Когда появилась нержавеющая сталь в россии
Обновлено: 04.05.2024
Сто лет назад мир услышал о замечательном материале, который чрезвычайно широко применяется в самых различных областях нашей жизни, – нержавеющей стали.
Производитель утверждал, что она чрезвычайно подходит для изготовления столовых приборов, поскольку изделия из нее хорошо моются и не теряют блеска при контакте даже с самой кислой пищей. В качестве источника информации был назван американский консул в Шеффилде Джон Сэвидж. Вот так, без большого шума и с изрядным запозданием, мир узнал об изобретении нержавеющей стали.
Нержавеющие стали различаются свойствами, составом и назначением, но в целом их можно разделить на несколько основных 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, относительно несложно обрабатываются и при этом дешевы, но не поддаются термической обработке (закаливанию). Мартенситные нержавеющие — это хромистые (10−17% хрома) стали, содержащие до 1% углерода. Они хорошо поддаются термообработке (закаливанию и отпуску), 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, а также углерод и молибден. По коррозионной стойкости превосходят ферритные и мартенситные стали и являются немагнитными. Высокую прочность получают при нагартовке (наклепе), при термообработке (закалке) их твердость уменьшается. Двухфазные стали сочетают различные свойства ферритных и аустенитных сталей.
Предки нержавейки
Вообще-то такую сталь выпускали в Европе и США еще до шеффилдских металлургов. Обычная сталь, сплав железа и углерода, легко покрывается пленкой оксида железа — то есть ржавеет. К слову, именно это обстоятельство было одной из причин блестящего коммерческого успеха американского предпринимателя Кинга Кемпа Жиллетта, который придумал безопасную бритву. В 1903 году его фирма продала лишь 51 лезвие, в 1904-м — без малого 91 000, а к 1915 году общий объем продаж превысил 70 млн. Жиллеттовские лезвия, на которые шла нелегированная сталь из бессемеровских конвертеров, быстро ржавели и тупились и потому требовали частой замены. Любопытно, что рецепт борьбы с этой болезнью главного металла тогдашней индустрии был давно найден. В 1821 году французский геолог и горный инженер Пьер Бертье заметил, что сплавы железа с хромом обладают хорошей кислотоустойчивостью, и предложил делать из них кухонные и столовые ножи, вилки и ложки. Однако эта идея долго оставалась благим пожеланием, поскольку первые сплавы железа и хрома были очень хрупкими. Лишь в начале XX века были изобретены рецептуры сплавов железа, способные претендовать на титул нержавеющей стали. Среди их авторов был один из пионеров американского автомобилестроения Элвуд Хейнс, который собирался использовать свой сплав для изготовления металлорежущего инструмента. В 1912 году он подал заявку на соответствующий патент, который был получен лишь семью годами позже после длительных споров с Бюро патентов США.
История нержавеющей стали
История нержавеющей стали началась более двух веков назад, в 1797 году, когда ученый-химик Воклен, исследуя свойства хрома, обнаружил уникальную особенность данного металла – чрезвычайную устойчивость к воздействию кислоты. Прошло много лет, прежде чем это важное открытие нашло практическое применение в самых разных сферах нашей жизни.
Изобретение нержавеющей стали: у истоков
Версия основная - официальная
Официальным создателем нержавейки считается металлург Гарри Бреарли (Брирли) – английский исследователь, возглавлявший в начале 20 века лабораторию по изучению металлов. Деятельность лаборатории курировали сталеплавильные компании Шеффилда, первостепенной целью которых было изучение стальных сплавов, предназначавшихся для отливки оружейных стволов.
Пытаясь создать сплав с высокими прочностными и жаростойкими характеристиками, Бреарли добавлял к железу различные присадки и опытным способом исследовал получившиеся свойства металла. Неудачные образцы складировались тут же в лаборатории и со временем ржавели. Однажды ученый заметил, что одна из заготовок, отлитая больше месяца назад, не покрылась ржавчиной, а сохранила свой первоначальный блеск.
Этот состав, открытый случайно, и был взят за основу современных нержавеющих сплавов. В его состав входило железо, хром, марганец, углерод и кремний. Именно Гарри Бреарли в 1913 г. получил патент на первый мартенситный сплав, ставший предшественником современной марки AISI 420.
Другие исследователи нержавеющих металлов
Но не все согласны с первенством Бреарли в истории изобретения нержавейки. В 1821 г. французский исследователь Пьер Бертье доказал, что добавление никеля в состав сплава делает его устойчивым к ржавчине. Правда, у этого предшественника нержавейки выявилась другая проблема. Материал получался очень хрупким, что являлось серьезным недостатком для его использования. В дальнейшем над первоначальным рецептом работал ряд авторов. Один из них – Элвуд Хейнс подал документы для получения патента на год раньше Бреарли, но смог получить его только спустя семь лет.
В 1904 году Джиллет в производстве бритвы использовал сплав, химические свойства которого хорошо противостояли коррозийным процессам. Немецкий ученый Филипп Моннартц в 1911 г. опубликовал свои результаты изучения коррозионностойкой стали. Э. Маурэр и Б. Штраус в 1912 г. получили патент на аустенитный нержавеющий состав с высоким содержанием хрома и никеля.
Тем не менее, Бреарли был признан основоположником и главным исследователем дальнейших теоретических и практических разработок в области нержавейки.
Вывод нержавейки на массовый рынок
Бреарли продолжил свои опыты с необычной заготовкой и выяснил, что получившийся состав устойчив к воздействию кислот. Несомненно, у новой стали был большой потенциал. Несмотря на то, что в оружейном производстве применения она не нашла, ее успешно можно было использовать в других сферах.
Ученый предложил ведущим металлургическим компаниям использовать прокат с новыми химическими свойствами для изготовления столовых приборов, но не встретил заинтересованности со стороны производителей. Они считали материал бесперспективным, дорогим в производстве и отказались изготавливать продукцию и продвигать ее на рынке. Дальнейшая судьба нержавейки оказалась под большим вопросом.
Но через год Э. Стюарт, сотрудник компании, производящей столовые приборы, согласился в качестве эксперимента выпустить пробную партию ножей. Продукция получила высокую оценку среди потребителей и, после усовершенствования технологии изготовления, компания Шеффилда признала хорошие перспективы нового изобретения на рынке.
Производство набирало обороты. Всего через несколько лет на изобретение были получены патенты в Европе, США и Канаде. В результате сотрудничества Бреарли и Хейнса была создана международная корпорация по производству и изготовлению продукции из мартенситных и ферритных нержавеющих сталей.
Популяризация нержавеющих сплавов
Широкую известность среди мировой общественности нержавеющая сталь получила чуть более 100 лет назад, после выхода заметки в New York Times о технологическом прорыве, совершенном компанией Шеффилда. По заявлению британского производителя, новый вид изделий не подвержен коррозии, не теряет первоначального блеска под воздействием воды и кислот, не покрывается пятнами и не тускнеет со временем.
Изначально новый сплав предназначался для изготовления столовых приборов, но уже через несколько лет стал использоваться в самых разных отраслях промышленности и машиностроения.
Типы нержавеющих сталей
В результате многочисленных экспериментов с базовым химическим составом и соотношением присадок были выделены основные группы сплавов:
- Ферритные – низкоуглеродные, с большим содержанием хрома (до 30%), пластичные и легкие в обработке.
- Мартенситные – хромисто-углеродные составы, обладающие высокой прочностью.
- Аустенитные (хромо-никелевые) – немагнитные сплавы, по антикоррозийным свойствам превосходящие ферритные и мартенситные.
- Комбинированные – сочетающие свойства аустенитных и ферритных сталей.
Нержавеющая сталь сегодня – основные сферы использования
Современную жизнь сложно представить без нержавейки. Когда нержавеющая сталь появилась в промышленности, это упростило многие технологические процессы и помогло модернизировать производство, вывести его совершенно на новый уровень развития.
Пищевая промышленность
Долговечный и практичный металл получил широкое распространение в пищевой промышленности. Оборудование, производственные линии, емкости и резервуары для транспортировки и хранения продукции, столовые приборы и посуда – роль нержавейки в этой сфере, действительно, огромна.
В медицине нержавейка решила проблемы обработки и гигиеничности инструментов и рабочих поверхностей. Она используется при изготовлении медицинского оборудования и мебели, расходных материалов, инструментов.
Машиностроение
Основное назначение коррозионностойкой стали в данной отрасли – производство деталей, устройств и агрегатов для станкостроения, транспортного машиностроения, нужд промышленности.
Химическая промышленность
В нефтехимической промышленности коррозионностойкие стали используют в производстве реакторов, труб, агрегатов, узлов, конструкций, резервуаров, к которым предъявляются высокие требования прочности и стойкости к агрессивным средам.
Архитектура и строительство
В архитектуре и строительстве из нержавеющих сплавов изготавливаются элементы декора и отделки, опорные конструкции. Материал великолепно сочетается с деревом, стеклом, камнем и в любом интерьере будет смотреться превосходно.
Космос и авиация
В авиационно-космической промышленности материал незаменим для создания специального оборудования, приборов, деталей.
С годами возможности использования антикоррозийных сплавов только расширяются. Правильно подобранные и обработанные металлоизделия – идеальный материал для длительного и беспроблемного использования. В настоящее время существуют десятки разновидностей металлопроката нержавейки, свойства которого определяются требованиями соответствующей отрасли.
История создания нержавеющих сталей
Согласно ГОСТ 5632-2014:«коррозионно-стойкие (нержавеющие) стали и сплавы: Стали и сплавы, обладающие стойкостью против электрохимической и химической коррозии (атмосферной, почвенной, щелочной, кислотной, солевой), межкристаллитной коррозии, коррозии под напряжением и др.»
Впервые мир узнал о появлении нержавеющей стали в 1915 году из неприметной статьи в журнале New York Times под названием A Non-Rusting Steel. В ней сообщалось, что в английском городе Шеффилд некая компания выпустила на рынок совершенно новую по своим свойствам сталь, «которая не поддается коррозии, не тускнеет и не покрывается пятнами». В статье писали, что она наилучшим образом подходит для производства столовых приборов. Изделия из новой стали отлично отмываются и не теряют своего блеска при контакте даже с самыми кислыми продуктами.
Вот так, абсолютно незаметно без особого внимания, мир узнал о революции в металлургии – изобретении нержавеющей стали.
Однако, сплавы железа, не подверженного коррозии, не сразу открылись человеку. Попытки получения коррозионно-стойких сталей предпринимались задолго до этого. Ещё в 1820 году английские экспериментаторы Джеймс Стоддард и Майкл Фарадей начали проводить эксперименты с легированием стали, в том числе и хромом. Почти одновременно с ними французский ученый-металлург Пьер Бертье в 1821 году обратил внимание на необыкновенные свойства железо-хромистых сплавов.
Pierre Berthier 1782-1861
Они отличались отличной стойкостью к воздействию некоторых кислот и атмосферного воздуха. Поэтому П.Бертье предложил использовать сплав железа с хромом для изготовления столовых приборов. К сожалению, кроме требуемой коррозионной стойкости, полученный им материал отличался чрезвычайной хрупкостью. Это создавало трудности в его обработке. И новые сплавы французского металлурга так и не нашли практического применения в массовом производстве.
Повышенная хрупкость предложенного П.Бертье сплава обусловлена высоким содержанием углерода, который попадал в сталь вместе с хромом в процессе легирования. Мeталлургия первой половины 19-го века не располагала технологией получения свободного от углерода хрома.
В 1856 г. Анри Сент-Клер Девиль впервые обосновал возможность восстановления оксидов менее активных металлов порошками алюминия. Применимость этого способа для восстановления оксида хрома была доказана в 1859 г. одновременно немецким химиком Фридрихом Вёлером и академиком Петербургской академии наук Николаем Николаевичем Бекетовым. Однако промышленное освоение этого процесса остановилось до момента относительно дешевого способа производства алюминия.
Johannes Wilhelm (Hans) Goldschmidt 1861-1923
И уже в 1895 году немецкий ученый Ганс Гольдшмидт разработал технологию получения низкоуглеродистого хрома – алюминотермию, а в 1898 году освоил алюминотермический процесс в промышленных масштабах. Его открытие дало возможность многим ученым-металлургам возобновить эксперименты со сплавами железа и низкоуглеродистого хрома. С тех пор и по сей день процесс алюмотермии принято называть «Реакцией Гольдшмидта» или «Процессом Гольдшмидта».
Так с 1904 по 1911 год французский ученый Леон Гийе изучает и публикует ряд статей о свойствах низкоуглеродистых сплавах железа, хрома и никеля. В этих работах он дал описание сплавам, близким по составу к современным коррозионно-стойким сталям марок А410, А420, А442, А446 и А440 по AISI (American Iron and Steel Institute – американский институт стали и сплавов).
В 1911 году в немецком журнале Metallurgie появляется ряд статей под авторством Филиппа Моннарца. В них он раскрывал суть своих исследований в области нержавеющих сплавов железа, проводимых им с 1908 года. В этих работах Моннарц дал ответ на ряд фундаментальных вопросов по коррозионной стойкости хромистых сталей.
Во-первых, он определил минимальное содержание хрома в стали, равное 12%, которое обеспечивает ее стойкость к воздействию азотной кислоты, а также окружающего воздуха.
Во-вторых, он был первым, кто объяснил коррозионную стойкость железо-хромистых сплавов наличием на их поверхности тонкого, но очень плотного слоя оксидов хрома Cr2O3, которые образуются в результате окисления кислородом воздуха. Этот слой по своей природе является самовосстанавливающимся. Поэтому стали с содержанием хрома выше 12% даже после механического повреждения сохраняют свойство сопротивляться коррозии.
В-третьих, Ф. Моннарц указал на необходимость низкого содержания углерода. Он объяснил, что углерод связывает хром в карбиды. И по своим химическим свойствам они уже не могут участвовать в образовании защитной оксидной пленки. Тем самым углерод снижает коррозионную стойкость сталей. Для предотвращения его негативного влияния Ф.Моннарц предлагал внедрять в сталь такие легирующие элементы как: титан, ниобий, ванадий, вольфрам или молибден. Последнему учёный придавал наибольшее значение. Моннарц отметил, что содержание 2-3% молибдена в сталях с 12% хрома значительно увеличивает их коррозионную стойкость.
Benno Shtraus 1873-1944, Eduard Maurer 1886-1969
В Германии, уже в 1912 году, Бенно Штраус, директор научно-исследовательского института концерна Krupp Iron Works (г.Эссен), совместно с инженер Эдуардом Маурером запатентовали первую аустенитную хромоникелевую сталь, легированную хромом (21% Cr) и никелем (7% Ni).
1871-1948.jpg)
Harry Brearley 1871-1948
Тем не менее, официально принято считать, что массовое признание в мире нержавеющим сталям подарил английский металлург, сын рабочего сталевара – Гарри Бреарли. В 1908 он был приглашён возглавить научно-исследовательскую Лабораторию Брауна Фирта (Brown Firth Laboratories), только что образованную в г. Шеффилд. Она была учреждена шеффелдскими сталеплавильными компаниями: John Brown & Company и Thomas Firth & Sons. Работа Г.Бреарли была связана с изготовлением ружейных стволов. В Великобритании резко увеличилось производство оружия – страна готовилась к войне. Но изготовленные стволы имели ограниченный ресурс. Используемые для этого стали обладали хрупкостью и начинали корродировать при экстремально высоких температурах от выстрелов.
Бреарли пытался найти новые сплавы, которые бы удовлетворяли заданным свойствам: прочность и коррозионная стойкость при длительном воздействии высоких температур. Металловедение того времени, как нaука, пребывала в зачаточном состоянии. В эпоху информационного вакуума Гарри, как и многие другие, действовал интуитивно: методом проб и ошибок. Упорно и методично исследовал влияние различных добавок на прочность и жароустойчивость низкоуглеродистых сталей с содержанием хрома (Cr) от 6 до 15%. Тем временем в углу скопилась уже груда ржавых несостоявшихся образцов. Он обратил внимание, что некоторые из них сохранили свой первоначальный вид. И это при том, что в ходе своих исследований он травил отполированные образцы спиртовым раствором азотной кислоты – они всё равно не покрывались следами коррозии, а оставались блестящими, как и прежде. Это была сталь с содержанием углерода (С) 0,24%, легированная: хромом (12,8% Cr), марганцем (0,44% Mn), кремнием (0,2% Si) и др. Сплав того образца в итоге лёг в основу патента 1913 года Гарри Бреарли на Non-Rusting steel (дословно: нержавеющая сталь, англ.). В настоящий момент эта сталь имеет номер А420 по AISI и относится к мартенситным коррозионностойким сталям.
При том что, по своим свойствам полученный сплав абсолютно не соответствовал требованиям «оружейной стали», Бреарли осознавал, что коррозионная стойкость и хорошая обрабатываемость нового материала найдут применение в других областях металлургии. Город Шеффилд с XVI столетия славился своими металлическим столовыми приборами. Поэтому ничего удивительного в том, что Гарри решил использовать свою сталь для производства ножей, вилок и другой кухонной утвари. Местные фабриканты не оценили его предложения в силу, как им показалось, значительных трудозатрат для производства изделий из нового сплава. Волею судьбы в 1914 Гарри Бреали встретился со своим школьным товарищем, Эрнестом Стюартом, сотрудником мануфактуры R.F. Mosley's, специализирующейся на изготовлении столовых приборов. Именно последний предложил термин Stainless Steel, дословно с английского: «сталь без коррозии» или коррозионно-стойкая сталь. Правда стоит отметить, что Э.Стюарт не сразу поверил в существование такого сплава, но согласился изготовить несколько образцов ножей. После нескольких экспериментов Бреарли и Стюарт подобрали необходимые термические режимы, при которых сталь поддавалась обработке, а ножи не были хрупкими после охлаждения.
Первыми клиентами стали близкие и знакомые друзья, которым были розданы экспериментальные ножи с одним лишь условием. Они должны были вернуть их обратно, если на лезвиях появятся следы коррозии. Ни один нож так и не вернули. Позднее, в 1915 году в New York Times была опубликована ничем неприметная статья под названием A Non-Rusting Steel.
Спустя почти 10 лет, в 1924 году, один из последователей Гарри Бреарли – Вильям Х.Хатфилд запатентовал хромоникелевую cталь (18% Cr и 8% Ni), близкую по содержанию химических элементов и своим свойствам к аустенитным сталям марки А2 по ГОСТ ISO 3506 или А304 по AISI.
Этой статьей команда инженеров BEST-Крепёж открывает серию публикаций на интернет-портале promvest.info.
Необычный формат будет интересен, и даже полезен, многим читателям. Регулярные статьи будут знакомить Вас как с техническими аспектами нержавеющего крепежа, так и с нюансами общего их бытового применения.
За 14 лет работы компании BEST-Крепёж в наш технический отдел поступило множество разнообразных, порой весьма интересных и непростых, вопросов. Мы отобрали наиболее достойные Вашего внимания. Ответы на них могут быть полезны всем, кто так или иначе связан с нержавеющим крепежом и такелажными изделиями.
Приглашаем читателей задавать свои вопросы, касающиеся свойств нержавеющих сталей и крепёжных изделий, на сайте BEST-Крепёж в разделе Справочник.
И, возможно, ответ именно на Ваш вопрос окажется в нашей следующей публикации.
Ваш нержавеющий партнёр, Компания BEST-Крепёж
Нержавеющий металл известен с древности. Образцы изделий, устойчивых к ржавлению, найдены при раскопках на территориях Индии и Египта и датируются тысячелетиями до нашей эры. Но обычно изобретателем нержавеющей стали называют английского ученого, изобретателя и инженера Гарри Бреарли, который опытным путем установил, что если к обычной стали добавить не менее 11% хрома, получается сплав c повышенной температурой плавления, который не тускнеет и не ржавеет. Исследовательская лаборатория под руководством Бреарли во время Первой мировой войны была занята поиском способа защиты стволов винтовок от эрозии. В ходе экспериментов, пробуя создавать новые сплавы и заметил, что те металлосоединения, в которых присутствует хром, долгое время остаются сверкающими и блестящими, будто только после производства и полировки. Такие сплавы были неподатливы ржавчине, их не портили кислоты. В 1913 году Гарри Бреарли запатентовал первую мартенситную сталь, являющуюся предшественником нынешней стали под маркой AISI 420.
На самом же деле, химические свойства стали, устойчивой к коррозии, представил французский ученый-изобретатель Леон Джиллет в 1904 году. А Филипп Моннартц из Германии опубликовал результаты исследований по коррозийной стойкости нержавеющей стали в 1911 году. В 1912 году Эдуард Маурэр и Бенно Штраус из компании «Krupp Iron Works» запатентовали первую аустенитную нержавеющую сталь с содержанием 21% хрома и 7% никеля.
Нескольких лет производители не соглашались использовать нержавейку, и Бреарли решил изготовить несколько ножей на пробу производителям. Среди них оказался Эрнест Стюарт, которому принадлежит название – “нержавеющая сталь”.
В 1914 году компанией “Джордж Ибберсон & Ко” впервые запущены в производство ножи из нержавеющей стали, однако изделия не обрели популярность: их качество и внешний вид оставляли желать лучшего.
С годами применение нержавейки становилось пищевая промышленность, медицина, архитектура, электроэнергетика, машиностроение, нефтехимическая промышленность – трудно в современном мире найти сферу, в которой бы не использовалась нержавеющая сталь. Существует несколько десятков разновидностей металлопроката нержавейки, обладающих различными качествами – в зависимости от требований отрасли. Нужно ли для каких-то целей нержавеющую трубу купить, перфорированный лист или иной профиль – сегодня это не представляет сложности.
В наши дни нержавеющей сталью называет любой вид стали с содержанием хрома от 11% до 18%, который способствует образованию самообновляющейся пленки окиси хрома на уровне атомов вокруг стали. Именно эта пленка и придает стали коррозийную стойкость.
Применение нержавеющей на сегодняшний день не знает границ: ее используют практически во всех сферах деятельности человека от тяжелого машиностроения до электроники. “Нержавейка” – прекрасный материалом для производства оборудования для профессиональной кухни, ведь помимо прочности обладает такими свойствами, как гигиеничность и экологичность. Блеск нержавеющего металла привлекает современных архитекторов, дизайнеров, скульпторов. Произведения архитектурного искусства, созданные из нержавейки, отличаются своеобразной изысканностью и украшают многие города мира.
История нержавеющей стали: кто и когда ее изобрел
Читайте также: