【鎳國際論壇】不銹鋼1.0時代：早期發(fā)明發(fā)現(xiàn)和應用探索
2024年12月30日 9:50 1537次瀏覽 來源： 中國有色金屬報 分類： 銅鎳鉛鋅 作者： 國際鎳協(xié)
19世紀末—20世紀50年代初的半個多世紀，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，法國化學家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。
出生于英國冶金之都謝菲爾德市的Harry Brearley，是當?shù)刂搹SFirth公司的化學家。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偶然認識了刀具商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。
在不銹鋼1.0時代，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，并受專利法的嚴格保護，不銹鋼生產(chǎn)主要聚集在美國、德國和英國等3個國家。Harry Brearley發(fā)明了馬氏體不銹鋼（刀具鋼），并由Firth鋼廠最早進行生產(chǎn)。來自德國的Benno Strauss和Eduard Maurer共同發(fā)明了鉻鎳奧氏體不銹鋼，并于1912年申請專利、1914年在瑞典馬爾默展覽會上展出相關(guān)產(chǎn)品。來自美國印第安納州科莫市Elwood Haynes于1919年獲得了馬氏體不銹鋼的專利，另外兩位美國科學家Frederick M. Becket 和Christian Dantsizen則被認為是商業(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年在美國匹茲堡成立了專利持有公司——美國鋼鐵公司，管理不銹鋼專利的授權(quán)使用問題，對鋼廠收取20%的專利使用費。
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，其價格是普通鋼鐵價格的15倍。因此，在早期，不銹鋼主要用來生產(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備和產(chǎn)品（飛機引擎排氣閥等）。專利保護和冶煉成本的居高不下，導致全球不銹鋼產(chǎn)量到1950年才突破100萬噸。
在1930年之前，只有馬氏體、奧氏體、鐵素體等3類不銹鋼。后來，為了解決奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕和應力腐蝕問題，瑞典阿維斯塔鐵廠（Avesta Ironworks）的冶金學家發(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40年代，為了提升不銹鋼的強度，盧森堡和美國的鋼鐵公司通過向馬氏體、奧氏體不銹鋼添加鉬、鈦、鎢等合金元素，開發(fā)出了沉淀硬化不銹鋼。
在不銹鋼的早期應用階段，一些具有冒險精神的企業(yè)家發(fā)揮了引領作用。美國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年組織建設了當時世界上最高的大樓——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)受住了風雨煙塵的侵蝕。在制造業(yè)領域，巴德制造公司創(chuàng)始人Edward Gowan Budd開發(fā)了不銹鋼在火車車廂、汽車車身、飛機、卡車拖車和其他重要產(chǎn)品中的制造和應用。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“佰靈頓微風號”開創(chuàng)了不銹鋼火車車身的時代，讓火車變得更安全防火、更輕、強度更大、維護和維修更少、運行成本更低、速度更快、更舒適。后來，巴德公司把不銹鋼的應用理念擴展到更多的交通工具中。
在不銹鋼1.0時代，含鉻18%、含鎳8%的奧氏體不銹鋼是最流行的牌號，因為含鎳奧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)國際鎳協(xié)會所提供的資料整理而成）
責任編輯：任飛
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