История нержавейки началась задолго до XX века. Если верить легендам, знаменитые дамасские клинки отличались не только возможностью разрубать латы рыцарей-крестоносцев. Они еще не ржавели и почти не тупились, в отличие от европейского оружия. Но легенды легендами. Современные исследователи им не очень-то верят.
В этой статье расскажем, как на самом деле появилась нержавеющая сталь.
Делийский столб: нержавейка или нет
Железной колонне в местечке Шимайхалори, недалеко от Дели, Индия примерно 1600 лет. И вплоть до настоящего времени на ее поверхности практически нет ржавчины.
Впрочем, современные исследования доказали, что секретом создания нержавейки древние индийцы не владели. В составе материала, из которого изготовлен делийский столб, нет ни легирующих элементов, ни никеля. Последний факт опровергает и версию изготовления колонны из метеоритного железа. Долгое время ее считали основной. Неизвестных науке веществ, которые могли бы намекнуть на инопланетное происхождение тоже не обнаружено. Уфологи могут расслабиться.
Столь длительная сохранность Делийского столба объясняется сочетанием нескольких факторов.
Во-первых, на поверхности металла находится фосфорная пленка. Железо от ржавения она полностью не защищает, но атмосферное воздействие снижает. Сейчас подобные методы в создании атмосферостойких сталей тоже используют. Не исключено, что сплав с таким составом индийцы получили случайно. В то время они создавались «на глаз». Высокоточных методов и современного оборудования не было, поэтому добиться однородных по составу металлов было практически невозможно.
Во-вторых, уникальный климат местности: сухой, с минимальным образованием росы. Атмосферное воздействие на стали в этом районе минимально. Даже обычный металл ржавеет здесь медленнее, чем в прибрежных зонах.
В-третих, ритуальное использование столба. Уже сотни лет к нему стекаются десятки тысяч индуистов, для которых постройка имеет сакральное значение. За поверхностью длительное время ухаживали, в том числе, смазывая маслом. Это создавало дополнительное препятствие ржавчине.
«Хрупкая» нержавейка Пьера Бертье
В Новое время поиски нержавеющей стали начались в 1821 году. Французский металлург Пьер Бертье, изучая свойства сплавов на основе железа и хрома, обнаружил, что они не только не ржавеют на воздухе, но и устойчивы к воздействию кислот. Уже тогда ученый предположил, что материал на основе железа и хрома найдет применение. В частности, он хотел использовать его в производстве посуды.
К сожалению, технологии середины XIX века не позволили создать материал, пригодный к производству чего-либо.
Во-первых, не существовало способов производства низкоуглеродистых сталей. Высокоуглеродистые стали и без добавок хрома были хрупкими. А, мягкий и пластичный, он делал сплавы совершенно непригодными к обработке.
Во-вторых, Бертье осмыслил только сам факт того, что хром в составе придает металлу антикоррозионные свойства. Ни определить его оптимальное содержание в сплаве, ни понять природу явления французский испытатель не смог.
На пути к созданию нержавейки: Гольдшмидт, Гийе, Портвен, Моннарц
Без малого восемьдесят лет спустя берлинский химик Ханс Гольдшмидт разработал метод термальной алюминотермии. Он обнаружил, что под воздействием температурной реакции с применением алюминиевого порошка возможно добывать чистые металлы из их оксидов. Этот метод позволил уменьшить в сплаве количество углерода, открыв другим исследователям дорогу к созданию нержавейки.
В начале XX века опытами в сфере нержавеющих сталей занимались французские ученые металлурги Леон Гийе и Альбер Портвен.
В 1904 - 1906 годах Леон Гийе первым описал свойства нержавеющих сталей с разным содержанием хрома и выделил три их основные группы в зависимости от типа микроструктуры: ферритные, мартенситные и аустенитные. Эти понятия используются в металлургии по сей день. Однако свойства описанных Гийе сплавов были далеки от современных нержавеек.
Альбер Портвен, продолжая дело предшественника, в 1911 году вывел гораздо более качественный состав сплава: 17,38 % хрома и 0,12 % углерода. Сегодня сплав с таким сочетанием элементов известен как марка стали AISI 430.
Одновременно с Портвеном в Германии работал химик Филлипп Моннарц. Именно он вывел рецепт «идеального» содержания хрома в стали − 12 %. И он же экспериментально доказал, что при дальнейшем увеличении его количества антикоррозионные свойства ухудшаются.
Моннарц объяснил природу антикоррозионных свойств сплава железа и хрома: реакция свободных атомов хрома с кислородом образует на поверхности «пленку» из оксида хрома. Именно она препятствует окислению железа.
Также Моннарц обнаружил, что углерод мешает образованию «пленки», и именно поэтому предшественникам не удавалось получить соединение с требуемыми свойствами.
И наконец Моннарц доказал, что повысить антикоррозионные свойства сплава могут легирующие добавки. В экспериментах он использовал ниобий, молибден, вольфрам, титан и ванадий.
Изобретение «нержавейки»: Гарри Брирли
К сожалению, история плохо помнит предшественников. Поэтому наиболее известным оказалось имя химика-аналитика из английского Шеффилда Гарри Брирли.
Изобретение нержавеющей стали несколько романтизировано журналистами того времени. Известно, что сплав получился едва ли не случайно. Брирли бросал заготовки, которые использовал в экспериментах, в угол. В какой-то момент он обнаружил, что одна из болванок за месяц не потемнела. Изучив ее, Гарри Брирли вывел идеальный состав нержавеющей стали:
- Fe 85,3 %.
- Cr 12,8 %.
- Si 0,2 %.
- Mn 0,44%.
- С 0,24%.
Сталь именно такого состава затем стали использовать в промышленности, и именно она стала первой официальной «нержавейкой» в истории.
Писали и о том, что секрет нержавеющей стали знал еще отец Гарри Брирли − он работал простым сталелитейщиком на одной из шеффилдских мануфактур. Именно он заразил будущего ученого идеей поиска и научного обоснования этого материала. Насколько эти истории соответствуют действительности, спустя 100 лет сказать сложно.
А факты таковы. Гарри Брирли руководил одной из многочисленных европейских химических лабораторий, целью которых было создание более качественных металлических сплавов. Известные на тот момент углеродистые сплавы были недостаточно прочны и устойчивы к физическим нагрузкам.
Интерес к созданию высококачественных сталей шел с самого верха. Назревала Певая мировая война, и ведущие европейские государства вели оружейную гонку. Современное оружие требовало современных материалов.
Близкие по свойствам материалы практически одновременно появились в нескольких местах, поэтому в полной мере называть Гарри Брирли единственным изобретателем нержавеющей стали нельзя. Но и недооценивать его роль не стоит. Именно его технологию быстрее всех внедрили в реальное производство и именно она в конечном итоге приобрела мировую известность.
Подписывайтесь на канал, если хотите знать о металлургии и металлических изделиях еще больше.
«Новаметалл Трейд» — один из ведущих производителей металлопроката и металлических изделий в России. На рынке с 2010 года.
Статья написана по материалам сайтов popmech.ru, kommersant.ru, ansplav.ru, wikipedia.org