布拉特钢

更新时间:2023-11-05 01:15

一种起源与俄罗斯的枝晶花纹钢,一度被认为是外貌上最接近古代乌兹钢的模仿品,称为布拉特钢。起源于19世纪的俄国。在俄罗斯,从沙俄时期开始冶金学家就一直对如何消除有害液相偏析进行非常深入研究。这也使得俄罗斯科学界对如何制造枝晶组织偏析有很大帮助。

定义

一种起源与俄罗斯的枝晶花纹钢,一度被认为是外貌上最接近古代乌兹钢的模仿品,称为布拉特钢。起源于19世纪的俄国。在俄罗斯,从沙俄时期开始冶金学家就一直对如何消除有害液相偏析进行非常深入研究。这也使得俄罗斯科学界对如何制造枝晶组织偏析有很大帮助。19世纪初期俄罗斯冶金学家阿诺佐夫(П.П.Аносова)成功利用液态偏析法制造出了带有枝晶花纹的钢材,俄罗斯人称其为布拉特钢。其成分在很大程度上更接近铸铁。在俄罗斯的论文当中曾经认为所谓“灰色布拉特”即为亚共晶灰口铸铁,“灰色布拉特”因断口和表面呈灰色而得名,这一点有别于乌兹钢酸洗后较高对比度的深色。布拉特钢花纹成因是大量的粗大一次碳化物枝晶经过锻造扭曲组成的带状组织。由于其制做工艺的原因,冷速要求非常缓慢,有时甚至需要刻意长时间高温等温,内部往往存在大量方形枝晶。缩孔甚至氧化。虽然有这样的缺点,长久以来俄罗斯仍然将其作为制作乌兹钢刀剑仿制品的材料。

工艺特色

根据俄罗斯冶金学家阿诺索夫《О Булатах》和后来俄罗斯布拉特研究者的论述,布拉特钢是将含碳量高于2%的钢铁原料于1550摄氏度至1950摄氏度融化2个小时,并置于固液两相1400摄氏度2个小时以上,以足够缓慢的速度降温,直到常温为止。制成布拉特钢锭。

其中可以看到大量粗大的一次碳化物支晶交叉排列,甚至在大量锻造形变以后仍旧无法消除。这是由于阿诺佐夫派布拉特的工艺所致。其工艺要求缓慢冷却,由于钢液中的热液交带作用,产生了粗大方形组织。这种情况大量存在于俄国制造的布拉特,和所谓不锈布拉特。

温度、时间和含碳量并称为布拉特钢的三元素,合写成为公式(温度x时间)x含碳量,根据资料一般认为这个公式的数值越大越好。根据品质又被细分为:网状布拉特,灰色布拉特和黑色布拉特。无数俄文资料里引用过阿诺索夫的名言“чем дольше варится булат, тем он лучше. ”(半凝固状态)煮的时间越长,钢的质量越好。虽然这是和现代冶金实践经验完全相反的驳论。

从图《热液交代网格》中可以看到,可以看到俄制布拉特中存在大量热液交带网格、粗大缩孔等。这些网格经过锻造拉伸就会成为粗大交叉状的扭曲纹路分布在刀身上。看上去貌似裂纹。如果经过可锻化处理的铸铁经过耐心的反复低温锻造(如果有幸不打裂的话)也可以出现类似的纹路。

布拉特钢因为有以上特性,并且往往含碳量较高(超出钢铁的范围),常常高达2%以上(有些甚至达到6%),所以锻造难度非常大(有些需要进行石墨化处理),经常需要低温锻造,并且反复循环,更有甚者需要进行石墨化处理方可锻造,使碳化物不可逆的成为稳定的石墨(现代热处理规范中严格规定一旦出现石墨化即为报废)。经淬火回火的成型制品很硬,淬火回火之后可以到61-63hrc,但是其枝晶骨架几乎没有任何塑性和韧性,非常之脆。而且由于其长期高温保温,缩孔和氧化程度严重,甚至大量的碳变成石墨存在与钢铁当中,金相组织在电镜下很“脏”。制做出的刀,尤其是长刀,上面往往会出现类似长时间锈蚀后留下的凹陷。

本质区别

从金相组织上来看传统的印度-波斯乌兹钢的组织是由先共析铁素体中析出的2次碳化物偏聚集导致的。还包括由珠光体和碳化物组成的带状组织。分别为如图《乌兹钢金相照片》所示:

而布拉特钢则由大量一次偏析枝晶导致 。和亚共晶铸铁非常相似。以下是论文提供的布拉特钢组织照片和典型的亚共晶白口铸铁(老式的鞋撑子和井盖)组织照片对比:

布拉特和亚共晶白口铸铁对比,在金相组织上十分相似,而与古代乌兹钢却有很大差别。并且由于直径过分粗大,远远低于现代钢铁质量要求和标准。所以可以认为阿诺佐夫派的俄式布拉特和乌兹钢有本质上的区别,铸铁与钢的区别,这也是过去刀剑界认为阿诺索夫复制乌兹钢失败的最主要原因。

外观区别

布拉特与传统乌兹钢在视觉上也有明显区别。下面是几组对比图,可以轻易进行鉴别。如出现热液交代网格即可认为是铸铁类原料锻造而成的结果,而非乌兹钢纹。

不锈布拉特钢

在布拉特工艺当中还有一项延伸向钢材原料中添加百分之十几的铬来达到不锈目的,被称之为不锈布拉特钢。最简单的工艺是使用含碳2%以上,含铬18%的Cr18型耐热铸铁进行布拉特式枝晶粗化。Cr将在布拉特钢当中代替Fe与碳形成碳化物。由于Cr7C3颗粒尺寸远远大于Fe3C,而且极易剥落,如果制造含高铬的不锈布拉特钢只能令布拉特钢原本所具有的高脆性更加明显并且降低锋利度,因此应当认为得不偿失。

布拉特的硬度

布拉特钢经淬火回火的成型制品很硬,淬火回火之后可以到61-63hrc(属于高碳铸铁淬火后正常范围),但是其枝晶骨架几乎没有任何塑性和韧性,非常之脆。而古代乌兹钢兵器绝大多数的整体硬度都在50hrc以下(并非大多数传闻的60hrc以上),但是局部显微硬度可以到65,而且抗断裂能力非常之好。这一点也是布拉特钢与乌兹钢很显著的性能区别。

伪造乌兹钢锭

由于乌兹钢古董市场在国际上长期的需求,经常有高加索地区产的现代布拉特钢鱼目混珠冒充乌兹钢锭的现象。由于布拉特钢锭粗大的枝晶组织酸洗后与乌兹钢锭花纹相似,因此收藏者常常上当。乌兹钢锭与布拉特钢锭往往需要借助仪器才能进行鉴别,主要区别为:在印度矿区的铁矿石成分当中并不含有大量的铬,并且由于古代的冶炼技术所限不可能人为向坩埚当中添加百分之十几的铬,因此用含高铬的钢锭一定为布拉特钢锭。在印度矿区的铁矿石成分当中并不含有大量的硫,并且在进一步熔炼之后会除去绝大部分硫,因此用含高硫的钢锭一定为布拉特钢锭。

总体评价

综合国内外对乌兹钢的研究结果,可以认为:

1.布拉特和亚共晶白口铸铁对比,在金相组织上十分相似,而与古代乌兹钢却有很大差别。所以可以认为阿诺佐夫派的俄式布拉特本质是亚共晶铸铁。布拉特钢和乌兹钢有本质上的区别,铸铁与钢的区别。

2.不锈布拉特钢会恶化布拉特钢的性能

3.古代乌兹钢兵器绝大多数的整体硬度都在50hrc以下但是局部显微硬度可以到65,而且抗断裂能力非常之好。而布拉特钢硬度往往达到61-63,极脆的枝晶骨架严重恶化了性能。

4.在印度矿区的铁矿石成分当中并不含有大量的铬和硫,高铬高硫成分的钢锭可以断定为仿冒乌兹钢的布拉特钢锭。

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