光泽，符合当时的大众口味。440C不锈钢的缺点是其韧性和切削稳定性值适中，这就是为什么该不锈钢在千禧年之交前不久在高质量刀具领域出现了第一批粉末冶金刀具钢，从而被淘汰的原因。
自20世纪30年代以来，钢铁工程师们一直在寻找通过添加钒和钨来修整具有高铬含量的耐腐蚀钢的方法，以获得更高的耐磨性和更高的硬度，即切削稳定性。硬度和切削稳定性逐渐提高，但随着硬度的增加，钢变得更脆，更容易出现裂纹和断裂。很快就清楚了，仅仅铬、锰、钨、钒和钼不会取得任何进展。
必须找到新的想法，并使用从氮化中获得的见解。科学家们认为，如果表面可以用氮气硬化，“在某些情况下，这种元素甚至可以提高整个钢合金的硬度。”
氮原子和晶体结构
金属的一个典型特征是原子结构的晶体结构。吸引力和排斥力作用在单个原子上，从而建立平衡，从而导致原子在固体中规则排列的晶体结构。一旦金属熔化，就不会有晶格状的结构。在钢熔体中，原子向各个方向自由运动。
铁形成一个立方体网格。在这个格子的角落是铁原子。简化的示意图显示了红色铁的晶格结构中嵌入的氮原子
为了获得所需的晶体结构，金属必须在室温下缓慢或突然冷却。随后的热处理对晶体结构的形成具有积极影响。
在低浓度下，碳不会与铁形成固体化合物，而是沉积在铁晶格的晶格间隙中。当氮被添加到钢中时，它会将部分碳原子从铁原子的晶格中置换出来，取而代之。
氮气是如何进入合金的
基于热力学模型，计算了不锈钢中氮含量的最佳比例。拉林·托马斯博士在他的博客上发表了：由于在高温感应炉中进行实验测量是可能的，但很复杂，而且问题仍未得到解答，因此通常使用Thermo Calc软件通过模拟来验证最佳氮含量。
一旦数值固定，就用高温喷枪在恒定压力下向钢熔体中注入氮气。结果，氮被转移到熔融的不锈钢中。氮在钢熔体中的溶解速率随着温度的升高和氮流量的增加而增加，但随着表面活性元素含量的增加而显著降低。铬和锰等具有负相互作用系数的合金元素可以增加氮在钢液中的溶解。
在钢合金适合生产刀片之前，需要几个热力学工作步骤。奥氏体化是一种热处理过程，其中钢被加热到足够高的温度，以将其晶体结构改变为奥氏体。奥氏体是铁在高温下的稳定相之一。该工艺对许多应用至关重要，包括不锈钢和高合金钢的生产。
通过加热，碳化物溶解，奥氏体中的碳溶解。在快速淬火过程中，碳被困在铁原子之间，形成了一种称为马氏体的微观结构。马氏体的高硬度来自于原子之间储存的碳对原子结构的扭曲。
氮是一个与碳类似的小原子，碳在钢合金中的作用类似。简单地说，氮的有效性略低于碳，这可归因于溶解度、反应性以及这些元素与铁相互作用的方式的差异。然而，即使合金中的少量氮也会在五个不同观点上改变钢的性能：
1、氮气可以提高钢的强度。与碳类似，氮原子被整合到钢的原子晶格中。
2、与碳相比，氮对钢韧性的影响较小。因此，氮含量较高的刀钢可以提供更好的强度和韧性组合。
3、与碳含量较高的高合金钢相比，氮合金钢通常具有更好的延展性。延展性是一种材料特性，描述了材料在断裂前塑性变形或拉伸的能力。对于刀片钢来说，这意味着它更耐变形和断裂，这是一个决定性因素，尤其是对于长刀片和/或高应力刀片。
4、在生产过程中，没有必要从钢中提取最后一点硫，因为熔体中的少量硫与氮一起会促进小而硬的碳化物的形成。
5、钢的腐蚀惯性受到氮气的积极影响。
此外，氮对合金还有其他影响，这些影响与用作刀片钢的相关性要小得多：钢的可焊性得到改善，接缝处的裂纹减少，对氢脆的敏感性降低。后者导致钢在与分子氢接触时逐渐变脆，导致一定时间后形成裂纹或钢断裂。
更多动力&含氮的钢铁类型
对于常见的合金元素，在HRC 60和65之间的硬度下，韧性的增加仅在非常有限的程度上是可能的。只有氮的使用才创造出新一代钢，其韧性显著提高。现在有很多含氮钢，即使在网上快速搜索也会发现有100多种含氮量在0.005到4.20%之间的钢材。
▲目前网络上搜索含氮的钢铁类型大概有100多种
目前，这些钢材中只有少数几种用于刀片。如果考虑具有显著氮含量的钢种，一方面，有“老熟人”，如Vanax 75、Damasteel或Nitrobe 77，但也有一些含氮钢还没有成为刀片钢。
以下简要介绍了三种著名的氮钢代表：CPM-S30V、Sandvik 14C28N和Nitro-B。值得注意的是，这三种钢材中有两种来自欧洲。Nitro-B甚至由德国的一家公司独家垄断生产。
14C28N和CPM-S30V是大多数刀迷所熟知的，因为这两种钢都经常出现在袖珍*刀折**、中小型固定刀片中。另一方面，Nitro-B被许多刀迷称为高质量大马士革钢的成分，而不是刀片钢。
CPM-S30V
这种粉末冶金氮钢是过去二十年中最著名的刀具钢之一。它是为数不多的专门开发用作刀片的钢材之一，在工业应用中没有根基。美国知*刀名**具制造商：蜘蛛（Spyderco）和克里斯·里夫刀具（Chris Reeve Knives），仅举两个著名的名字，多年来一直偏爱这种钢材，有时甚至专门用于他们的口袋*刀折**和固定刀片。
CPM-S30V元素比例清单如下：
|
碳C |
氮N |
铬Cr |
钼Mo |
钒V |
钨W |
锰Mn |
硅Si |
硅S |
磷P |
|
1.45% |
0.20% |
14% |
2.0% |
4.0% |
0.1-0.4% |
0.50% |
0.50% |
0.30% |
0.30% |
在CPM-S30V的开发过程中，强调硬度和韧性之间的平衡，从而在合金中使用了氮气。尽管钢的韧性受到当今标准的限制，但S30V在这一点上比当时适用于刀片的粉末冶金钢（PM）（例如CPM-440V）更好。
CPM-S30V是第一代粉末冶金钢，最初于2009年被略微改进的CPM-S35VN钢取代，该钢在合金中不含氮，但含有0.5%的钴。由于该元素价格的爆炸性上涨和钴开采的不稳定条件，2019年S35VN已被CPM-S45VN取代，其韧性与前两个版本中的任何一个都不匹配。
然而，CPM-S30V需要成为先锋，因为CPM-S30V并没有因为它是二等钢而失去其在钢铁上层阶级中的地位，而是因为在过去二十年中，许多创新创造了新的、更好的钢铁。在日常使用中，蜘蛛刀具公司*用军**版刀具或克里斯·里夫刀具（Chris Reeve Knives）为Sebenza刀具开发的S30V刀片仍然是他们的人。
▲蜘蛛巫师（Spyderco Shaman）G10手柄战术*刀折**采用CPM-S30V
山特维克14C28N
在过去25年中，刀片中使用的大多数钢材都是为工业机械（冲压、切割、钻孔）、食品工业或塑料零件生产中的冷加工应用而开发的，尤其是在注塑工艺生产中。然而，最初计划作为刀具钢的钢种很少，即使这里提到了其中三种钢，即14C28N、CPM-S30V和MagnaCut。
14C28N由瑞典山特维克材料技术公司开发，于2007年推出。这种不锈钢的发展也集中在提高韧性上，这是一个决定性因素，尤其是对于细长刀片的菜刀来说。因此，这种钢最初只供应给KAI USA刀具有限公司并不奇怪，在那里它被用于各种生产线。2011年前后，14C28N越来越多地出现在众多制造商的*刀折**、户外和生存刀中。
山特维克14C28N元素比例清单如下：
|
碳C |
铬Cr |
氮N |
硅Si |
锰Mn |
硅S |
磷P |
|
0.62% |
14% |
0.11% |
0.20% |
0.60% |
0.01% |
0.025% |
14C28N凭借其硬度、耐腐蚀性和切削性能的平衡组合，在刀具领域站稳了脚跟，但经常被低估，有时甚至被低估。错了，因为作为口袋*刀折**刀片或中小型固定刀片的全能型刀片，钢是一个不错的选择。当硬化至HRC 61时，其韧性为30 ft-lbs（英尺-磅），使14C28N的硬度约为CPM-S35VN的三倍，甚至超过MagnaCut在HRC 60-61硬度水平下的韧性。
当然，所有的钢铁制造商都试图保护他们新开发的产品不受竞争对手的模仿，并喜欢扔烟幕弹保护自己的专利。看到德国布德鲁斯公司也生产山特维克14C28N也不例外。在上市时，流传了几个月的数据表显示，氮含量高达0.55%，实在令人惊讶。没有峰值，德国博克（Böhler）公司生产的Vanax和Vancron钢的氮含量在1.55%到4.20%之间，但高值仍然让人头疼。从那时起，山特维克14C28N只报告了0.11%的氮含量。
▲一把采用瑞典山特维克14C28N的莫拉黑客Garberg生存刀
Nitro-B特种钢
Nitro-B是一种含氮的锻钢，但与本节中的其他钢不同的是，德国布德鲁斯（Buderus）公司没有提供技术数据。在该公司的网站上，没有关于合金概念的文字，也没有根据硬度确定钢材韧性的图表，也没有关于热处理的信息。这是非常不寻常的。
为了避免误解，请求德国布德鲁斯公司公开冶金元素比例清单不是为了获得钢铁生产的商业秘密，而是为了获得基本技术数据，其他钢铁制造商都可以在互联网上免费获得这些数据。
这种保密性更令人费解，因为任何设备齐全的材料测试实验室都可以分析结构和合金。如果你手头没有实验室，那就更容易了。Nitro-B与美国拉特罗布（Latrobe）公司的一种古老钢材非常相似，该钢材以440 N-DUR的商品名出售。数字440表示不锈钢族，因为AISI 440C经常被用作寻找新的、更好的钢合金的基础，“N”代表氮，缩写“DUR”代表耐用，即耐腐蚀。
Nitro-B元素比例清单如下：
|
440 N-DUR |
0.58% |
0.17% |
15% |
0.5% |
0.45% |
0.30% |
0.01% |
0.001% |
— |
|
Nitro-B Buderus |
≈0.55 % |
≈0.15% |
≈15% |
≈0.5% |
≈0.55% |
≈0.60% |
≈0.025% |
≈0.001% |
≈0.10% |
美国拉特罗布（Latrobe）公司在过去的60年代已经易手无数次，这就是为什么现在已经不可能重建所生产钢材的完整时间表。440 N-DUR还是德国布德鲁斯（Buderus）公司的钢材首次引入钢材市场尚不清楚。很明显，德国布德鲁斯公司通过微调合金元素改变了合金旧配方。确实有一份关于Nitro-B的德国布德鲁斯公司提供的数据表，但那里的信息无法通过第二个来源验证，因此必须被视为可疑。因此，上表中所谓的Nitro-B数据前面有一个双波浪号作为近似符号。
无论德国布德鲁斯公司扣留元素数据的原因是由于钢材的正特性还是负特性，钢铁制造商想对山寨模仿者保守其产品的可能“秘密”，或者最终只涉及一些偏执狂，但可以肯定的是，想要购买带Nitro-B刀片的刀的最终客户应该只能购买布德鲁斯公司独家生产的Nitro-B钢。
▲德国波尔空军2号救援1102*刀折**，刀片上钢材标志表明采用Nitro-B
▲德国波尔空军2号救援1102*刀折**，刀片上钢材标志表明采用Nitro-B