Thép không gỉ – lịch sử 100 năm

Kim loại này đã  cách mạng hóa thế giới hiện đại và mang lại những ứng dụng quan trọng trong hầu hết các khu vực sản xuất, từ thiết bị chăm sóc sức khỏe và ngành ẩm thực, đến các ngành tự động hóa và xây dựng. Hơn thế nữa, nó còn làm tốt hơn những vật liệu truyền thống như đồng, nhôm, và thép cacbon.
 
Bí mật thành công của thép không gỉ nằm ở những tính chất vật lí và hóa học tuyệt vời của nó. Thép không gỉ có độ chống mài mòn, độ chịu nhiệt (lên tới 12000C), tính chịu hàn, độ bền cao, và không gỉ. Vượt trên cả những tính chất trên, kim loại này không dễ dàng phản ứng với nhiều chất liệu, và nó có giá không hề đắt so với các hợp kim chuyên dụng, không mài mòn. Trong thế kỉ vừa qua, các nhà luyện kim đã phát minh và cải tiến những phương pháp để chế tạo thép không gỉ, kiểm soát các tính chất của nó, và đưa thép không gỉ vào sản xuất hàng loạt với chất lượng ổn định. 
 
Năm 2013 đánh dấu 100 năm phát minh của loại vật liệu tuyệt vời này, và trong bài viết này chúng ta hãy cùng chia sẻ một cái nhìn tổng quát lịch sử của một trong những bước đột phá quan trọng nhất trong ngành khoa học vật liệu.


Năm 1913, Harry Brearley ở Sheffield, vương quốc Anh đã khám phá ra thép “không gỉ”. Mặc dầu đã có rất nhiều nỗ lực trước đó, nhưng Bearley thực sự được chú ý với việc phát minh ra loại thép không gỉ thực sự đầu tiên, có thành phần 12,8% crôm. Ông đã thêm crôm để nấu chảy sắt để sản xuất ra một loại kim loại không bị gỉ. Crôm là một nguyên liệu chủ chốt, vì nó mạng lại tính chất chống mài mòn. Sau khám phá này, chính Sheffield trở thành nơi đồng nghĩa với thép và luyện kim.
 

Bearley đã tình cờ phát hiện ra khám phá này trong khi cố gắng giải quyết vấn đề mài mòn của các bề mặt bên trong của lòng súng cho quân đội Anh trong suốt  giai đoạn mở đầu của Chiến tranh thế giới thứ nhất.

Sau khám phá ban đầu, các bước cải tiến xa hơn cho thép không gỉ diễn ra với một tốc độ khá mau lẹ. Năm 1919, Elwood Haynes đã có một bằng sáng chế về thép không gỉ mactensit (martensitic), năm 1929 William J.Kroll ở Lucxembourg đã lần đầu tiên khám phá ra thép không gỉ biến cứng phân tán, và năm 1930, thép không gỉ kép đã được sản xuất lần đầu tiên tại Thụy Điển ở Avesta Ironworks.

Những tính chất nổi bật của thép không gỉ dần được nhận ra qua nhiều năm, và bên dưới là một niên lịch ngắn gọn tóm tắt một vài mốc quan trọng trong lịch sử thép không gỉ.
 
• Giữa những năm 1919 và 1923, thép không gỉ đã được sử dụng trong ngành chế tạo dao mổ, dụng cụ phẫu thuật, và dao kéo nói chung tại Sheffield.
• Vào đầu những năm 1920, nhờ sự kết hợp giữa crôm và niken đã được thử nghiệm. Thép không gỉ
• đã được biết đến là kim loại “18/8” để chỉ phần trăm của crôm và niken trong thép.
• Năm 1925, một thùng thép không gỉ đã được sử dụng để dự trữ axit nitric, từ đó thể hiện tính chất chống mài mòn của kim loại đặc biệt này.
• Năm 1926, những mô cấy phẫu thuật đầu tiên làm từ thép không gỉ đã được thực hiện.
• Mặt vệ sinh của thép không gỉ đã được chứng minh vào năm 1928 khi thùng lên men thép bằng thép không gỉ đầu tiên đã được dùng để ủ bia. Kể từ khi đó ngành thực phẩm và đồ uống đã sử dụng rộng rãi kim loại này.
• Năm 1930, con tàu thép không gỉ đầu tiên đã được chế tạo tại Hoa Kỳ.
• Năm 1931 chứng kiến sự ra đời của chiếc máy bay bằng thép không gỉ đầu tiên.
• Khoảng năm 1935, chậu rửa nhà bếp bằng thép không gỉ đã được sử dụng rộng rãi.
• Loại thép không gỉ 430 (hợp kim ferrit crôm) đã được sử dụng để tạo loại dây đường kính 0.1mm cho một chiếc máy ghi giọng nói.
• Năm 1954, chiếc camera TV dưới nước bằng thép không gỉ đầu tiên đã được sản xuất.
• Năm 1966, trạm phát điện thủy triều với các cánh tuabin bằng thép không gỉ đầu tiên đã được hoàn thiện tại Pháp.
• Những năm 1980, thép không gỉ đã được sử dụng để làm thanh chắn lũ di động dài nhất trên thế giới trên sống Thames.
• Sản lượng thép không gỉ toàn cầu đạt 31 triệu Mt năm 2010.
• Khoảng 11 triệu máy giặt với trống giặt bằng thép không gỉ đã được sản xuất tại Trung Quốc năm 2010.

Qua 100 năm vừa rồi, khoảng 100 loại thép không gỉ đã được khám phá và thương mại hóa. Các loại này rơi vào bốn loại chính, tên là mactensit, ferrit, austentic, và duplex (kép). Thép không gỉ ferrit và mactensit có từ tính trong khi loại austentic phi từ tính. Chúng có các lượng khác nhau các kim loại hợp kim khác thêm vào, như: niken, titan, và đồng. Cacbon và ni tơ cũng được thêm vào để tăng các đặc tính tổng quát của thép không gỉ.

Hiện nay, Trung Quốc là nhà sản xuất thép không gỉ lớn nhất trên thế giới. Một trong những nhà sản xuất và phân phối thép không gỉ dẫn đầu là Outokumpu, một nhóm các công ty có trụ sở ở Espoo, Phần Lan.
Thép không gỉ có vô số các ứng dụng từ những chi tiết cấu trúc nhỏ nhất trong các van tim nhân tạo đến các kết cấu kiến trúc lớn nhất. Một số đài tưởng niệm nổi tiếng thế giới, như tác phẩm điêu khắc Cloud Gate tại Chicago, đã được xây dựng bằng thép không gỉ. 
Với nhận thức gia tăng về tầm quan trọng của việc giảm phát thải cacbon, nhiều quốc gia rất hào hứng với việc đề cao thép không gỉ – loại vật liệu chống mài mòn và kéo dài thời gian sử dụng, do đó không yêu cầu thay thế và sửa chữa thường xuyên. Thêm vào đó, thép không gỉ 100% tái tạo được và không bị xuống cấp, biến chất khi tái chế, do đó vòng đời của nó được nhân lên nhiều lần. Tính bền vững của thép không gỉ không cân xứng so với các kim loại khác.
 
Sự phát triển của thép không gỉ dường như sẽ tăng khi các lợi ích bền vững của thép không gỉ được biết đến rộng rãi hơn. Các nhà nghiên cứu thậm chí còn phát hiện ra rằng việc mạ thép không gỉ với những chất dính sinh học nhất định làm cho nó có tính kháng khuẩn, điều này đóng góp thêm vào danh sách dài những lợi ích của thép không gỉ.
Do đó vật liệu tiến tiến này là một chất liệu rất có khả năng sẽ mở rộng công dụng của nó vào thế kỉ tới và xa hơn.