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.
Comments