Нержавіюча (Неіржавна) Сталь Історія Винайдення
Стаття про історію появи (винайдення) розвиток та вдосконалення нержавіючої сталі. Використання нержавійки людством в майбутньому.
Нержавіюча (неіржавна) сталь - історія винайдення, розвиток, вдосконалення, майбутнє
Історія нержавіючої сталі почалася декілька століть тому. Ще в далекому 1797 році, вчений-хімік Луї Ніколя Воклен, що активно досліджував властивості хрому, виявив досить унікальну особливість цього металу - надзвичайну високу стійкість до дії кислоти. Але пройшло дуже багато років, перш ніж це важливе відкриття знайшло практичне застосування в різних сферах людського життя.
У 1820 р. Майкл Фарадей відзначив здатність сплаву хрому із залізом чинити опір кислотній корозії. Але вчений ще не знав про важливу роль низького вмісту вуглецю і не зміг отримати сплав із високим вмістом хрому.
У 1821 р. французький дослідник П'єр Бертьє зміг довести, що додавання нікелю до складу металу робить його стійким до іржі. Щоправда, у цього попередника нержавіючої сталі виявилася інша проблема. Матеріал виходив дуже тендітним, що було серйозним недоліком його використання.
Згадки про використання нержавіючої сталі датуються також 1850-ми роками. Металург і винахідник Генрі Бессемер зміг розробити процес виробництва сталі із залізної руди. Процес Бессемера використовувався для створення різноманітних сталевих виробів, в тому числі столових приладів.
Німецький хімік Ганс (Ханс) Гольдшмідт розробив метод термальної алюмінотермії. Ним було виявлено, що під впливом температурної реакції із застосуванням алюмінієвого порошку можливо добувати чисті метали з їх оксидів. Терміт винайдено у 1883 р. і отримано патент у 1895 р. Процес горіння терміту отримав назву «реакція Гольдшмідта» або «процес Гольдшміта». Цей метод дозволив зменшити в сплаві кількість вуглецю. Так було відкрито іншим дослідникам і науковцям дорогу до створення нержавіючої сталі.
У 1904 - 1906 р. Леон Гійє першим надає опис властивостей нержавіючих сталей з різним вмістом хрому. В залежності від типу мікроструктури він виділяє три основні групи: ферритні, мартенситні і аустенітні. Цей поділ використовується в металургії і в наш час. Однак, властивості сплавів, що описав Гійє, були ще далекі від сучасної нержавіючої сталі.
В 1904 р. для виробництва бритви Джиллет використовував сплав, хімічні властивості якого добре протистояли корозійним процесам.
Альберт Марсель Жермен Рене Портевін (Альберт Портвен) у 1905 році вивчав сталеві сплави в "Établissements de Dion-Bouton" і використовував мікрографію для дослідження хромистої сталі з різним вмістом хрому на предмет її стійкості до корозії. Він зрозумів, що понад 9% хрому робить сталь стійкою до кислот. Після визначення оптимального рівня хрому він брав участь у зменшенні проблеми, викликаної крихкістю. Портевін вивчив криві охолодження для сплавів кадмій бісмут і почав проводити термічний аналіз для вивчення усадки, крихкості та твердості. Він визначив показники ливарності (здатність заповнювати форми), зварюваність і загартовування. Він знайшов способи зменшити крихкість нержавіючих сталей, щоб зробити їх придатними для виробничих процесів, вивчивши переходи між мартенситом і аустенітом. Продовжуючи справу своїх попередників, в 1911 р. він винайшов набагато більш якісний склад сплаву: 17,38% хрому і 0,12% вуглецю. Сьогодні сплав з таким поєднанням хімічних елементів відомий як нержавіюча марка сталі AISI 430 (12Х17).
Німецький вчений Філіп Моннартц (Моннарц) у 1911 р. опублікував свої результати вивчення корозійностійкої сталі. Він вивів рецепт «ідеального» вмісту хрому в сталі - 12%. Йому вдалося експериментально довести, що при подальшому збільшенні кількості хрому - антикорозійні властивості сплаву погіршуються. Моннартц пояснив природу антикорозійних властивостей сплаву заліза і хрому як реакцію вільних атомів хрому з киснем і утворенням на поверхні металу «захисної плівки» з оксиду хрому. Саме вона і запобігає окисленню заліза. Моннартц також встановив, що вуглець перешкоджає утворенню «плівки», і саме тому його попередникам не вдавалося отримати стійке з'єднання з необхідними властивостями. Йому вдалося довести, що підвищити антикорозійні властивості нержавіючого сплаву можуть легуючі добавки. В своїх експериментах він використовував ніобій, молібден, вольфрам, титан і ванадій.
Е. Мауер та Б. Штраус у 1912 р. отримали патент на аустенітний нержавіючий склад з високим вмістом хрому та нікелю. Патент (сталь була запатентована німецькими інженерами Krupp) стосувався аустенітної сталі.
Надалі над початковим рецептом нержавіючої сталі працювала ціла низка відомих авторів. Одним з них був Елвуд Хейнс. Він подав документи для отримання патенту на рік раніше за Бреарлі ⇓ (офіційний творець неіржавної сталі), але зміг отримати його пізніше - лише через сім років.
Основна офіційна версія
Офіційно творцем нержавіючої сталі вважають металурга Гаррі Бреарлі (Брірлі) - англійського дослідника. На початку 20 століття він очолював лабораторію з вивчення металів. Діяльність лабораторії курували сталеплавильні компанії Шеффілда. Їх основною і першорядною метою було вивчення сталевих сплавів, що призначалися для виготовлення стволів зброї.
Намагаючись створити сплав з високою міцністю і відмінною жаростійкими характеристиками, Бреарлі додавав до заліза різні присадки і дослідним способом досліджував властивості металу. Невдалі зразки зберігалися в лабораторії та через деякий час починали іржавіти. Одного разу вчений зауважив, що одне із заготовляння, відлите більше як місяця тому, не вкрилося іржею, а зберегло свій первісний блиск. Саме робота в цьому напрямку і призвела надалі до створення по-справжньому нержавіючої сталі. Її перший у світі зразок Брірлі виплавив у своїй лабораторії в електричній печі⏳ 13 серпня 1913 року. Сплав містив 0,24% масу вуглецю і 12,8% масу хрому.
Цей склад сталі, що був винайдений випадково, і було взято основою сучасних нержавіючих сплавів. До його складу входили такі елементи як залізо, хром, марганець, вуглець та кремній. Саме Гаррі Бреарлі 1913 р. отримав патент на перший мартенситний сплав, що став попередником сучасної марки за стандартом AISI 420.
Бреарлі був визнаний основоположником і головним дослідником подальших теоретичних та практичних розробок у галузі нержавіючої сталі.
Ним було продовжено свої досліди з незвичайним матеріалом. Поступово він з'ясував, що склад матеріалу достатньо стійкий до впливу різних кислот. Безперечно, у нової сталі був великий потенціал в майбутньому. Попри те, що в виробництві зброї, на той час, застосування нержавіюча сталь не знайшла, її успішно можна було використовувати в інших сферах життєдіяльності людини.
Вченим було запропоновано деяким провідним металургійним компаніям використовувати прокат із незвичайними хімічними властивостями для виготовлення столових приладів. Але зацікавленості з боку виробників не було. Вони вважали цей матеріал безперспективним, дорогим у виробництві та відмовилися виготовляти продукцію та просувати її на ринку. І подальша доля нержавіючої сталі опинилася під великим питанням. Але вже через один рік вдача посміхнулася. Один співробітник компанії (Е. Стюарт), що спеціалізувалася на виготовленні столових приладів, погодився задля експерименту випустити пробну партію ножів. На подив, виготовлена продукція змогла отримати надзвичайно високу оцінку серед споживачів. А, після удосконалення технології виготовлення, компанія Шеффілда визнала дуже хороші перспективи нового винаходу на ринку.
За своє досягнення в 1920 Брірлі був нагороджений золотою медаллю Бессемера. Заслуга Брірлі як першовідкривача визнається також провідною організацією за матеріалами ASM International, яка була заснована того ж 1913 року. Щоправда, за її інформацією, цей вилив під номером 1008 року металург зробив 20 серпня 1913 року. Склад сплаву - 12,8% хрому, 0,44% марганцю, 0,2% кремнію, 0,24% вуглецю та 85,32% заліза.
Практично всі дослідження нержавіючих сталей було перервано Першою світовою війною, але у 1920-х роках роботи з них відновилися. Брірлі залишив лабораторію Брауна Ферта в 1915 через розбіжності щодо патентних прав, але дослідження тривали під керівництвом його наступника доктора Вільяма Хетфілда. Саме Хетфілду приписують розробку в 1924 р. нержавіючої сталі «08Х18», яка навіть сьогодні, ймовірно, є найбільш широко використовуваним сплавом цього типу. Крім хрому (18% масою), він має у складі нікель (8% масою).
Так виробництво поступово набирало обертів. І вже усього через декілька років на винахід було отримано патенти в Європі, США та Канаді. В результаті співпраці Бреарлі та Хейнса було створено міжнародну корпорацію з виробництва та виготовлення продукції з мартенситних та феритних нержавіючих сталей.
Сталь, що містила хром почали робити ще в Персії (Ірані) ?
Дослідники з Великобританії прийшли до висновку, що перси додавали до складу сталі хром для поліпшення її антикорозійних властивостей. Вчені змогли прийти до такого висновку проаналізувавши середньовічні перські рукописи з археологічної пам'ятки Чахак (південь сучасного Ірану). В деяких історичних рукописах XII-XIX століть це невелике нині село описана як центр виробництва сталі. В одному з таких рукописів - «аль-Джамахірія фі Маріфа аль-Джавахір» і містилися відомості про додавання в тигельну сталь мінералу хроміту. Також вчені піддали радіовуглецевому аналізу шматочки деревного вугілля з тигельного і ковальського шлаку. Також було застосовано електронну мікроскопію, щоб розглянути найдрібніші елементи знайденого матеріалу. Археологи знайшли те, що, на їхню думку, є свідченням того, що тигельна сталь з низьким вмістом хрому в 11 столітті існувала на території нинішнього Чахака. Метал використовувався для виготовлення зброї (мечі, кинджали). До сталі також додавався фосфор, що робило такий метал крихким. Хрому в перської сталі було близько 1%.
Це дослідження означає, що у нержавіючої сталі набагато довша історія.
Широку популярність серед світової громадськості нержавіюча сталь здобула трохи більше ніж 100 років тому, після виходу публікації в New York Times. В ній йшлося про технологічний прорив, здійснений компанією Шеффілда. За заявою британського виробника, новий вид виробів не схильний до корозії, не втрачає початкового блиску під впливом води та кислот, не покривається плямами і не тьмяніє з часом. Спочатку новий сплав призначався лише для виготовлення столових приладів. Через декілька років він почав використовуватися в різних галузях промисловості та машинобудування.
У 1930-х роках нержавіюча сталь стала більш доступною завдяки розвитку електродугової печі. Цей процес дозволив виробляти велику кількість нержавіючої сталі за короткий проміжок часу. У цей період також з'явилися нові сплави, такі як аустенітна нержавіюча сталь, яку використовували для створення різноманітних виробів, включаючи кухонне начиння, ювелірні вироби та автомобільні деталі.
У 1940-х і 1950-х роках нержавіюча сталь широко використовувалася в будівництві будівель, мостів та кораблів. Її також використовували в багатьох інших галузях. Так вона активно застосовувалася в автомобілебудуванні, медицині, виробництві побутової техніки.
Сучасне життя неможливо уявити без нержавіючої сталі. Коли неї почали використовувати в промисловості, це дало змогу суттєво спростити чималу кількість технологічних процесів і допомогло модернізувати виробництво та вивести його на новий рівень розвитку.
Вчені, інженери, науковці які були причетні до появи нержавіючої сталі
Луї Ніколя Воклен
У 1797 р. відкрив новий елемент - хром. Він виявив його у сибірській червоній свинцевій руді. В 1798 р. отримав хром у вільному стані.
Майкл Фараде́й
У 1820 р. помітив здатність сплаву хрому із залізом чинити опір кислотній корозії. Але ще не зміг отримати сплав із високим вмістом хрому.
П'єр Бертьє
У 1821 р. французький дослідник довів, що додавання нікелю до складу металу робить його стійким до іржі.
Генрі Бессемер
Розробив процес виробництва сталі із залізної руди, що використовувався для створення сталевих виробів, зокрема столових приладів.
Ганс (Ханс) Гольдшмідт
Винайшов метод, що дозволив зменшити в сплаві кількість вуглецю. Це спростило шлях до створення нержавіючої сталі.
Леон Гійє
У 1904 - 1906 р. Леон Гійє описує властивості нержавійки з різним вмістом хрому. Виділяє три групи: феритна, мартенситна, аустенітна.
Альберт Портевін (Портвен)
Знайшов способи для зменшення крихкості нержавіючих сталей, щоб зробити їх придатними для виробничих процесів.
Філіп Моннартц (Моннарц)
Знайшов рецепт «ідеального» вмісту хрому в сталі - 12%. Пояснив природу антикорозійних властивостей нержавіючої сталі.
Гаррі Бреарлі (Брірлі)
У 1913 році він розробив сплав заліза, хрому та нікелю, стійкий до корозії. Пізніше сплав отримав назву "нержавіюча сталь".
Фрідріх Бергіус
Розробив процес вироблення синтетичного палива з вугілля та метод виробництва нержавіючої сталі у великих кількостях.
Елвуд Хейнс (Ельвуд Гейнс)
Розробив сплав хрому і сталі, стійкий до корозії і високих температур. Його компанія Haynes Stellite великий виробник нержавіючої сталі.
Вільям Хетфілд
В 1924 р. розробив нержавіючу сталь «08Х18», яка і сьогодні широко використовується. Крім хрому 18%, сплав має у своєму складі нікель 8%.
З моменту винайдення, світове споживання нержавіючих сплавів постійно зростає і за прогнозами дослідників ця тенденція збережеться в найближчі 100 років.
У 1914 р. світове виробництво нержавіючої сталі було десь близько 100 тонн. А в 1934 р. виробництво тільки в США оцінювалося приблизно 42 тис тонн. У 2011 р. у всьому світі було вироблено понад 32 млн тонн.
В наш час деякі автовиробники розпочинають виготовляти корпуси автомобілів виконанні із нової нержавіючої холодно-катаної сталі 30X, заявленої як, «надтверда». Такий сплав вже пройшов обкатку, але не на дорогах, а в космосі, ставши частиною надважкої ракети-носія. Для унікальної «нержавійки» вже майже прокладено шлях аж на Марс, з абсолютною впевненістю, що така сталь витримає випробування.
Все частіше з'являються повідомлення про використання сплаву 304L в кузовах деяких автомобілів. Міцні властивості матеріалу дозволяють йому добре чинити опір не тільки ударам, а й прямим попаданням з дев'ятиміліметрової зброї.
Не дивлячись на розвиток всіх сплавів і економічну плутанину останніх десятиліть, виробництво сплавів, що містять нікель серії 300 все ще становить близько двох третин всього рівня світового виробництва нержавіючої сталі. До того ж нікель використовується також у сталі 200-ї серії, у дуплексних та дисперсійних твердих серіях, а також у деяких мартенситних та супер-феритних сплавах.
Чому ж попит на сплави, що містять нікель, зберігається на високому рівні ? На це питання є проста відповідь: властивостям, які забезпечує нікелева складова сталі, надається величезне значення: хороша зварюваність та здатність до формозміни нержавіючих сталей серії 300. Зростання попиту на нержавіючі сталі, що продовжується, також сприяли численні заходи різних асоціацій з розвитку нержавіючої сталі, заснованих у різних країнах світу.
Але що ж чекає на нержавіючу сталь у майбутньому ? Звичайно, стовідсоткової впевненості бути не може, але є обґрунтовані припущення: продовжуватиметься зростання попиту на всі нержавіючі сталі як ті що мають у своєму складі нікель та і на ті що не містять нікелю. У міру зростання земного населення і рівня його доходів люди купуватимуть більше високоякісних товарів, технологічних в експлуатації та з довгим терміном придатності. І суспільство, і законодавці хочуть забезпечити високі стандарти функціонування харчової промисловості та промисловості алкогольних та безалкогольних напоїв, щоб запобігти забрудненню продуктів бактеріями. Це, у свою чергу, призведе до зростання попиту на нержавіючі сталі. Ми вже зараз бачимо, що і все молочне обладнання, і навіть стійла в хлівах виготовлені з нержавіючої сталі, щоб після кожного використання їх можна було легко піддати дезінфекції.
У промисловості, що має справу з питною водою та обробкою стічних вод, гігієнічні стандарти також високі. Використовуване обладнання всіх станцій, крім опріснювальних, що працюють з солончаковою або морською водою потребують високолегованих нержавіючих сталей. Таке обладнання буде й надалі вироблятися в основному зі сталі марок 304L та 316L.
Престижні будівлі з довговічними фасадами з нержавіючої сталі будуть залишатися популярними. У той же час продовжиться зростання використання нержавіючої сталі в прихованих для очей конструкціях, таких як трубопроводи, кріпильні деталі та протипожежне обладнання.
Все більший обсяг нержавіючої сталі використовуватиметься у виробництві громадського пасажирського транспорту, причому такої сталі, яка зможе задовольнити потреби в довговічності та низьких експлуатаційних витрат, зниження ваги транспортних засобів та зростання безпеки пасажирів.
Зі зростанням сфер застосування нержавіючої сталі з'являтимуться нові марки. Наприклад, у промисловості виробництва електроенергії, де високі температури пари дають більший коефіцієнт конверсії палива, необхідні нові економічні марки нержавіючої сталі. У промисловості хімічної обробки турбота про безпеку та захист навколишнього середовища призведе до збільшення використання аустенітних та дуплексних нержавіючих сталей.
Протягом наступних ста років всесвітня стандартизація та раціоналізація сплавів нержавіючої сталі, що вже набирає хід, буде завершена. Збільшиться рентабельність заводів з виробництва нержавіючої сталі, що в результаті виявиться на користь і кінцевому споживачеві, проте нержавіюча сталь марки 304 буде залишатися найпоширенішим сплавом з усіх вироблених.
Ще більше збільшиться і так високий (близько 90%) коефіцієнт переробки у повторний обіг після закінчення терміну служби нержавіючих сталей, так як дедалі більше людей розумітимуть важливість відновлення цінних елементів, що містяться в цих сплавах.
Люди останні сто років були свідками шляху, який пройшла нержавіюча сталь від лабораторних досліджень до використання в нашому повсякденному житті. Ми можемо тільки розмірковувати про те, що з нею може статися за наступні сто років, хоча в одному ми впевнені точно: нікель і нержавіючі сталі будуть і надалі широко використовуватись і вірно служити людству.
Космічна промисловість, автомобілебудування, суднобудування, медицина, хімічна, архітектура, будівництво, дизайн, інтер'єр та ін. - саме ті галузі де буде зростати споживання нержавіючого металу.
URL джерело: Нержавіюча (Неіржавна) Сталь Історія Винайдення
Відгуки
Нержавійка
Першокласна стаття !
Ще прохання добавити до осіб які причетні до винайдення та вдосконалення нержавійки німецького хіміка Ганса Гольдшміта. Ві зумів винайти алюмінотермічний спосіб одержання сплаву. Цей спосіб став важливим при вдосконаленні нержавійки: завдяки йому у сплаві було можливим значно зменшити вміст вуглецю. А це дуже важливо доя нержавіючої сталі. Отже Гольдшміта теж можна вважати в деякій мірі причетним до розробки цього прекрасного матеріалу.
Дякую !
Відповідь власника:
Доброго дня !
Дякуємо за підказку. Все виправили і добавили в статтю цю особистість.
Дякуємо.
Нержавіюча сталь
Дякую за прекрасний огляд. Видно що автор добре попрацював. Реконструкція старих фотографій тільки чого коштує !
Неіржавна Сталь
Гарна стаття. Все детально розписано і водночас зрозуміло для пересічної людини.