- 23 мар. 2018 г.
- 21 мар. 2018 г.
- 19 мар. 2018 г.
- 15 мар. 2018 г.
- 29 мар. 2017 г.
- 26 февр. 2017 г.
- 21 февр. 2017 г.
- 20 нояб. 2016 г.
История изобретения нержавеющей стали. Часть 2.
Следующим шагом в истории изобретения нержавеющей стали два важных события:
открытие в 1890 году экономически доступного способа получения алюминия из глинозёма,
разработка вслед за этим в 1895 году немецким ученым Гансом Гольдшмидтом (Hans Goldschmidt) технологии алюминотермии (получение металлов из их оксидов воздействием алюминия), которая к 1898 году была освоена уже в промышленных масштабах.
Итак, произошло, можно сказать, грандиозное событие – металлургии стал доступен способ получения чистого хрома, а вместе с тем и первых коррозионностойких низкоуглеродистых сплавов – предшественников современной нержавеющей стали. Впереди было самое интересное – изучить влияние разных элементов на сплав и вывести их идеальное соотношение. Ученые, металлурги, исследователи начинают экспериментировать с составом и процентным соотношением элементов сплавов железа с хромом, пробуя вводить различные легирующие добавки.
В 1898 году французские исследователи Карно (Carnot) и Гуталь (Goutal) отметили губительное влияние углерода на коррозионную стойкость феррохромовых сплавов.
В 1903 г. общество нео-металлургии получило британский патент №23681 на нержавеющую сталь с 24-57% хрома, 5-60% никеля и 16-38% железа в составе. Как видно, был заявлен весьма широкий диапазон составляющих. Такие сплавы сложно производить, возможно поэтому дело дальше патента не пошло. По крайней мере, никаких документов о дальнейшей работе общества не сохранилось.
В период 1904-1906 годов профессор металлургии из Франции Леон Гийе (Léon Guillet) проводит обширное исследование низкоуглеродистых феррохромовых и феррохромоникелевых сплавов с разной рецептурой и содержанием хрома от 12 до 26%. Результатом его работы стало описание состава, температуры, металлографической структуры и механических свойств каждого сплава. Таким образом Гийе сталь первым исследователем, давшим подробное описание трём основным группам нержавеющей стали: ферритной, мартенситной и аустенитной микроструктур.
Однако способность хромсодержащих сплавов сопротивляться коррозии профессор не исследовал и поэтому не смог увидеть самое важное качество нержавеющей стали, за которое она так ценится, – стойкость к образованию ржавчины. Он лишь отметил, что для проявления микроструктуры сплавов в процессе травления нужно применять более агрессивные реактивы, чем обычно.
Описанные Леоном Гийе сплавы в дальнейшем легли в основу разработки рецептуры таких марок стали, как 410, 420, 440, 442 и 446 по стандарту AISI – American Iron and Steel Institute (Американский Институт Железа и Стали, организованный в Нью-Йорке 31 марта 1908 года).
В 1905 году в Париже Гийе публикует первую книгу, посвящённую нержавеющей стали. В ней было 132 страницы.
Альбер Портевин (Albert Portevin) продолжил исследования Леона Гийе в отношении мартенситных и ферритных сплавов и опубликовал отчет в Англии (1909 год), а также во Франции (1911) и в Америке (1912). Он дополнил работу Гийе информацией о новых вариантах нержавеющих сплавов, состав которых очень близок к современным маркам нержавеющей стали. Так он описал сплав, содержащий 17,38% хрома и 0,12% углерода, который теперь является сталью марки AISI 430.
В свою очередь, в 1908 году исследования в отношении коррозионностойких сплавов начинает немецкий ученый Филипп Моннарц (Philip Monnartz). Результатом работы стала обширная статья, опубликованная в 1911 году в журнале «Metallurgie» под названием «The Study of Iron-Chromium Alloys with Special Consideration of Their Resistance to Acids» («Изучение железо-хромистых сплавов и в особенности их устойчивости к кислотам»), в которой исследователь сформулировал и объяснил ряд фундаментальных принципов получения нержавеющей стали:
Отметил, что устойчивость сплава к воздействию влаги и азотной кислоты растет до достижения хромом 12%, а при дальнейшем увеличении его количества до 20% интенсивность роста коррозионностойкости снижается.
Связал способность железо-хромистых сплавов сопротивляться коррозии с образованием на их поверхности в результате реакции хрома с кислородом защитной плёнки из оксида хрома и назвал этот процесс пассивацией (passivity).
Объяснил негативную роль углерода в феррохромовых сплавах образованием им карбида хрома, из-за чего количество свободного хрома, обеспечивающего образование окисдной плёнки, существенно снижается.
Предложил вводить в сплав дополнительные легирующие добавки для устранения губительного влияния углерода и увеличения стойкости к коррозии: ниобий, молибден, ванадий, титан, вольфрам.
В 1910 г. он и его директор У. Борчерс (W. Borchers) получили патент на производство нержавеющей стали в Германии.
В следующие годы учёные и инженеры из разных стран параллельно подают заявки на патенты и выводят свои составы нержавеющих сплавов.
В 1908 году на верфях немецкого концерна Крупп в городе Киль из хромоникелевой нержавеющей стали была построена 366-тонная парусная яхта «Германия», затонувшая в 1930 году у берегов Флориды и получившая в 2000 году статус подводного археологического заповедника.
В 1912 году директор научно-исследовательского института концерна Крупп, немецкий инженер-физик еврейского происхождения Бенно Штраус совместно с инженером Эдуардом Маурером разработали процесс и подали заявки на два патента на производство нержавеющей стали таких составов:
7-25% хрома, до 1% углерода и 0,5-20% никеля – таким образом они получили мартенситный сплав, содержащий 14% хрома и 2% никеля, и назвали его V1M. В настоящее время по похожей рецептуре выпускается сталь AISI 414 (12% хрома и 2% никеля) и AISI 431 (16% хрома и 2% никеля).
15-40% хрома, до 1% углерода, 4-20% никеля. Придерживаясь данной рецептуры, они получили сплав с 20% хрома и 7% никеля, названный ими V2A. Теперь это, уже ставший классическим, аустенитный сплав, который выпускается под маркой AISI 304 и содержит 18-20% хрома и 8-12% никеля. Наиболее близкими российскими аналогами являются стали 12Х18Н10Т и 12Х18Н9 с 18% хрома и 10% и 9% никеля, соответственно.
Образцы из этих сплавов были выставлены в немецком павильоне Выставки Прибалтийский стран в г. Мальме в Швеции в 1914 году. Патенты были выданы Штраусу и Мауреру только в 1919 году, а в 1922 году эта сталь получила защищенное торговое наименование NiRoSta (от нем. nichtrostenden stahl – нержавеющая сталь). Несмотря на заслуги перед отечеством судьба Бенно Штрауса сложилась крайне печально: с приходом к власти нацистов он был уволен из концерна Крупп, а во времена Второй Мировой Войны 70-летним стариком его сослали в трудовой концентрационный лагерь, где он скончался от пневмонии.
В том же 1912 году в Австрии исследователь Макс Майерманн разрабатывает свой состав нержавеющей стали.
Параллельно с этим в США изобретатели и металлурги работают над производством нержавеющих сплавов, легированных хромом.
Начиная с 1911 года Фредерик Беккет (Frederick Becket) для металлургической компании Electro Metallurgical Company и Кристиан Данцизен (Christian Dantsizen) для General Electric занимаются разработкой нержавеющей стали.
В том же 1911 году Элвуд Хейнс (Elwood Haynes), известный американский изобретатель и производитель автомобилей, с целью усовершенствования последних начинает свои эксперименты над хромистыми сталями и добивается успеха. Хейнс к тому времени уже создал сплав, содержащий кобальт, хром, углерод, молибден, вольфрам и никель, названный стеллитом и запатентованный в 1912 году.
Чуть позже имя Элвуда Хейнса снова появится в истории изобретения нержавеющей стали, а нам тем временем пора переходить к нашему главному вопросу – роли Гари Бреарли в этом процессе.