不锈钢之父享利·布雷尔利发家史

不锈钢的发明和使用历史,要追溯到第一次世界大战时期,清政府灭亡之后。

第一次世界大战时,英国在战场上的枪支,总是因枪膛磨损不能使用而运回后方。军工生产部门命令研制高强度耐磨合金钢的英国科学家享利·布雷尔利(HarryBrearley),专门研究解决枪膛的磨损问题。1913年,受英国政府军部兵工厂委托,布雷尔利和其助手搜集了国内外生产的各种型号的钢材,各种不同性质的合金钢,在各种不同性质的机械上进行性能实验,然后选择出较为适用的钢材制成枪枝。享利·布雷尔利在英国雪菲德郡一间冶金实验室进行研发工作。他把不同的元素掺入钢里来模铸枪管,再测试其硬度。他知道钢是碳和铁的合金,也知道还有许多元素也能加进铁里,用来加强或减弱铁的性质,但没有人知道其原因。于是他开始尝试,把铁熔解后加入各种成分,以观察效果。

享利·布雷尔利的研究毫无进展。新铸的枪管如果不够硬,他就扔到角落。

英国雕塑家安尼施•卡普尔(AnishKapoor)在芝加哥千禧公园的作品“云门”

一天,他们实验了一种含大量铬的合金钢,经耐磨实验后,查明这种合金并不耐磨,说明这不能制造枪支,于是,他们记录下实验结果,往墙角一扔了事。奇迹出现在几个月后的一天,一位助手发现那堆生锈的枪管里有东西在闪闪发亮。助手没有置之不理,反而打消去酒吧的念头,找出那根没生锈的枪管,立刻明白了它的重要性。他手上拿的是世界上第一块不锈钢。助手拿着一块锃光瓦亮的钢材兴冲冲跑来对布雷尔利说:“先生,这是我在清理仓库时发现的毛拉先生送来的合金钢,您是否实验一下,看它到底有什么特殊作用!”“好!”布雷尔利看着光亮耀眼的钢材,高兴地说。

机会,只留给有准备的头脑。实验结果证明:它是一块不怕酸、碱、盐的不锈钢。这种不锈钢是德国的毛拉在1912年发明的,然而,毛拉却并不知道这种不锈钢有什么用途。这么重大的发现就这样从毛拉的鼻尖下溜过。但不得不说,“失之交臂”本身就是自己的原因。从来就没什么“差一点就中大奖”的说法,没有就是没有。

另一种说法是,不锈钢就是享利·布雷尔利本人发明的,在一次实验中,他掺入的两种成分是碳和铬,因为比例刚好,意外创造出非常特别的晶体结构,让碳原子和铬原子同时嵌入铁晶体内。铬没有让铁变硬,所以他把掺铬的枪管扔了,但没想到铬产生的效用更有趣。钢接触到空气和水时,通常会在表面发生化学反应,形成氧化铁,也就是俗称铁锈的红色矿物质。铁锈剥落后,新的钢面又会受空气和水侵蚀,使得生锈成为钢铁的痼疾。但掺入铬就不同了。铬很像某些特别有礼貌的客人,氧还没碰到主人铁原子,铬就抢着先跟它反应形成氧化铬。氧化铬是透明坚硬的矿物质,对铁的附着力极强。它不会剥落,从外表又看不见,有如一道隐形的化学保护膜把钢铁完全包住。此外,这层膜也具有自我修复的能力,即使不锈钢的表面磨到了,使保护膜遭到破坏,它也会自行复原。

最初以怀着军事目的而研发生产制造出的不锈钢,布雷尔利心里却盘算道:“这种不耐磨却耐腐蚀的钢材,不能制枪枝,是否可以做餐具呢?”他说干就干,动手制作了不锈钢的水果刀、叉、勺、果盘及折叠刀等。

布雷尔利为了解决不锈钢刀具的硬度问题,误打误撞解决了剃刀生锈的毛病,创造出有史以来最锋利的刀刃,进而改变了无数人的面容与肌肤。让刮胡子成为在家也能做的事情后,街头混混也意外地多了一种新武器,就是便宜耐用的刀片,而且非常锋利,能够一口气划破皮革、羊毛、棉布和皮肤。

不锈钢之父享利·布雷尔利

1916年,享利·布雷尔利发明的不锈钢取得英国专利权并开始大量生产。

毛拉失去不锈钢的专利说明,失去好奇心是科学发现与发明的最大忌讳,即使一个颇有作为的科学家,因此而变得闭目塞听,止步不前。

此后100年,不锈钢彻底改变了人类的生活品质。至此,从垃圾堆中偶然发现的不锈钢便风靡全球,享利·布雷尔利也被誉为“不锈钢之父”。

延伸阅读

一张图看懂不锈钢发展历史

不锈钢分类

你日常见到的绝大多数不锈钢都是奥氏体不锈钢。奥氏体不锈钢1913年在德国问世,它塑性好,强度较低,具有一定韧性,易于加工成型,不具有铁磁性。它在不锈钢中一直扮演着最重要的角色,其生产量和使用量约占不锈钢总产量及用量的80%。钢号也最多,所以,人们所熟知的304钢就是奥氏体不锈钢,之前的中国国标为0Cr19Ni9(0Cr18Ni9),意思是含Cr(铬)19%,含Ni(镍)9%。0指含碳量。

除了奥氏体钢,不锈钢常按组织状态可分为:马氏体钢、铁素体钢、奥氏体-铁素体(双相)不锈钢及沉淀硬化不锈钢等。

1、铁素体不锈钢:含铬12%~30%。其耐蚀性、韧性和可焊性随含铬量的增加而提高,耐氯化物应力腐蚀性能优于其他种类不锈钢。属于这一类的有Crl7、Cr17Mo2Ti、Cr25,Cr25Mo3Ti、Cr28等。铁素体不锈钢因为含铬量高,耐腐蚀性能与抗氧化性能均比较好,但机械性能与工艺性能较差,多用于受力不大的耐酸结构及作抗氧化钢使用。这类钢能抵抗大气、硝酸及盐水溶液的腐蚀,并具有高温抗氧化性能好、热膨胀系数小等特点,用于硝酸及食品工厂设备,也可制作在高温下工作的零件,如燃气轮机零件等。

2、奥氏体不锈钢:含铬大于18%,还含有8%左右的镍及少量钼、钛、氮等元素。综合性能好,可耐多种介质腐蚀。奥氏体不锈钢的常用牌号有1Cr18Ni9、0Cr19Ni9等。0Cr19Ni9钢的%,钢号中标记为“0”。这类钢中含有大量的Ni和Cr,使钢在室温下呈奥氏体状态。这类钢具有良好的塑性、韧性、焊接性和耐蚀性能,在氧化性和还原性介质中耐蚀性均较好,用来制作耐酸设备,如耐蚀容器及设备衬里、输送管道、耐硝酸的设备零件等。奥氏体不锈钢一般采用固溶处理,即将钢加热至1050~1150℃,然后水冷,以获得单相奥氏体组织。

3、奥氏体-铁素体双相不锈钢:兼有奥氏体和铁素体不锈钢的优点,并具有超塑性。奥氏体和铁素体组织各约占一半的不锈钢。在含C较低的情况下,Cr含量在18%~28%,Ni含量在3%~10%。有些钢还含有Mo、Cu、Si、Nb、Ti,N等合金元素。该类钢兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特点,与铁素体相比,塑性、韧性更高,无室温脆性,耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高,同时还保持有铁素体不锈钢的475℃脆性以及导热系数高,具有超塑性等特点。与奥氏体不锈钢相比,强度高且耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀有明显提高。双相不锈钢具有优良的耐孔蚀性能,也是一种节镍不锈钢。

4、马氏体不锈钢:强度高,但塑性和可焊性较差。马氏体不锈钢的常用牌号有1Cr13、3Cr13等,因含碳较高,故具有较高的强度、硬度和耐磨性,但耐蚀性稍差,用于力学性能要求较高、耐蚀性能要求一般的一些零件上,如弹簧、汽轮机叶片、水压机阀等。这类钢是在淬火、回火处理后使用的。

5、沉淀硬化不锈钢:基体为奥氏体或马氏体组织,沉淀硬化不锈钢的常用牌号有04Cr13Ni8Mo2Al等。其能通过沉淀硬化(又称时效硬化)处理使其硬(强)化的不锈钢。

另外,可按成分分为:Cr系(400系列)、Cr-Ni系(300系列)、Cr-Mn-Ni(200系列)、耐热铬合金钢(500系列)及析出硬化系(600系列)等铬不锈钢、铬镍不锈钢及铬锰氮不锈钢。

200系列:铬-锰-镍奥氏体不锈钢

300系列:铬-镍奥氏体不锈钢

301:延展性好,用于成型产品。也可通过机械加工使其迅速硬化。焊接性好。抗磨性和疲劳强度优于304不锈钢。

302:耐腐蚀性同304,由于含碳相对要高因而强度更好。

303:通过添加少量的硫、磷使其较304更易切削加工。

304:目前常用型号,即18/8不锈钢。GB牌号为06Cr19Ni10。

309:较之304有更好的耐温性。

316:继304之后,第二个得到最广泛应用的钢种,主要用于食品工业、制药行业和外科手术器材,添加钼元素使其获得一种抗腐蚀的特殊结构。由于较之304其具有更好的抗氯化物腐蚀能力因而也作“船用钢”来使用。SS316则通常用于核燃料回收装置。18/10级不锈钢通常也符合这个应用级别。

321:除了因为添加了钛元素降低了材料焊缝锈蚀的风险之外,其他性能类似304。

347:添加安定化元素铌,适于焊接航空器具零件及化学设备。

400

系列:铁素体和马氏体不锈钢。

408:耐热性好,弱抗腐蚀性,11%的Cr,8%的Ni。

409:最廉价的型号(英美),通常用作汽车排气管,属铁素体不锈钢(铬钢)。

410:马氏体(高强度铬钢),耐磨性好,抗腐蚀性较差。

416:添加了硫改善了材料的加工性能。

420:“刃具级”马氏体钢,类似布氏高铬钢这种最早的不锈钢。也用于外科手术刀具,可以做的非常光亮。

430:铁素体不锈钢,装饰用,例如用于汽车饰品。良好的成型性,但耐温性和抗腐蚀性要差。

440:高强度刃具钢,含碳稍高,经过适当的热处理後可以获得较高屈服强度,硬度可以达到58HRC,属于最硬的不锈钢之列。最常见的应用例子就是“剃须刀片”。常用型号有三种:440A、440B、440C,另外还有440F(易加工型)。

500系列:耐热铬合金钢。

600系列:马氏体沉淀硬化不锈钢。

630:最常用的沉淀硬化不锈钢型号,通常也叫17-4;17%Cr,4%Ni。

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