تاریخچه فولاد

فولاد یکی از مهم ترین و پرکاربردترین فلزات امروز در جهان است. حتما برای شما هم پیش آمده که درباره زمان پیدایش و چگونگی کشف آن کنجکاو شوید. در این مقاله روند کشف و پیدایش فولاد را از دیرباز تا کنون مورد بررسی قرار می دهیم. با ما همراه باشید.

 

قدیمی ترین نمونه های فولاد

اگرچه تعیین زمان دقیق کشف فولاد غیرممکن است؛ اما با نگاه به تاریخچۀ تولید فولاد در طول تاریخ به ما کمک می‌کند تا کسانی که در پیدایش فولاد نقشی داشته‌اند، پیدا کنیم. تاریخچۀ تولید فولاد به 4000 سال قبل از آغاز عصرآهن برمی‌گردد. قدیمی‌ترین نمونه‌های اولیه مربوط به استفاده از فولاد حدوداً 1800 سال قبل از میلاد ثبت شده و دقیقا از آن زمان با پشت سرگذاشتن عصرهای گوناگون از امپراطوری روم، اسپارت‌ها، سلسله‌های چین به کاربردهای امروزی رسیده است. اما چه کسی فولاد را کشف کرد؟ نظرات خود را برای ما بنویسید تا در مقاله های بعد به کاشف فولاد بپردازیم.

 

لایه های تاریخی تولید فولاد :

1) عصر آهن

اگر بازه زمانی 9500 شسال قبل از میلاد را به سه بخش تقسیم کنیم، عصر آهن بخش پایانی آن خواهد بود. در ابتدا انسان ها از سنگ استفاده می کردند. این زمان را به اصطلاح عصر سنگ(به انگلیسی stone age) می نامند. این دوره 6000 سال به درازا کشید. پس از آن یک دوره برنزی ایجاد شد که تقریبا تمام ابزار آلات مردمان از جنس برنز ساخته می شدند. عصر برنز در انگلیسی bronze age نامیده می شود. این دوره نیز دو هزار طول کشید تا انسان ها وارد عصر آهن(به انگلیسی irone age) شدند.

 

 

2) مرحله اول تاریخچه فولاد در جهان؛ صده سیزدهم قبل از میلاد

عصر آهن تا 1500 سال قبل از میلاد ادامه داشت. در صده سیزدهم پیش از میلاد اولین نشانه های فولاد در میان مردمان یافت شد.

در این زمان بود که مردم دریافتند با کم کردن درصد کربن در آهن به فلز سخت تری دست می یابند.

 

3) صده ششم قبل از میلاد

صنعت‌گران در هند باستان، از فولاد برای ساخت تیغه، نیزه و شمشیر استفاده می‌کردند. چون در این نوع فولاد از ماده‌ای به نام ووتز استفاده شده به آن فولاد ووتز یا (wootz steel) هم گفته می‌شود. در گذشته از فولاد ووتز به‌دلیل مقاوم بودن در ساخت انواع سلاح استفاده می‌شد. به این فولاد، فولاد دمشق هم گفته می‌شود.

 

4) قرن سوم پس از میلاد

چین به‌عنوان تولیدکننده انبوه فولاد شناخته شده است. به احتمال زیاد در این بازۀ زمانی در کشور چین، از تکنیک‌هایی مشابه فرایند بسمر (در ادامه راجع‌ به ین فرایند بیشتر صحبت خواهیم کرد) که در قرن نوزدهم در اروپا رواج یافت، استفاده می‌کردند.

نمونه‌های تولید فلز فولاد با کیفیت در چین را می‌توان به قرن دوم قبل از میلاد ربط داد؛ اما تولید انبوه آن در قرن سوم پس از میلاد آغاز شد.

 

5) قرن چهارم پس از میلاد

ستون آهنی دهلی (Iron Pillar of Delhi) در سال 402 میلادی در هند ساخته شد. این ستون به‌دلیل مقاومت در برابر زنگ‌زدگی مشهور است و تا به امروز پابرجاست. برای محافظت این ستون در برابر خوردگی و رطوبت، لایه‌ای از جنس فسفر روی ستون فولادی کشیده شده است. تصویر این ستون را در زیر ببینید:

 

6) قرن یازدهم

استفاده از فولاد دمشق (Damascus steel) در قرن یازدهم در خاورمیانه توسعه یافت و بیشتر برای ساخت تیغه‌های شمشیر استفاده می‌شد. تیغه‌های دمشقی در خاور نزدیک از شمش‌های فولاد ووتز که از هند و سریلانکا وارد می‌شد، تولید می‌شدند. محصولات تولید شده به‌دلیل توانایی‌شان در تراشیدن لبه‌های بسیار تیز و مقاومت در برابر شکستن، مشهور بودند.

 

7) تاریخچه فولاد در قرن دوازدهم

در قرون‌وسطا در آسیای جنوبی نوعی فولاد به نام فولاد بوته‌ای کشف شد. این نوع فولاد نسبت به فولاد امروزی شکننده‌تر بود؛ اما در برخی کاربری‌ها مانند ساخت ابزارآلات استفاده می‌شد. تا قرن دوازدهم، سریلانکا بزرگترین تأمین‌کننده فولاد بوته‌ای در جهان بود.

در قرن هفدهم خواص آهن برای همه روشن بود، اما افزایش روز افزون شهرنشینی در اروپا، نیازمندی به فلز را بیش از پیش کرد و در قرن نوزدهم، متالوژیست‌ها برای تامین آهن مورد نیاز برای گسترش راه‌آهن شروع به چاره‌اندیشی کردند. باید مشکل شکنندگی آهن و فرایندهای تولیدی ناکارآمد حل می‌شد.

همین کارها باعث شناخته‌تر شدن فولاد و گسترش استفاده از آن شد. در سال 1856 پیشرفتی در تاریخ فولاد رخ داد و هنری بسمر از اکسیژن برای کاهش میزان کربن آهن استفاده کرد و صنعت فولاد مدرن متولد شد و تاریخچه تولید فولاد دگرگون شد.

 

8) سال 1702

کک برای اولین بار در ذوب سنگ آهن در حجم زیاد استفاده شد و بعد از آن جایگزین چوب و زغال چوب شد. می‌توان گفت این رخداد شروع تازه‌ای برای تولید فلز فولاد بود.

یکی از قدیمی‌ترین انواع فولاد، فولاد ضدزنگ است که تولید آن در قرن 17 میلادی، در آلمان و انگلیس آغاز شد. به کمک این نوع فولاد با افزایش میزان کربن در آهن، چدن مذاب با استفاده از فرایندی به نام سمنتاسیون (هیدرومتالوژی) تولید می‌شود.

در این فرآیند، میله‌های آهنی با زغال چوب پودری در جعبه‌های سنگی و گرم پوشیده شده‌اند. پس از حدود یک هفته، آهن، کربن را در زغال چوب جذب می‌کند.

گرمایش مجدد، کربن را به‌طور یکنواخت توزیع می‌کند و در نهایت پس از خنک شدن، فولاد ضدزنگ به دست می‌آید.

کربن بیشتر، باعث تولید فولاد ضدزنگ و کارآمدتر می‌شود. فولاد به دست آمده از آهن چدن مناسب‌تر است و قابلیت نوردکاری و فشرده‌سازی دارد.

‌

9) سال 1712

توماس نیوکامن (Thomas Newcomen) اولین موتور بخار تجاری موفق را ساخت. و فولاد راه صنعت را به سوی انقلاب صنعتی هدایت کرد.

 

‌

10) سال 1740 

تکنیک فولاد بوته‌ای که در بالا به اولین استفاده از آن اشاره کردیم، توسط مخترع انگلیسی به نام بنجامین هانتسمن (Benjamin Huntsman) توسعه یافت. تولید فولاد ضدزنگ در دهۀ 1740 گسترش یافت؛ زمانی که بنجامین هانتسمن، ساعت‌ساز انگلیسی در حال تلاش برای تولید فولاد با کیفیت برای فنرهای ساعت خود بود، متوجه شد که فلز ممکن است در بوته‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های رسی ذوب شود و با یک شار ویژه برای حذف خاکستری که روند سمنتاسیون را پشت سر گذاشته شده، تصفیه شود.

همین امر موجب شد تا فولاد مایع یا عملیات ریخته‌گری به‌وجود آید. اما با توجه به اینکه هزینه‌های تولید بسیار زیاد بود، هر دو فولاد ضدزنگ و فولاد ریخته‌گری فقط در پروژه‌های تخصصی استفاده می‌شد.

‌

11) سال 1779

قدرت در کارخانه‌های فولاد جریان یافت، به این معنی که آنها دیگر نیازی به استفاده از آب نبود و با روش‌های دیگری به نورد فولاد مشغول شدند. با نگاه به تاریخچه تولید فولاد و بررسی مراحل مختلف، می‌توان فهمید که با استفاده از روش‌های جدید پروسه تولید فولاد، کارآمدتر از قبل می‌شد.

‌

12) سال 1783

هنری کورت (Henry Cort) شخصی که اهل انگلیس بود، غلتک فولادی را برای تولید فلزات اختراع کرد. پس از آن، آهنگران دریافتند که چطور می‌توان چدن خام را با استفاده از کوره‌های پودلینگ (که توسط هنری کورت در سال 1784 توسعه داده شد) به یک آهن کار شدۀ کم کربن  تبدیل کنند.

کوره گرم ذوب آهن که با استفاده از ابزارهای بلند و درشت، اجازه می‌دهند اکسیژن با کربن ترکیب شود سپس به آرامی آن را حذف می‌کنند.

زمانی که کربن موجود در آهن کاهش می‌یابد، نقطه ذوب آن افزایش پیدا می‌کند، به‌طوری که توده‌های آهن در کوره انباشته می‌شوند، این توده‌ها قبل از این که به ورق یا ریل نورد شده تبدیل شوند با چکش آهنگری روی آن‌ها کار می‌شود.

‌

13) سال 1794

فیلیپ وان (Phillip Vaughn)، مخترع ولزی، طرح بلبرینگ را برای پشتیبانی از محور کالسکه به ثبت رساند. این عمل او نقطه عطفی در تاریخچه فولاد در جهان بود.

‌

14) قرن هجدهم

در قرن هجدهم، فولاد به‌عنوان یک ماده بسیار ارزشمند با کاربردهای فراوان شناخته شد. با این حال، تولید آن بسیار گران بود و در کاربردهای خاص مانند تولید زره، ابزار و سلاح تولید می‌شد.

‌

15) سال 1813

مهندس انگلیسی هنری بسمر (Henry Bessemer) در 19 ژانویه 1813 متولد شد. تولد او به عنوان پایه گذار یکی از ارزان ترین روش های تولید فولاد می تواند مرحله ای مهم در تاریخچه فولاد در جهان باشد. در مقالات بعدی به معرفی هنری بسمر می پردازیم.

‌

16) سال 1830 

کم‌کم ماشین‌آلات فولادی در صنعت کشاورزی به کار گرفته شد.

 

‌

17) مرحله نهایی تاریخچه فولاد؛ سال 1855 

فرآیند بسمر معرفی شد. فرآیند بسمر اولین فرآیند صنعتی ارزان قیمت برای تولید انبوه فولاد از آهن مذاب قبل از توسعه تولید آن به روش کوره باز بود. در این روش ناخالصی‌ها از آهن از طریق اکسیداسیون حذف می‌شد. هر چه ناخالصی کمتر باشد، فولاد قوی تر است. آیا می خواهید درباره فرایند بسمر بیشتر بدانید؟ مقاله های بعدی ما را دنبال کنید.

هر آنچه گفتیم نگاهی مختصر به تاریخچه تولید فولاد بود. برای آشنایی بیشتر با فرایند بسمر و اتفاقات بعد از آن در مسیر تولید فلز فولاد باید نگاهی عمیق‌تر به اتفاقات این بازۀ زمانی بیاندازیم.

در سال 1860 بیش از 3000 کوره پودلینگ در بریتانیا ساخته شده بود؛ اما این روند به‌دلیل کمبود نیروی کار و کاهش شدت سوخت به تعویق افتاد. در نتیجه، چدن ساخته شده در کوره‌های پودلینگ، به‌عنوان فلز اصلی در صنعت انگلستان در طول قرن نوزدهم باقی ماند.

چدن فلز محکمی است؛ اما به دلیل وجود کربن در آن، شکننده و ترد است و برای نورد و شکل دادن فلز مناسبی نیست. زمانی که متالوژیست‌ها متوجه شدند محتوای کربن زیاد در آهن آن را شکننده می‌کند، روش‌های جدیدی برای کاهش میزان کربن و افزایش کارآیی آن آزمایش کردند.

 

امروزه فولاد یرکاربرد ترین فلز در جهان است. این فولاد در انواع صنایع به کار گرفته می شود. اگر فولاد کشف نمی شد هیچ کدام از صنایع ساختمان سازی، پزشکی، صنایع خودرو، ابزار آلات الکترونیکی، تولید انواع گوشی تلفن همراه، لبتاب و کامپیوتر، لوازم دکوری، صنایع لوازم خانه و آشپزخانه و بسیاری از موارد دیگر از جایگاه امروزه ی خود بهره مند نبودند.

حالا که با تاریخچه ی این فلز گرانبها آشنا شدید به ما بگویید چه صنعت دیگری را می شناسید که فولاد ماده اولیه حیاتی آن باشد؟