このストーリーはもともとField & Streamに掲載されました。
鋼は、私たちのほとんどが当たり前のように使っている合金です。最も単純な形では、鉄と炭素の混合物です。しかし、刃鋼にはナイフの性能に影響を与える他の多くの元素が含まれています。これらの元素を少量加えることで、ナイフは切れ味を維持し、錆びにくくなり、落としても割れにくくなります。これらの元素について詳しく知るために、ベンチメイド・ナイブズのテスト＆イノベーション・スーパーバイザー、マーティン・ミルズ氏に話を伺いました。溶けた金属がどのようにして良質の刃になるのか、その科学的な仕組みをご紹介します。
ナイフの鋼は妥協の産物
理想的な世界では、ナイフは手頃な価格で、腐食に強く、必要に応じてバールとしても使えるほど丈夫であるべきです。しかし、刃物鋼はどれも、硬度、耐久性、刃持ち、耐錆性、そして価格のバランスが取れています。鋼が硬すぎると、刃持ちは非常に良くなりますが、欠けたり折れたりしやすくなります。完全に耐腐食性のある鋼は、柔らかすぎるため、刃持ちが悪くなる可能性があります。刃物鋼の中には、全体的な性能は素晴らしいものの、非常に高価なものもあります。
良質なナイフ鋼を作る要素
ナイフの鋼材にはそれぞれ長所と短所があり、購入する前に、どのように、どこでナイフを使うのかを考えることが重要です。用途に応じて、冶金学者は鋼材に元素を添加し、様々な分野で性能を向上させます。高品質な鋼材に含まれる一般的な元素は以下のとおりです。
炭素
炭素は鉄を鋼に変える主要な元素です。刃物鋼はしばしば「高炭素鋼」と呼ばれ、一般的に炭素を添加するほど硬度が増します。また、炭素は引張強度、耐摩耗性、刃持ちを向上させます。しかし、炭素が多すぎると脆い鋼になってしまうので、良質なものでも過剰摂取は禁物です。
クロム
鋼にクロムを添加すると、耐食性が向上します。「ステンレス」と分類されるには、鋼に少なくとも13%のクロムが含まれている必要があります。クロムは化学変化のない状態で鋼全体に拡散しているだけでなく、炭素と結合して炭化物と呼ばれる粒子を形成します（詳細は後述）。クロム炭化物はすべての炭化物の中で最も柔らかいですが、それでも鋼よりも硬く、その分布は全体的な硬度、引張強度、そして刃持ちの良さに貢献します。
モリブデン
モリブデン（モリブデンとも呼ばれる）は比較的少量しか使用されていません。これは、刃物の鋼の靭性を高める炭化物形成物質です。
バナジウム
バナジウムは現代の刃物鋼の中で最も硬い炭化物を形成し、ナイフの特性に劇的な効果をもたらします。これらの硬く、極めて微細な炭化物は、完成した刃物の耐摩耗性を高めるのに役立ちます。多くの新しい高級刃物鋼には、かなりの量のバナジウムが含まれています。
現代のステンレス製ナイフによく含まれる他の元素には、ニッケル、コバルト、マンガン、シリコン、ニオブ、タングステン、さらには銅などがあります。
炭化物の形成方法とその重要性
上記の元素はるつぼで溶解され、合金を形成します。これがナイフの原料となる金属です。この工程で炭素と結合すると、炭化物と呼ばれる非常に硬い微粒子も形成されます。ミルズ氏によると、これらの炭化物はコンクリートの骨材とよく似た働きをします。骨材はセメントに混ぜることで強度を高めます。炭化物は鋼単体よりも硬く、刃持ち、刃の強度、耐久性に貢献します。
合金化プロセスは鋼中に存在する炭化物の種類に影響を与え、製造方法はこれらの炭化物のサイズ、均一性、分布に影響を与えます。これらは刃物鋼の全体的な品質に寄与します。
ナイフ鋼合金の鋳造と製造方法
ナイフ鋼の製造方法は2つあります。「従来法」は、炭素と鉄を含むすべての元素を混ぜ合わせ、完全に溶けるまで加熱し、混合物を鋳型に流し込んで巨大なインゴットを形成する方法です。冷却された混合物は合金と呼ばれ、ナイフ鋼は何百年もの間この方法で作られてきました。
唯一の欠点は、鋼の冷却が遅く、不均一であることです。合金を構成する元素はそれぞれ異なる温度で凝固するため、顕微鏡レベルで分離してしまいます。形成される炭化物は形状や大きさが一定ではなく、合金全体に均一に分布していません。これは現在でも最も一般的な鋼材製造方法であり、この方法で作られた刃物鋼には、1095シリーズ鋼、440シリーズ鋼、154CM鋼、そしてD2のような工具鋼などがあります。
しかし、Crucible Industries という会社が開発した、粉末金属を使用して冷却速度の問題を解決する新しい製造技術があります。
「合金元素は鋼に加えられ、従来通り溶解されますが、るつぼから溶融液が流れ出す際に高圧ガスを吹き付けることで微小な液滴が生成され、ほぼ瞬時に冷却・固化します」とミルズ氏は語る。冷却された液滴が金属粉末の粒子となる。従来の合金に含まれる元素と同じものが各粒子内に均一に混ざり合い、より小さく均一な炭化物も粒子内に形成される。その後、粉末は加熱・加圧されたチャンバーに入れられ、融合して固体の金属片を形成する。
より細かく均一に分散した炭化物は、完成したナイフの刃の切れ味を著しく向上させます。鋼は研ぎや使用によって摩耗し、炭化物が露出して、最終的には飛び出します。従来の製造工程で形成された大きな炭化物は、剥がれた際に大きく不均一な隙間を残します。粉末金属から得られる均一な炭化物は隙間を小さくし、残った炭化物は鋼の構造的な支えとして機能します。これにより、ナイフの刃先の耐久性と鋭い切れ味が維持されます。
4つの良質の鋼
危険なほどの知識を得たところで、中価格帯から高価格帯で人気の刃物鋼をいくつか見ていきましょう。覚えておいていただきたいのは、すべてのナイフ鋼は妥協の産物であり、製造工程の違いによって、特定の用途において刃の性能が左右されるということです。
D2工具鋼
D2鋼は、真のステンレス鋼とみなされるために必要な13%のクロムを含まないため、「セミステンレス鋼」と呼ばれることもあります。性能面では、154CMを含む多くの鋼よりも強靭で、刃持ちも優れています。しかし、刃の総合的な性能ではS30Vのような新しい粉末金属鋼には及ばず、家庭での研ぎやすさもそれほど高くありません。では、なぜD2を使い続けるのでしょうか？それは、価格性能比に優れ、耐久性に優れているからです。D2製のナイフは、予算に余裕のある汎用的な刃物として最適です。
154CM スチール
1972年に発売された154CMは、刃物用高級ステンレス鋼として初めて市場に登場し、現在でも高い人気を誇っています。従来の製法で製造されており、ステンレスとみなされるのに必要な最低限のクロム含有量を誇ります。また、炭素含有量も豊富です。
この鋼は440C（一般的なステンレス鋼）に似ていますが、モリブデンが添加されているため、性能が向上しています。適切な熱処理を施すと、優れた硬度と耐久性を発揮します。また、刃持ちも良く、D2よりも耐腐食性に優れ、一般ユーザーでも研ぎやすいのが特徴です。手頃な価格のEDCポケットナイフや汎用性の高いハンティングナイフに最適な154CM鋼は、ほとんどのメーカーの価格帯ではおそらく上限価格には達しないでしょう。
CPM S30Vスチール
CPM S30V（S30Vとも呼ばれる）は、当然ながらかなり普及しつつあります。粉末冶金法の利点を最もよく表す鋼材であり、優れた刃持ち、優れた耐久性、そして優れた耐腐食性を備えています。この鋼にはバナジウムも添加されており、炭化物によって合金構造に極めて高い硬度がもたらされます。S30V製のナイフは高価になる傾向がありますが、その性能向上はそれだけの価値があり、多くのナイフメーカーがほぼすべての用途で154CMをS30Vに置き換えるようになるでしょう。EDCポケットナイフや固定刃ハンティングナイフなど、皮剥ぎから過酷なフィールドワークまで幅広く使用できるナイフに最適です。
S90V鋼
S90V製のナイフを使うのは、まるでレーシングカーを運転するようなものです。高価で、メンテナンスも大変で、あらゆる用途に最適というわけではありません。S90Vを作るには、大量の炭素（D2のほぼ2倍）と途方もない量のバナジウムが必要であり、非常に硬く、耐摩耗性に優れています。この鋼は粉末金属で製造されており、他のナイフではほとんど見られないほどの切れ味の持続性を持っています。
しかし、S90Vにも欠点がないわけではありません。非常に高価で、S90V製のナイフはどれも高価です。154CMやS30Vほど錆びにくく、折れやすいという欠点もあります。その硬さには代償も伴います。S90Vの刃が鈍くなってしまうと、研ぎ澄ますには砥石だけでは不十分で、ダイヤモンドや電動工具を使う必要さえあります。
これは実際の性能とどう関係するのでしょうか？S90V製の刃は刃持ちが良いですが、頑丈で万能なナイフには向きません。しかし、S90Vナイフは骨の間に挟んだり関節を弾いたりする必要がないので、皮剥ぎに最適です。刃先を整えるために、モーター駆動のワークシャープのようなものを近くに用意しておくことをお勧めします。
