【鎳國(guó)際論壇】不銹鋼1.0時(shí)代:早期發(fā)明發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用探索
2024年12月30日 9:50 581次瀏覽 來(lái)源: 中國(guó)有色金屬報(bào) 分類: 銅鎳鉛鋅 作者: 國(guó)際鎳協(xié)
19世紀(jì)末—20世紀(jì)50年代初的半個(gè)多世紀(jì),不銹鋼的發(fā)展經(jīng)歷了萌芽階段。這一階段的主要成就包括鉻元素的發(fā)現(xiàn)、不銹鋼鉻鈍化膜原理的發(fā)現(xiàn)、商用不銹鋼的發(fā)明和命名、不銹鋼冶金分類體系構(gòu)建以及不銹鋼應(yīng)用的嘗試與突破。
鉻元素是合金鋼成為不銹鋼的決定性元素。1797年,法國(guó)化學(xué)家Louis Nicholas Vauquelin 在產(chǎn)自西伯利亞的鉛丹礦石中發(fā)現(xiàn)了氧化鉻,并在1798年分離出了金屬鉻。
出生于英國(guó)冶金之都謝菲爾德市的Harry Brearley,是當(dāng)?shù)刂搹SFirth公司的化學(xué)家。1913年,Harry Brearley組織生產(chǎn)了一爐不銹鋼,其中的鉻含量為12.8%、碳含量0.24%。這是不銹鋼第一次真正意義上的商業(yè)化生產(chǎn)。1914年6月,Harry Brearley偶然認(rèn)識(shí)了刀具商Stuart并與其共同試制了不銹鋼奶酪刀。在此次生產(chǎn)中,他們首次使用“不銹鋼”(Stainless Steel)這一術(shù)語(yǔ)。
在不銹鋼1.0時(shí)代,由于冶煉技術(shù)集中掌握在早期的發(fā)明者和最早從事不銹鋼生產(chǎn)的鋼廠手中,并受專利法的嚴(yán)格保護(hù),不銹鋼生產(chǎn)主要聚集在美國(guó)、德國(guó)和英國(guó)等3個(gè)國(guó)家。Harry Brearley發(fā)明了馬氏體不銹鋼(刀具鋼),并由Firth鋼廠最早進(jìn)行生產(chǎn)。來(lái)自德國(guó)的Benno Strauss和Eduard Maurer共同發(fā)明了鉻鎳奧氏體不銹鋼,并于1912年申請(qǐng)專利、1914年在瑞典馬爾默展覽會(huì)上展出相關(guān)產(chǎn)品。來(lái)自美國(guó)印第安納州科莫市Elwood Haynes于1919年獲得了馬氏體不銹鋼的專利,另外兩位美國(guó)科學(xué)家Frederick M. Becket 和Christian Dantsizen則被認(rèn)為是商業(yè)鐵素體不銹鋼的發(fā)明者。為了解決不銹鋼專利的交叉和爭(zhēng)議,Harry Brearley、Elwood Haynes和Firtth鋼廠、Bethlehem鋼廠、Carpenter鋼廠、Crucible鋼廠、Midvale鋼廠于1918年在美國(guó)匹茲堡成立了專利持有公司——美國(guó)鋼鐵公司,管理不銹鋼專利的授權(quán)使用問(wèn)題,對(duì)鋼廠收取20%的專利使用費(fèi)。
不銹鋼曾經(jīng)是最難冶煉和精煉的合金之一,不銹鋼萌芽階段的合金元素冶煉成本總體生產(chǎn)成本高,其價(jià)格是普通鋼鐵價(jià)格的15倍。因此,在早期,不銹鋼主要用來(lái)生產(chǎn)制造最精美、最耐用的民用產(chǎn)品,或者需要特殊性能的專用設(shè)備和產(chǎn)品(飛機(jī)引擎排氣閥等)。專利保護(hù)和冶煉成本的居高不下,導(dǎo)致全球不銹鋼產(chǎn)量到1950年才突破100萬(wàn)噸。
在1930年之前,只有馬氏體、奧氏體、鐵素體等3類不銹鋼。后來(lái),為了解決奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕問(wèn)題,瑞典阿維斯塔鐵廠(Avesta Ironworks)的冶金學(xué)家發(fā)明了兼具鐵素體和奧氏體顯微結(jié)構(gòu)的雙相不銹鋼,20世紀(jì)70年代后,這種不銹鋼隨著不銹鋼精煉工藝的完善逐漸流行。20世紀(jì)40年代,為了提升不銹鋼的強(qiáng)度,盧森堡和美國(guó)的鋼鐵公司通過(guò)向馬氏體、奧氏體不銹鋼添加鉬、鈦、鎢等合金元素,開(kāi)發(fā)出了沉淀硬化不銹鋼。
在不銹鋼的早期應(yīng)用階段,一些具有冒險(xiǎn)精神的企業(yè)家發(fā)揮了引領(lǐng)作用。美國(guó)克萊斯勒汽車公司創(chuàng)始人沃爾特.P.克萊斯勒(Walter Percy Chrysler)于1928—1930年組織建設(shè)了當(dāng)時(shí)世界上最高的大樓——克萊斯勒大廈,使用了克虜伯公司V2A合金,含鉻18%,含鎳8%??巳R斯勒大廈的鋼結(jié)構(gòu)冠頂,由4500塊含鎳不銹鋼板材覆蓋,總重達(dá)到27噸。在100多年后,克萊斯勒大廈的不銹鋼冠頂經(jīng)受住了風(fēng)雨煙塵的侵蝕。在制造業(yè)領(lǐng)域,巴德制造公司創(chuàng)始人Edward Gowan Budd開(kāi)發(fā)了不銹鋼在火車車廂、汽車車身、飛機(jī)、卡車拖車和其他重要產(chǎn)品中的制造和應(yīng)用。巴德制造公司1934年5月向芝加哥佰靈頓昆西鐵路公司交付了不銹鋼車身的“佰靈頓微風(fēng)號(hào)”開(kāi)創(chuàng)了不銹鋼火車車身的時(shí)代,讓火車變得更安全防火、更輕、強(qiáng)度更大、維護(hù)和維修更少、運(yùn)行成本更低、速度更快、更舒適。后來(lái),巴德公司把不銹鋼的應(yīng)用理念擴(kuò)展到更多的交通工具中。
在不銹鋼1.0時(shí)代,含鉻18%、含鎳8%的奧氏體不銹鋼是最流行的牌號(hào),因?yàn)楹噴W氏體不銹鋼更容易冶煉生產(chǎn)、加工制作和焊接,在大多數(shù)環(huán)境中具有耐腐蝕性能。
(本文根據(jù)國(guó)際鎳協(xié)會(huì)所提供的資料整理而成)
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