Исторический обзор. Нержавеющая сталь

Александр Марьянко ИСТОРИЧЕСКИЙ ОБЗОР. НЕРЖАВЕЮЩАЯ СТАЛЬ

Окончательный переход к железу нашими далекими пращурами был, вероятно, омрачен необходимостью изыскания средств борьбы с вездесущей коррозией. Поиски способа создать нержавеющую сталь уходят корнями а глубину веков, но практически до начала XIX-го века человечеству приходилось довольствоваться уходом за сталью, полировкой поверхности и созданием разнообразных защитных слоев и покрытий. Только в 1819 году в ходе экспериментов английских ученых Фарадея и Стодарта был получен первый сплав железа с хромом (феррохром) и была продемонстрирована его повышенная сопротивляемость коррозии. Добавив в фарадеевский феррохром углеродистую сталь, французский ученый Бертье получил первый образец коррозионностойкой стали из которой было отковано несколько клинков. Они выделялись хорошей стойкостью режущей кромки, но не отличались особой антикоррозионной стойкостью в кислотной среде и даже в морской воде. Позже удалось установить, что содержание хрома в тех ножах было менее 3%.

Юлиус Баур запатентовал в Нью-Йорке в 1865 году хромистый сплав, высокие прочностные свойства которого предлагалось использовать на решетках и сейфах. Ножовщики Фредерик Адольф Уилл и Юлиус Финк из Сан-Франциско попытались использовать этот сплав для клинков своих ножей, но они быстро темнели и страдали от питтинговой коррозии. Оказалось, что этот сплав имел 5–7% хрома. В таком количестве хром без легирования никелем вместо замедления коррозии служил катализатором процесса окисления железа. После того, как это было доказано английским металлургом Робертом Хадфилдом в 1892 г., эксперименты с химическим составом нержавеющей стали на некоторое время приостановились.

Эстафету приняли немецкие ученые, которым в начале 20-го века удалось, наконец, получить коррозионностойкую сталь. Независимыми путями шли английский ученый из Шеффилда Гарри Бреали и американец Элвуд Хайнс, чье имя связано с изобретением кобальто-вольфрамового сплава, известного под названием "Стеллит".

Оба установили, что увеличение количества хрома до 11 % в углеродистой стали, даже без никеля, обеспечивало хорошую коррозионную стойкость в ограниченно агрессивной среде. При этом на чистой металлической поверхности возникает характерное для хромистых сплавов пассивное состояние. Это химическое состояние поверхности, наблюдаемое также на благородных металлах, связано с образованием на ней субмикроскопического оксидного слоя, состоящего на нержавеющих сталях из оксида хрома, который и обеспечивает им химическую стойкость. В то же время такую сталь можно было закаливать как обычную, высокоуглеродистую. Это было очень важно, так как более стойкая к воздействию коррозии хромоникелевая сталь закалку не воспринимала. Было установлено, что для достижения требуемых свойств ножевых сталей важны химический состав и термическая обработка. В зависимости от требуемых свойств содержание хрома варьируется и дополняется введением марганца, молибдена и других легирующих элементов.

В 20-х годах нержавеющая сталь заняла доминирующее место на североамериканском и европейском рынке кухонных ножей и столовых приборов. Ножи из нее производились в 30-х годах и в Златоусте. Тем не менее, качество ширпотреба было крайне далеко от того, которое достигалось в лабораториях. Причиной этого был остаточный аустенит — сравнительно мягкая структура, которая в больших количествах образуется в ножах при закалке и сильно отличается от твердого мартенсита, который обеспечивает высокие режущие свойства клинка. В высокохромистых сталях (типа 440C) количество остаточного аустенита после закалки может доходить до 60 % и даже 80 %. Превращать остаточный аустенит в мартенсит научились только в 50-х годах, но за этот срок репутации ножевой нержавеющей стали был надолго нанесен непоправимый ущерб. Решение проблемы было найдено Эмерсоном Кейзом (Case), президентом Robeson Cutlery Co. (Rochester, New York). Ему помогла серия научных работ конца 40-х — начала 50-х годов по исследованию влияния низкотемпературного воздействия на свойства коррозионностойких сталей, используемых в авиации, полярных регионах, в холодильной и химической промышленности.

В результате на свет появился процесс криогенного охлаждения «Frozen Heat» («Замороженое Тепло»). Клинки помещаются в лотки и нагреваются до температуры, незначительно превышающей обычную температуру закалки. После этого они помещают в ванну с закалочной средой (маслом) с температурой 60 °C, где и выдерживаются до того момента, пока не достигнут температуры закалочной среды. Затем клинки очищаются, помещаются плотно в обжимки для исключения коробления и переносятся в охлаждающую камеру, где выдерживаются в твердой углекислоте (-78 °C), либо в жидком азоте (-196 °C), После этого происходит нагрев для снятия остаточных напряжений и охлаждение до комнатной температуры.