Genuine Damascus steel: a type of banded microstructure in hypereutectoid steels

• Published in: Steel Research 2002-08, Vol.73 (8), p.356-365
• Main Author: Verhoeven, John D.
• Format: Article
• Language: English
• Subjects: Applied sciences; Exact sciences and technology; Metallurgical fundamentals; Metals. Metallurgy; Production of metals
• ISSN: 0177-4832; 1869-344X
• DOI: 10.1002/srin.200200221

A brief review is given of the evolution of welded Damascus steel and genuine Damascus steel along with the mystery of how the pattern of genuine Damascus steel is produced. The prior studies claiming to have either, reproduced the genuine Damascus steel, or explained the mechanism of pattern formation, are reviewed. None of these studies have allowed modern bladesmiths to reproduce the steel. The author and a bladesmith, Alfred Pendray, have developed a process with which Pendray can produce blades that match the microstructures of the best museum quality genuine Damascus blades. Experimental research is reviewed showing that the microstructure of this steel is produced by an unusual type of banding that requires: (1) the presence of low levels of certain impurity elements in the hypereutectoid steels, with V being most effective, and (2) a thermal cycling heat treatment. A main difference of this type of banding and the ubiquitous banding of hypoeutectoid steels is point (2), the requirement of thermal cycling. A theory for the banding mechanism is presented. Echter Damaszenerstahl: Ein besonderes Zeilengefüge in übereutektoidischen Stählen. Ein kurzer Überblick über die Entwicklung von feuergeschweißtem und echtem Damaszenerstahl und das Mysterium über die Erzeugung des Musters in echtem Damaszenerstahl wird gegeben. Auch frühere Studien, in denen es um die Reproduktion echten Damaszenerstahls oder Erklärungen, wie die Musterbildung funktioniert, werden einbezogen. Keine von ihnen hat jedoch dazu geführt, dass es einem modernen Klingenschmied gelungen wäre, diesen Stahl zu reproduzieren. Der Autor dieser Untersuchung hat zusammen mit dem Klingenschmied Alfred Pendray ein Verfahren entwickelt, nach dem letzterer Klingen herstellen kann, deren Mikrostrukturen mit denen vergleichbar sind, die die in den Museen existierenden, echten Damaszenerklingen aufweisen. Experimentelle Forschung kommt zu dem Schluss, dass die Mikrostruktur dieses Stahls durch eine ungewöhnliche Art von Zeiligkeit hervorgerufen wird, die entsteht, wenn (1) geringe Anteile an Verunreinigungen in übereutektoiden Stählen vorliegen, wobei Vanadium sehr wirksam ist, und (2) eine zyklische Wärmebehandlung erfolgte. Ein Hauptunterschied zwischen dieser Art von Gefügezeiligkeit und der allgegenwärtigen Zeiligkeit in übereutektoidischen Stählen ist eben diese unter (2) genannte Zeit‐Temperatur‐Folge. Eine Theorie über diesen Zeilenmechanismus wird vorgeschlagen.