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材料史话,不锈钢的发明
发布时间:2023-12-29

科学技术的发展历程伴随着一系列的发明与发现,每一次发明或发现的背后都可能有着一段让人津津乐道的故事。这些故事经过作家的修饰和媒体的传播,往往演变成一段段传奇。比如我们小时候听到耳朵起茧的“牛顿的苹果”、“瓦特的茶壶”、“爱因斯坦的小板凳”……这些故事都非常有趣,能让小孩子们对科学技术产生好奇。不过作为成年人,我们所需要的不再是这种激发孩童向往科学的段子,而是真实的历史。

关于无锡不锈钢市场的发明,也曾有过类似的故事。据说英国人哈利·布雷尔利(Harry Brearley,1871-1948)承接了为英国军方研制耐磨耐高温的炮管钢材,但在试验了无数种成分的钢材后一无所获。有一天,布雷尔利决定把丢弃在院子一角的试验品清理一下,结果在一堆锈迹斑斑的钢材中发现了一块锃光瓦亮、毫无锈迹的钢材——不锈钢就这样诞生了!讲述这个故事的人或许希望借此展现科学研究的偶然性以及人生的戏剧性,或许也希望读到这个故事的人不要放过生活中任何一个可能的机会。不过,真实的历史远比励志的故事来得复杂,偶然性的背后有着时代的必然,戏剧性的背后也有着勤奋的汗水。

无心插柳还是有意栽花?

1913年8月20日,本是一个再普通不过的夏日。然而,多年以后,当退休在家的布雷尔利书写自传的时候,他一定会回忆起这个日子,回忆起他在显微镜下观察样品的那一瞬间。

时间要再往前倒退6年。1907年,谢菲尔德2家相邻的钢铁企业——托马斯·弗思公司(Thomas Firth & Sons)和约翰·布朗公司(JohnBrown & Company)合资建立了弗思-布朗研究室(Firth Brown Research Laboratories),并聘请当时年仅36岁的布雷尔利担任第一任研究室主任。布雷尔利得到雇主的极大信任,他被赋予**自主的权力,可以自由选择研究方向,甚至可以拒绝任何他不感兴趣的课题。

1912年5月,布雷尔利造访了位于伦敦北郊恩菲尔德(Enfield)的英国**轻武器工厂(Royal Small Arms Factory, RSAF Enfield)。这座工厂始建于1816年,百年来一直致力于军用火枪、步枪和佩剑的生产及研发。大名鼎鼎的李-恩菲尔德步枪(Lee-Enfield Rifle)就是由该厂设计制造的。这种步枪作为英军的制式步枪,直到二战之后仍在装备军队。然而,尽管该厂的工程师们在步枪设计上大获成功,但有一个严重的问题始终困扰着他们——枪管的寿命。射击是一个在极短时间内完成的简单动作,但就是在这看似简单的过程中,枪管内发生了剧烈的变化,产生了高温高压的环境,甚至还留下了一些残留物。在这种极端条件下,枪管的内壁非常容易被磨损、烧蚀和堵塞,从而导致其寿命的缩短。布雷尔利此次造访,也正是为了解决这一问题。

根据过去研究铬钢的经验,布雷尔利认为铬含量较高的钢很可能是解决这一问题的方案,因为铬钢往往具有较好的耐蚀性,在当时已经被用于飞机发动机的排气阀。为了确定性能*优的铬钢的成分,布雷尔利制作了一系列铬含量在6%~15%之间且具有一定碳浓度梯度的铬钢。经过长期的试验,终于在1913年8月20日这一天,当布雷尔利将编号为1008,含铬12.8%、含碳0.24%、含锰0.44%、含硅0.20%的钢样置于金相显微镜下之时,他惊喜地发现这种材料几乎没有被硝酸腐蚀。而这就是后来被称为“不锈钢”的材料。

布雷尔利的发现绝不像很多故事里描述的那样是无意、巧合、偶然的,而是他根据自己的经验通过长期试验获得的结果。将这一伟大发现归功于运气是对布雷尔利工作的不尊重;当然,如果仅仅归功于布雷尔利,同样也是对前人工作的不尊重,因为他是站在巨人的肩膀上。

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