История нержавеющей стали: кто икогда ееизобрел
О технологических новинках публика довольно часто определит из средств массовой информации, но такие сообщения в большинстве случаев не опираются на дипломатические источники. 31 января 1915 года это правило было нарушено. Газета New York Times опубликовала маленькую заметку, озаглавленную A Non-Rusting Steel. В газетном сообщении говорилось, что компания из английского города Шеффилда выпустила на рынок новый вид стали, «которая не поддается коррозии, не тускнеет и не покрывается пятнами».
Производитель утверждал, что она очень подходит для того чтобы устройств, потому, что изделия из нее прекрасно моются и не теряют блеска при взаимодействии кроме того с самой кислой пищей. В качестве источника информации был назван американский консул в Шеффилде Джон Сэвидж. Вот так, без громадного шума и с изрядным запозданием, мир определил об изобретении нержавеющей стали.
Предки нержавейки
Вообще-то такую сталь производили на западе еще до шеффилдских металлургов. Простая сталь, сплав углерода и железа, легко покрывается пленкой оксида железа — другими словами ржавеет. К слову, именно это событие было одной из обстоятельств блестящего коммерческого успеха американского предпринимателя Кинга Кемпа Жиллетта, что придумал надёжную бритву.
В 1903 году его компания реализовала только 51 лезвие, в 1904-м — почти 91 000, а к 1915 году объем продаж превысил 70 млн. Жиллеттовские лезвия, на каковые шла нелегированная сталь из бессемеровских конвертеров, скоро ржавели и тупились и потому потребовали нередкой замены.
Любопытно, что рецепт борьбы с данной заболеванием главного металла тогдашней индустрии был в далеком прошлом отыскан. В первой половине 20-ых годов XIX века горный инженер и французский геолог Пьер Бертье увидел, что сплавы железа с хромом владеют хорошей кислотоустойчивостью, и внес предложение делать из них кухонные и столовые ножи, ложки и вилки. Но эта мысль продолжительно оставалась благим пожеланием, потому, что хрома и первые сплавы железа были весьма хрупкими.
Только в начале XX столетия были изобретены рецептуры сплавов железа, талантливые претендовать на титул нержавеющей стали. Среди их авторов был один из пионеров американского автомобилестроения Элвуд Хейнс, что планировал использовать собственный сплав для того чтобы изготовить. В 1912 году он подал заявку на соответствующий патент, что был взят только семью годами позднее по окончании долгих споров с Бюро патентов США.
Случайная находка
Но официальным родителем всем известной нержавейки стал человек, что ее вовсе не искал и создал только благодаря счастливому случаю. Данный жребий выпал на долю британского металлурга-самоучки Гарри Брирли, что в 1908 году возглавил маленькую лабораторию, созданную двумя шеффилдскими сталеплавильными компаниями. В 1913 году он проводил изучения металлических сплавов, каковые предполагалось применять для изготовления ружейных стволов.
Научное металловедение пребывало тогда в зачаточном состоянии, исходя из этого Брирли действовал способом ошибок и проб, контролируя на жароустойчивость и прочность сплавы с различными присадками. Неудачные заготовки он попросту складывал в углу, и они в том месте нормально ржавели. Как-то он увидел, что отливка, извлеченная из электрической печи месяц назад, вовсе не выглядит старой, а сверкает как новая. Данный сплав содержал 85,3% железа, 0,2% кремния, 0,44% марганца, 0,24% углерода и 12,8% хрома.
Он-то и стал первым в мире примером той стали, о которой позднее сказала газета New York Times. Он был выплавлен в августе 1913 года.
- Лезвия для станков Gillette делали из жёсткой углеродистой стали. Они были не через чур долговечны, потому, что легко ржавели от постоянного действия жидкости.
А столовые ножи производства одной из компаний в Шеффилде, быть может, были не такими острыми, но прекрасно сопротивлялись коррозии.
успех и Провал
Брирли заинтересовался необыкновенной отливкой и скоро узнал, что она прекрасно сопротивляется действию азотной кислоты. Хоть в качестве оружейной стали новый сплав успеха и не принес, Брирли осознал, что данный материал отыщет множество вторых применений. Шеффилд с XVI столетия известен изделиями из металла, такими как столовые и ножи устройства, так что Брирли решил опробовать собственный сплав в этом качестве.
Но двое местных фабрикантов, которым он послал отливки, отнеслись к его предложению скептически. Они сочли, что ножи из новой стали требуют громадных трудозатрат для закалки и изготовления. Металлургические компании, среди них и та, в которой трудился Брирли, также не горели энтузиазмом.
Ясно, что и ножовщики, и производители металла опасались, что изделия из нержавеющей стали окажутся такими долговечными, что рынок скоро насытится и спрос на них упадет. Исходя из этого впредь до лета 1914 года все попытки Брирли убедить промышленников в перспективности нового сплава ни к чему путному не привели.
Но позже ему повезло. В июле будущее столкнула его со школьным товарищем Эрнестом Стюартом. Стюарт, сотрудник компании R.F. Mosley & Co, производившей столовые устройства, сначала по большому счету не поверил в действительность существования стали, которая неподвластна ржавчине, но дал согласие в виде опыта изготовить из нее пара ножей для сыра.
Изделия оказались отменными, но Стюарт счел эту выдумку неудачной, потому, что его инструменты при изготовлении этих ножей скоро тупились. Но в итоге Стюарт и Брирли все-таки подобрали режим нагрева, при котором сталь поддавалась обработке и не становилась хрупкой по окончании охлаждения.
В сентябре Стюарт сделал маленькую партию кухонных ножей, каковые он раздал привычным для тестирования с одним условием: он попросил вернуть их при появления на мечах ножей пятен либо ржавчины. Но ни один нож так и не возвратился в его мастерскую, и скоро шеффилдские фабриканты признали новую сталь.
ножи и Резцы
В августе 1915 года Брирли взял на собственный изобретение патент в Канаде, в сентябре 1916 года — в Соединенных Штатах, после этого и в нескольких европейских государствах. Строго говоря, он патентовал кроме того не сам сплав, а только изготовленные из него ножи, вилки, ложки и другие столовые устройства. Хейнс опротестовал американский патент Брирли, ссылаясь на собственный приоритет, но наконец-то стороны пришли к соглашению. Это сделало вероятным учреждение в Питтсбурге совместной англо-американской корпорации The American Stainless Steel Company.
Но это уже совсем вторая история.
Необходимо подчеркнуть, что нержавеющая сталь Хейнса содержала куда больше углерода, нежели сталь Брирли, и потому имела иную кристаллическую структуру. Это и ясно: углерод снабжает твердость при закалке, а Хейнс стремился создать как раз сплав для изготовления станочных резцов и фрез. на данный момент стали хейнсовского типа именуют мартенситными, а стали, каковые исторически восходят к сплаву Брирли, — ферритными (существуют и другие виды нержавеющих сталей).
Естественный вкус
Стюарт не только открыл путь к применению новой стали, но и отыскал для нее общепринятое сейчас англо-язычное наименование stainless steel, «сталь без пятен». Если доверять стандартному объяснению, оно пришло ему в голову, в то время, когда он окунул отполированную металлическую пластинку в уксус и, глядя на итог, с удивлением сказал: «This steel stains less», другими словами «На данной стали остается мало пятен». Брирли именовал собственный детище пара в противном случае — rustless steel, что соответствует русскоязычному термину «нержавеющая сталь».
Кстати, заглавие заметки в New York Times возвещало о появлении как раз нержавеющей (а не слаборжавеющей!) стали.
Секрет ее несложен. При достаточной концентрации хрома (не меньше 10,5% и до 26% для очень агрессивных сред) на поверхности изделий из нержавейки формируется жёсткая прозрачная пленка оксида хрома Cr2O3, прочно сцепленная с металлом. Она образует невидимый глазу защитный слой, что не растворяется в воде и мешает окислению железа, а следовательно, не разрешает ему ржаветь.
У данной пленки имеется еще одно полезнейшее уровень качества — она самовосстанавливается в поврежденных местах, исходя из этого ей не страшны царапины. Столовые устройства из нержавейки получили огромную популярность еще и вследствие того что разрешили избавиться от своеобразного привкуса, характерного недорогой железной посуде. Слой оксида хрома предоставляет возможность наслаждаться естественным вкусом пищи, потому, что мешает яркому контакту вкусовых сосочков языка с металлом.
В общем, нержавеющая сталь, которую современная индустрия производит во множестве разновидностей — воистину превосходное случайное изобретение.
Типы нержавейки
Нержавеющие стали различаются особенностями, назначением и составом, но в целом их возможно поделить на пара главных групп по кристаллической структуре: ферритные, аустенитные, мартенситные и двухфазные (ферритно-аустенитные).
Ферритные нержавеющие — это хромистые (10−30% хрома) и низкоуглеродистые (менее 0,1%) стали. Они достаточно прочные, пластичные, довольно несложно обрабатываются и наряду с этим недороги, но не поддаются термической обработке (закаливанию).
Мартенситные нержавеющие — это хромистые (10−17% хрома) стали, которые содержат до 1% углерода. Они прекрасно поддаются термообработке (отпуску и закаливанию), что придает изделиям из таких сталей высокую твердость (из них делают ножи, подшипники, режущие инструменты). Мартенситные стали сложнее в обработке и из-за более низкого содержания хрома менее стойки к коррозии, чем ферритные.
Аустенитные нержавеющие стали — хромоникелевые. Они содержат 16−26% хрома и 6−12% никеля, и молибден и углерод. По коррозионной стойкости превосходят ферритные и мартенситные стали и являются немагнитными.
Большую прочность приобретают при нагартовке (наклепе), при термообработке (закалке) их твердость значительно уменьшается.
Двухфазные стали сочетают разные особенности ферритных и аустенитных сталей.
Небесное железо
Частенько возможно встретить утверждение, что метеоритное железо не ржавеет. В действительности это чистой воды миф. Железоникелевые метеориты имеют в собственном составе около 10% никеля, но не содержат хрома, исходя из этого не владеют коррозионной стойкостью. В этом возможно убедиться, посетив минералогический раздел какого-нибудь музея естественной истории.
Присмотревшись к примерам железоникелевых метеоритов (скажем, Сихотэ-Алиньского, что довольно часто видится в таких экспозициях), возможно заметить бессчётные следы ржавчины. А вот пример железоникелевого метеорита, приобретённый в магазине минералогических сувениров, вероятнее, вправду не будет ржаветь. Обстоятельство — в «предпродажной подготовке», которая содержится в покрытии примера густой защитной смазкой.
Стоит смыть эту смазку при помощи растворителя — и тогда кислород и влага воздуха заберут реванш.
Индийское чудо
- Лезвия для станков Gillette делали из жёсткой углеродистой стали. Они были не через чур долговечны, потому, что легко ржавели от постоянного действия жидкости.
А столовые ножи производства одной из компаний в Шеффилде, быть может, были не такими острыми, но прекрасно сопротивлялись коррозии.
Металлическая (Кутубова) колонна — одна из основных достопримечательностей Дели. Воздвигнутая в 415 году, она за 1600 лет практически не стала жертвой коррозии — только на поверхности показываются маленькие пятнышки ржавчины, тогда как простые металлические изделия аналогичного размера за такое время полностью окисляются и рассыпаются в пыль.
В попытках растолковать данный феномен было выдвинуто множество догадок: применение весьма чистого либо метеоритного железа, естественное азотирование поверхности, воронение, постоянная обработка маслом а также естественное радиоактивное облучение, перевоплотившее верхний слой в аморфное железо. Были попытки растолковать сохранность колонны и внешними факторами — в частности, весьма сухим климатом.
Анализы продемонстрировали, что колонна складывается из 99,7% железа и не содержит хрома, другими словами не есть нержавеющей в современном смысле слова. Главная примесь в материале колонны — фосфор, и как раз в этом, согласно мнению ученых, основная обстоятельство коррозионной стойкости. На поверхности образуется слой фосфатов FePO4·H3PO4·4H2O толщиной менее 0,1 мм, причем, в отличие от ржавчины, которая рассыпается и не мешает предстоящему окислению, данный слой образует прочную предохранительную пленку, предотвращающую ржавение железа.
Статья «Сталь без пятен» размещена в издании «Популярная механика» (№149, март 2015).
<
h4>