История нержавеющей стали

Стадия зарождения развития нержавеющей стали, примерно с конца 19-го века до начала 1950-х годов, более полувека. Основные достижения на стадии зарождения нержавеющей стали включают: открытие хрома, открытие принципа пассивационной пленки хрома нержавеющей стали, изобретение коммерческой нержавеющей стали и её названия, создание системы металлургической классификации нержавеющей стали, попытки и прорывы в применении нержавеющей стали.

Обычно считается, что открытие и название коммерческой нержавеющей стали были достигнуты Гарри Бреарли. Родившийся в Шеффилде, металлургической столице Великобритании, Гарри Бреарли был химиком в компании «Фёрт», важном местном сталелитейном заводе. 20 августа 1913 года Гарри Бреарли организовал производство плавки нержавеющей стали с содержанием хрома 12,8% и углерода 0,24%. Это было первое настоящее коммерческое производство нержавеющей стали, и в июне 1914 года Гарри Бреарли случайно встретился с Стюартом, ножным мастером, и провёл пробное производство сыроварочных ножей, и Стюарт впервые использовал термин «нержавеющая сталь», который впоследствии стал широко распространённым. Стюарт впервые использовал позднее широко распространённый термин «нержавеющая сталь», а компания «Фёрт Стил» использовала то же самое название в рекламе 1915 года.

В эпоху зарождения развития нержавеющей стали, из-за того что технология выплавки была сосредоточена в руках первых изобретателей и самых ранних сталелитейных заводов, занимающихся производством нержавеющей стали, и под строгой защитой патентного законодательства, производство нержавеющей стали в основном сосредоточено в трёх странах-родинах нержавеющей стали: Великобритании, Германии и Соединённых Штатах Америки. Гарри Бреарли из Шеффилда, Англия, изобрёл мартенситную нержавеющую сталь (режущий инструментальную сталь), которая была впервые произведена на сталелитейном заводе «Фёрт». Бенно Штраус и Эдуард Маурер из Германии совместно изобрели хром-никелевую аустенитную нержавеющую сталь и подали заявку на патент в 1912 году, а в 1914 году продемонстрировали соответствующие продукты на выставке в Мальмё, Швеция. Элвуд Хейнс из Комо, Индиана, США, получил патент на мартенситную нержавеющую сталь в 1919 году, а два других американских учёных, Фредерик М. Беккет и Кристиан Данцизен, считаются изобретателями коммерческой ферритной нержавеющей стали. Для разрешения пересечений и споров по патентам на нержавеющую сталь Гарри Бреарли, Элвуд Хейнс, а также компании «Фёрт Стил», «Бетлем Стил», «Карпентер Стил», «Крусибл Стил» и «Мидвейл Стил» создали Патентное холдинговую компанию в Питтсбурге, штат Пенсильвания, в 1918 году – Американскую сталелитейную корпорацию – для управления патентами на нержавеющую сталь. Американская сталелитейная корпорация управляла лицензированием патентов на нержавеющую сталь, взимая с металлургических заводов роялти в размере 20%.

Нержавеющая сталь ранее была одним из самых сложных сплавов для выплавки и очистки, и общая стоимость выплавки легирующих элементов нержавеющей стали на стадии её зарождения была высокой по сравнению с общими производственными затратами, в 15 раз превышая цену обычной стали. Поэтому в начале нержавеющая сталь в основном использовалась для производства самых изысканных и долговечных бытовых изделий или специального оборудования и продукции, требующих особых свойств (выходные клапаны авиационных двигателей и т.д.). Патентная защита и высокая стоимость выплавки привели к тому, что к 1950 году мировое производство нержавеющей стали превысило только 1 миллион тонн.

До 1930 года существовало всего три типа нержавеющей стали: мартенситная, аустенитная и ферритная. Позже, чтобы решить проблемы межкристаллитной коррозии и стрессовой коррозии аустенитной нержавеющей стали, металлурги шведского завода «Авеста» (Avesta Ironworks) изобрели двойную нержавеющую сталь с микроструктурами как феррита, так и аустенита, которая постепенно стала популярной в 1970-х годах с улучшением процесса очистки нержавеющей стали. В 1940-х годах, чтобы повысить прочность нержавеющей стали, люксембургские и американские сталелитейные компании разработали нержавеющую сталь с осаждением твердости, добавляя молибден, титан, вольфрам и другие легирующие элементы в мартенситную и аустенитную нержавеющую сталь. На раннем этапе применения нержавеющей стали некоторые предприимчивые предприниматели сыграли ведущую роль. Основатель американской компании «Крайслер Мотор Корпорейшн» Уолтер П. Крайслер (Walter Percy Chrysler) в 1928–1930 годах организовал строительство самого высокого здания того времени – здания «Крайслер Билдинг», используя сплав «Крупп В2А», содержащий 18% хрома и 8% никеля. Стальной купол здания «Крайслер», покрытый 4500 нержавеющими стальными пластинами с содержанием никеля, весит в общей сложности 27 тонн. Более 100 лет стальной купол здания «Крайслер» выдерживает воздействие окружающей среды. В области производства Эдвард Гоун Бад, основатель компании «Бад Мануфэкчуринг Компани», разработал изготовление и применение нержавеющей стали в вагонах поездов, автомобильных кузовах, самолётах, грузовых прицепах и других важных продуктах. Компания «Бад Мануфэкчуринг» поставила нержавеющий автомобильный вагон «Бёрлингтон Бриз» железной дороге «Бёрлингтон Куинси» в Чикаго в мае 1934 года, открыв эпоху нержавеющих вагонов поездов, что сделало поезда более безопасными от огня, легче, прочнее, удобнее, быстрее, требующими меньше обслуживания и ремонта и обходящимися дешевле в эксплуатации. Позже Бад расширил понятие нержавеющей стали, включив в него больше видов транспорта.

На стадии зарождения развития нержавеющей стали аустенитная нержавеющая сталь с содержанием 18% хрома и 8% никеля была наиболее популярной маркой, так как нержавеющая сталь с содержанием никеля легче выплавлять и производить, обрабатывать и сваривать, а также обладает коррозионной стойкостью в большинстве сред.

После 1950-х годов нержавеющая стальная промышленность развивалась с высокой скоростью:

После Второй мировой войны развитие нержавеющей стали было сильно стимулировано развитием удобрительной промышленности и ядерного топливной промышленности, и благодаря появлению кислородно-конверторного процесса выплавки стали ультранизколегированная нержавеющая сталь начала коммерциализироваться в 1947 году. В 1951 году американская компания «Аллегени Ладум» разработала 201, 201L – марганцевую замещающую никель аустенитную нержавеющую сталь, чтобы справиться с нехваткой никеля во время Корейской войны.

В 1959 году Германский институт стандартизации (DIN) установил пятизначную систему обозначений для стальных материалов, где серии номеров 1.40×× – 1.46×× предназначены для нержавеющих сталей, а серии номеров 1.47×× – 1.49×× – для жаропрочных сталей и высокотемпературных материалов. Также использовались химические символы для обозначения каждого сплава с цифрами, указывающими процентное содержание элемента. Эта система обозначений позже была принята в Европе, Международной организации по стандартизации, России, Китае и других странах.

В конце 1960-х годов появились мартенситно-отпускная нержавеющая сталь, TRIP (Transformation Induced Plasticity) нержавеющая сталь, высокоферритная нержавеющая сталь с C+N≤150 ppm.

В 1977 году южноафриканская компания «Мидделбург Стил энд Аллойз» успешно выплавила ферритно-мартенситную нержавеющую сталь 3Cr12.

С 1990-х годов развитие нержавеющей стальной промышленности в традиционных рынках Европы, Америки, Японии и других странах вышло на новый уровень, начав охватывать более широкие развивающиеся рынки. После более чем десятилетнего развития к 2002 году мировое производство нержавеющей стали превысило 20 миллионов тонн.

В последние годы, из-за ряда аварий локальной коррозионного повреждения и постоянного использования новых катализаторов и новых процессов в химической перерабатывающей промышленности, на основе существующих нержавеющих сталей были разработаны специализированные нержавеющие стали с повышенной устойчивостью к стрессовой коррозии, точечной коррозии, межкристаллитной коррозии, коррозионному утомлению и т.д., такие как двойные нержавеющие стали, высокомолибденовые нержавеющие стали, высокосилициевые нержавеющие стали и т.д. Также для удовлетворения потребностей глубокой вытяжки и холодного пробивания были разработаны специальные виды нержавеющих сталей, легко поддающихся формованию.

В настоящее время серии марок нержавеющих сталей также находятся в процессе постоянного совершенствования. С конца 1960-х годов различные производственные оборудования для очистки нержавеющей стали и оборудование для непрерывного литья вступили в эксплуатацию, и мир завершил переход от титановой стаб