Messen staalsoorten

Messen Staalsoorten en Informatie

Foto: Böker Solide Forrest Mes (D2 staal)

Staal

Vrijwel alle messen zijn gemaakt van staal. Echter, het ene stuk staal is het andere niet. Om de verschillen te kunnen begrijpen, volgt hier een stukje basiskennis over gereedschapsstaal.

Staal vs. IJzer

Staal is materiaal dat voor het grootste deel uit het chemisch element ijzer (Fe) bestaat. IJzer is de naam van een atoom, en staal dat uit 100% ijzer bestaat is niet geschikt voor dagelijkse toepassingen.
Gebruik dus nooit de term ijzer tenzij je het over een ijzer atoom hebt.

Gereedschapsstaal

Gereedschapsstaal is staal dat geschikt is om gereedschappen zoals messen, beitels en andere gereedschappen te maken.
Het belangrijkste element dat aan het staal wordt toegevoegd, is koolstof. Toevoeging van 1-2% koolstof maakt het mogelijk staal te harden.
Moet het gereedschapsstaal roestvast zijn, dan wordt zo'n 8-30% chroom aan het staal toegevoegd. Er wordt geen Nikkel gebruikt om gereedschapsstaal roestvast te maken, aangezien dat het harden van het staal belemmert.
Naast koolstof en eventueel chroom, worden soms nog andere elementen toegevoegd, om de kwaliteit van het staal op specifieke punten te verbeteren. De meest bekende elementen zijn Vanadium en Molybdeen. De invloed van deze elementen wordt in dit artikel niet beschreven, aangezien dit zeer complexe materie is.

Structuur

Zeer belangrijk om te weten is, dat alleen de samenstelling van een staalsoort niets zegt over de eigenschappen van het staal.
Staal bestaat uit namelijk ijzerkristallen, die in verschillende vormen kunnen voorkomen (met vormen bedoelen we de rangschikking van de atomen), en verschillende groottes kunnen hebben. Toevoegingen als koolstof kunnen zicht in de kristallen bevinden, of, in diverse vormen tussen de kristallen. Koolstof bijvoorbeeld kan als bolletjes of schijfjes tussen de kistallen zitten, maar kan zich ook binden aan de ijzeratomen (carbiden).
Hoe het staal is opgebouwd, hangt dus niet alleen af van de samenstelling, maar ook van de behandelingen die het staal ondergaan heeft. Denk hierbij aan warmte- en koudebehandelingen en smeden (=het vormgeven van staal in vaste vorm, d.m.v. vervorming).

Harden

Als je vloeibaar staal (met 1-2% koolstof) langzaam verwarmt, zullen de atomen zich bij verschillende tempraturen verschillend gaan rangschikken. Dit komt omdat de atomen bij toenemende temperatuur harder gaan trillen en steeds meer bewegingsruimte nodig hebben.
Boven zo'n 200 °C zijn de atomen in staat om een andere rangschikking aan te nemen. Beneden 200 °C is dit niet mogelijk, en is de structuur als het ware bevroren.
Tussen zo'n 200 °C en 700 °C, vormen zich vormen zich zgn. ferriet-kristallen (ferriet is een naam voor de rangschikking van de ijzer- en koolstofatomen, net als austeniet en martensiet)
Bij ferriet kristallen zitten de ijzeratomen dicht op elkaar en is er geen ruimte voor de koolstofatomen, tussen de ijzeratomen. Daarom zet de koolstof zich af aan de randen van de ferriet-kristallen.
Ferritisch staal is zacht en taai. Het wordt gebruikt als constructiestaal, maar is niet geschikt als gereedschapsstaal.
Boven 700 °C nemen de ijzeratomen een andere schikking aan. Er vormen zich austeniet-kristallen.
Bij austenietkristallen is er wel ruimte voor de koolstofatomen, tussen de ijzeratomen. Als je het staal enige tijd op een temperatuur boven 700 °C houdt, gaan de koolstofatomen zich van de randen van de kristallen verplaatsen naar de ruimte tussen de ijzeratomen, binnen in de kristallen.
Door het staal vanuit deze fase snel af te koelen tot beneden 200 °C (door bijvoorbeeld onderdompeling in water of olie), krijgen de koolstofatomen geen kans om de kristallen te verlaten. Omdat de koolstofatomen als het ware in de weg zitten, kunnen de ijzeratomen zich niet herschikken tot ferriet-kristallen. In plaats daarvan vormen zich martensiet kristallen.
In deze vorm is het staal aanzienlijk harder en praat men over gehard staal.

Dit verhaal klink misschien eenvoudig, maar er zijn veel parameters die het resultaat beïnvloeden. Denk hierbij aan: de structuur van het staal voor dat het gehard wordt, de exacte temperatuur, de tijdsduur van het verwarmen, de snelheid van het afkoelen, en de invloed van andere elementen, die bewust toegevoegd, of onbedoeld als verontreiniging in het staal zitten.

Ontlaten

Na dat een stuk staal gehard is, is het te bros om te gebruiken en zit het vol met inwendige spanningen. De methode om de brosheid en spanningen er uit te halen heet ontlaten.
Bij ontlaten wordt het staal gedurende een paar uur verwarmd tot zo'n 200-300 °C. Bij deze temperatuur herschikken de kristallen zich waardoor de inwendige spanningen en brosheid afnemen.
De tijdsduur is hierbij kritisch omdat het staal steeds zachter zal worden.

Hardheid

Hardheid is de weerstand van het staal tegen permanente vervorming, op microscopisch niveau.
De hardheid van staal wordt gemeten door een puntig voorwerp met een bepaalde kracht tegen het staal te drukken en de grootte van de afdruk op te meten.
De hardheid bij gereedschapsstaal wordt uitgedrukt in graden Rockwell C, vaak afgekort als HRC.

Hardheid van messenstaal

De onderstaande tabel geeft een globaal overzicht van de eigenschappen van messenstaal met verschillende hardheden.

• tot 52 HRC: Te zacht voor met maken van messen
• 52-54 HRC: Vrij zacht staal, redelijke kwaliteit
• 54-56 HRC: De hardheid van veel Franse koksmessen. Het staal is voldoende hard voor gebruik in de keuken, maar regelmatig gebruik van een aanzetstaal is nodig om het mes scherp te houden. Messen met deze hardheid zijn meestal makkelijk te slijpen.
• 56-58 HRC: Hardheid die bij professionele Duitse keukenmessen toegepast wordt. Messen met deze hardheid blijven voor gebruik in de keuken voldoende lang scherp, zijn nog net aan te zetten op een aanzetstaal en zijn nog redelijk makkelijk te slijpen.
• 58-60 HRC: Hardheid die je over het algemeen tegen komt bij de betere zakmessen zoals die van Spyderco, Cold Steel en Buck, en keukenmessen uit Japan, zoals die van Global. Deze messen blijven aanzienlijk langer scherp dan goedkopere messen, maar zijn al weer een stuk lastiger te slijpen.
• 60-62 HRC: Messen met deze hardheid blijven lang scherp, maar er is kans op brosheid en de messen zijn vaak moeilijk te slijpen. Met moderne staalsoorten zijn deze nadelen redelijk te onderdrukken, maar de kwaliteit is sterk afhankelijk van de kwaliteit van het gehele productieproces
• 63-66 HRC: Momenteel zijn er messen verkrijgbaar met hardheden tot 66 HRC (Twin Cermax van Zwilling J.A. Henckels). Dit zijn geen messen voor het merendeel van de gebruikers, maar meer voor een specifieke groep liefhebbers. Messen met een dergelijke hardheid hebben nadelen zoals brosheid met als gevolg het uitbreken van stukjes van het lemmet bij onzorgvuldig gebruik, en vaak een lage weerstand tegen corrosie. Na gebruik meteen schoonmaken dus.

 Roestvaste staalsoorten:

De eerste erg belangrijke opmerking is dat men bij deze legeringen spreekt van roestvast staal en niet van roestvrij. Onder invloed van lucht en vocht kunnen al deze metaalsoorten roesten, sommige alleen wat minder snel dan andere.Er zijn 5 belangrijke elementen in een roestvaste legering: koolstof, chroom, mangaan, molybdeen en vanadium. Elk element in de legering speelt een bepaalde rol.

Koolstof:

Dit is het belangrijkste element in een legering voor een mes. Het gedeelte koolstof in een legering bepaalt namelijk de hardheid ervan. Hoe hoger de hardheid van de legering, hoe langer het mes scherp blijft (Maar ook hoe sneller het roest!). Wat inhoudt dat je het mes minder snel hoeft te slijpen.

Chroom:

De aanwezigheid van dit element bepaalt hoe roestbestendig de legering is (pas vanaf 14% chroom mag men van "roestvrij" staal spreken).

Mangaan:

Verbetert de smeedbaarheid,de inharding van de legering en de bestandheid tegen slijten.

Molybdeen:

Maakt het metaal duurzamer en beter bestand tegen braampjes, veroorzaakt door snijden.

Vanadium:

Belangrijkste troef van dit element is dat het snijvlak minder snel bot wordt.

Hieronder heb ik de meest frequent gebruikte legeringen en staalsoorten uitgelegd, met telkens de specifieke voor- en nadelen ervan. Ook staat vermeld wat de juiste hardheid is bij deze staalsoort.

425 Modified

Dit is de staalsoort ontwikkeld en gebruikt door Buck Knives. Hier is het woord "modified"erg belangrijk, want Buck heeft er iets mee gedaan waardoor het alleen in de messen van Buck erg goed presteert. De kwaliteiten in de Buck messen zijn goede roestvastheid en een goede edgeholding. 56-58 HRC

440A/B/C

Legeringen die zich kenmerken door een uitermate grote roestvastheid. Vroeger erg veel gebruikt, maar nu een beetje voorbijgestreefd. Behalve voor messen die veel in contact komen met water en dan vooral zeewater. Vaak gebruikt in wat goedkopere messen. 440A/B:56-57 HRC, 440C:58-60 HRC.

AUS6/8

Een erg goede staalsoort die zich kenmerkt door de combinatie van voldoende roestvastheid, gemakkelijke slijpbaarheid, een hoge sterkte en een gematigde prijs. Daarom vaak gebruikt door de grote fabrieken en voor grote messen waarmee veel gehakt wordt. 57-59 HRC

AUS6M

Staalsoort die vooral wordt toegepast door CRKT. Goedkoop, maar blijft niet zo lang scherp. Door de lage hardheid van 55-56 HRC wel makkelijk te slijpen.

154CM/ATS34

Dit zijn gelijkwaardige staalsoorten waarin vooral het hoge gehalte koolstof opvalt (1.00-1.05). 154CM was de oorspronkelijke legering, waarna deze gekopieerd is in Japan (ATS34). Lemmetten uit deze legeringen behouden hun snijvlak erg lang en zijn erg sterk, maar zijn wel gevoeliger voor roest, duurder en ook moeilijker te slijpen door hun hoge hardheid (59-60HRC). Vaak zijn ze te koop met een beschermende coating tegen roest op het lemmet.

ATS55

Een verdere ontwikkeling van ATS34, momenteel alleen gebruikt door de Amerikaanse fabrikant Spyderco. Het grootste verschil is minder molybdeen en door de hoge prijs hiervan zijn messen uit ATS55 goedkoper dan die in ATS34/154CM. Toch biedt dit staal goede waar voor zijn geld. 59-60 HRC

VG10

Een van de steeds vaker gebruikte staalsoorten. Het combineert een hoog percentage koolstof met een hoog percentage molybdenium. Houdt zijn scherpte goed en is ook redelijk goed tegen roest bestand, nadeel is de hogere prijs. 60-62 HRC

CPM 420V/CPM440V/CPM3V

Dit zijn beide staalsoorten uit de zogenaamde poederstaalfamilie. Deze legeringen kenmerken zich door een erg fijne staalstructuur, waarbij men afhankelijk van het gebruiksdoel heel erg precies meer of minder elementen kan toevoegen. Ze bewaren hun scherpte erg lang. Van de vier soorten is CPM440V het best bestand tegen roest (17.5% chroom), beste hardheid 56-58 HRC. Is CPM420V het staal met de langste scherpte, maar minder roestbestand, 59-61 HRC. Ten slotte is CPM3V beter voor grote hakmessen door zijn grote sterkte (twee keer zo sterk als bijvoorbeeld 154CM), 59-61 HRC. Onlangs kregen deze staalsoorten een nieuwe naam:CPM440V werd S60V, CPM420V werd S90V en CPM3V werd ….

GIN1

staalsoort gebruikt door Spyderco in hun oudere modellen, maar erg goed roestvast en blijft ook lang scherp. 55-57 HRC

BG42

Een van de opkomende legeringen in de messenmarkt. Het staal bestond al langer, maar is in de vergetelheid geraakt. Dankzij de hernieuwde aandacht van Bob Loveless (de bekendste Amerikaanse messenmaker), gebruiken nu steeds meer messenmakers deze uitzonderlijk lang scherp blijvende en harde legering. Enige nadeel is de hoge prijs en het feit dat het slijpen langer duurt. 58-61 HRC

Niet roestvaste staalsoorten:

Deze groep bestaat uit koolstofstaalsoorten en gereedschapsstaalsoorten. De koolstofsoorten worden aangeduid met een vier- of vijfcijferig nummer (bv. 5160). Je kan de gereedschapsstaalsoorten herkennen aan herkennen aan de letter voor het cijfer, bv. O-1.

Maar omdat het onderscheid tussen deze twee staalsoorten niet van belang is, bespreek ik ze als een groep. Zij zijn niet roestvast, maar worden nog steeds veel toegepast. Het enige nadeel is dat ze dus sneller roesten. Maar daar staat tegenover dat ze goedkoper zijn en op alle andere vlakken net zo goed presteren.

1095

Dit is voor messen de "standaard"koolstofstaalsoort. Het is redelijk sterk en behoudt zijn scherpte voldoende lang. Het roest wel erg snel en daarom zie je dit staal meestal met een beschermende coating. 56-59 HRC
Variaties op deze staalsoort zijn Carbon-V van Cold Steel en IMFI van Busse Knives. Dit zijn beide kleine variaties op het vertrouwde 1095 staal, waarvan de prestaties wel uitzonderlijk goed zijn.

O-1

Erg populaire staalsoort bij echte messensmeders, een uitmuntende staalsoort die goedkoop is, lang scherp blijft en erg sterk is. 55-59 HRC

A-2

Een erg sterke staalsoort vooral gebruikt in grote vaste messen gemaakt door kleine messenmakers. 57-60 HRC.

D-2

Door het percentage chroom van 13, is deze staalsoort bijna roestvast. Het grootste voordeel is dat het een staalsoort is voor extreem gebruik, houdt erg lang zijn scherpte bij een hardheid van 59 HRC.

Titanium:
Sporadisch gebruikt als lemmetmateriaal voor ontmijningsmessen, maar door de lage hardheid (50 HRC) niet geschikt voor buitensporters. Als duikmes wel erg geschikt want titanium kan niet roesten.

Cobalt legeringen:
Op dit moment worden er drie verschillende cobaltlegeringen gebruikt als lemmetmateriaal. Stellite 6K, Dendritic Cobalt en Talonite. Messen gemaakt uit deze legeringen kunnen niet roesten en blijven, in tegenstelling tot titanium, erg lang scherp. Dit komt doordat ze samengesteld zijn uit zachte cobaltdeeltjes in een structuur van keiharde chroomdeeltjes. De zachte cobaltdeeltjes zijn te vergelijken met de chocolade van een Snicker, terwijl de chroomdeeltjes de harde pinda's zijn. De cobaltdeeltjes (49 HRC) geven sterkte en flexibiliteit, terwijl de chroomdeeltjes (91 HRC) de scherpte bewaren. Bij het slijpen verwijder je de zachte cobaltdeeltjes en leg je de harde chroomdeeltjes bloot. Als de scheerscherpte weg is, blijven er micro karteltjes over die door blijven gaan met snijden. Het grootste nadeel van deze materialen is de erg hoge prijs. Boven geldt dat een cobalt gelegeerd materiaal slecht bestand is tegen een natte omgeving omdat cobalt oplost in water.

Uitleg van de hardheid van metaal (HRC):
De hardheid van een metaal wordt uitgedrukt in HRC (in sommige catalogi ook wel RC of Rockwell), dit staat voor Hardness Rockwell C scale. De C scale is de schaal waarin messenlemmetten vallen. De hardheid van een mes wordt gemeten door een diamanten pin in het lemmet te duwen. Hoe ondieper de deuk, hoe harder het mes. Voor snijmessen varieert de hardheid tussen 56 en 61 HRC. Voor messen die vooral worden gebruikt om te kappen zijn lagere hardheden beter, omdat er zich dan minder snel bramen vormen, meestal rond de 55 HRC.
Het nut van een hogere hardheid is dat het lemmet langer scherp blijft, maar een te hard mes is weer te broos. Bij ATS34 is de optimale hardheid 59 HRC, minder hard verliest het zijn "edgeholding", harder en het snijvlak zal breken.
Dit is iets om rekening mee te houden als je een mes koopt, een goede staalsoort met een verkeerde hardheid presteert niet goed.

Andere eigenschappen

Hardheid is niet de enige eigenschap van staal. Andere mechanische eigenschappen zijn o.a., de treksterkte, taaiheid (slagvastheid), koudbrosheid.
Daarnaast is corrosiebestendigheid een belangrijke chemische eigenschap.
De hardheid alleen is dus niet zaligmakend.

Invloed op de prijs van een mes

Een mes van een goede, harde staalsoort, is aanzienlijk hoger dan die van eenzelfde mes gemaakt van een mindere staalsoort.
Het verschil in prijs zit maar voor een klein gedeelte in de kostprijs van het staal. Het is de bewerking van het staal die het grote prijsverschil veroorzaakt.
Het slijpen van de moderne harde staalsoorten zoals S90V, kost veel meer tijd en stelt hogere eisen aan de gebruikte materialen dan het slijpen van bijvoorbeeld 440C.
Ook is bij veel moderne staalsoorten het harden en ontlaten veel kritischer en moet het soms worden uitbesteed aan gespecialiseerde bedrijven.
De staalsoort heeft dus een belangrijke invloed op de prijs van een mes. Wil je een echt goed mes, dan moet je bereid zijn de prijs daarvoor te betalen. Je krijgt er echter wel een uitstekend stuk gereedschap voor terug