Исторический обзор. Нержавеющая сталь - Журнал Прорез

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.

В настоящее время этот процесс является обязательной процедурой для всех качественных высокоуглеродистых ножевых сталей, за исключением ширпотреба самого низкого разбора.

Достаточно долго производители использовали, в основном, низкоуглеродистую коррозионностойкую сталь, которая удовлетворяла нуждам домохозяек, но по стойкости режущей кромки не очень устраивала прочие категории пользователей.

Ареной экспериментов сразу стала высокоуглеродистая подшипниковая хромистая сталь 440 класса. Первыми с новым материалом с разным успехом стали работать индивидуалы. К началу 70-х за этой сталью уже прочно закрепилась репутация hi-tech в ножевой индустрии. Фирма Gerber использовала 440C на известной модели ножа Mark II, поставляемой по частным заказам военных во Вьетнам, заменив ею обладающую низкой коррозионной стойкостью сталь L6. Результат эксперимента был, по меньшей мере неоднозначен — не обладая высокой коррозионной стойкостью 440C обладала худшими эксплуатационными качествами в сравнении с L6, что вызвало много нареканий в адрес производителя. В то же время фирма, возглавляемая W. D. «So» Randall, стала активно использовать на клинки 440В.

В 70-х годах поиск новых материалов продолжался. Известным ножовщик Bob Loveless начал активно пропагандировать 154СМ компании Crucible Steel — материал для подшипников, втулок и клапанов двигателей. Совместно с Cold Steel ему удалось даже выпустить серийные ножи элитного класса из этой стали. Позже он представил общественности полный аналог этой стали — более доступную японскую марку ATS-34 от Hitachi.

Именно эти стали — 154CM, ATS-34, 440А, 440В и 440C, — практически до середины 90-х определяли лицо американского ножевого рынка среди малосерийных производителей и частников. С конца 80-х — начала 90-х за широкое применение этих сталей взялись и серийные производители. Ножи среднего класса предлагались в 440А и 440В, а также в их немецких и японских подобиях. Ширпотреб изготавливался из дешевой дальневосточной стали 420J2. Европейский рынок несколько отставал от американского потому, что широкое применение высокоуглеродистых коррозионностойких ножевых сталей началось только в первой половине 90-х. Этот рынок между собой поделили немцы, французы и шведы, причем весьма своеобразно: например, финская компания Marttiini покупает нержавеющую сталь у немцев и французов, а французская Opinel — у шведов из компании Sandvik.

В конце 80-х — начале 90-х годов японские нержавеющие стали окончательно утвердились на североамериканском рынке. Молодые компании, стремительно вторгнувшиеся на ножевой рынок, такие как AIMar Knives, Cold Steel, Spyderco и Benchmade, сделали ставку на ножи именно из них — ATS-34 от Hitachi, G-2 (Gin-1) от Gingami, AUS-6 и AUS-8. И, возможно, не только из-за их эксплуатационных свойств и цен: японский капитал стал играть все более возрастающую роль в развитии ножевой индустрии США. Сегодня модели таких производителей как Beretta (США) и Fallkniven (Швеция) производятся практически полностью из японских коррозионностойких сталей.

Одновременно состоялось и «второе пришествие» 154СМ — производителям ножей предлагается улучшенная версия этой стали в виде удобного для раскроя листового проката. Американская компания Latrobe Steel (Latrobe, PA) вышла на рынок с новой подшипниковой сталью Lescalloy BG42, которую интенсивно пропагандирует модный производитель Крис Рив (Chris Reeve).

Сегодня большинство серийных производителей работают с уже опробованными марками сталей, а новый сортамент, появившийся в последние годы (AUS-10, ATS-55, VG-10, MRS-30 (Япония) и BG-42 (США)), фактически повторяет с теми или иными незначительными улучшениями уже известную ATS-34. Примечательно и то, что такие марки сталей как ATS-55 и VG10 уже не имеют «двойного назначения» — они разрабатывались японскими производителями именно в качестве ножевых. В настоящее время четко прослеживается тенденция на задание более жестких рамок по химическому составу сталей используемых для ножей. Если 440C допускает серьезный разброс элементов по процентному содержанию (например углерода в 0.25 %: от 0,95 % до 1.20 %), то новые стали типа ATS-34, ATS-55, VG10 и пр. за счет использования новых технологий имеют более жесткие рамки нормирования процентного состава — от 0.05 % до 0.1 %. Это позволяет не только подобрать оптимальный режим термообработки, но и гарантирует высокую стабильность конечного результата.