Az acél története - az ókortól a modern időkig

Az acél kétségtelenül az egyik legismertebb, de egyben az emberiség történetének egyik legfontosabb ötvözetének is nevezhető. Ahhoz azonban, hogy jobban megértsük tulajdonságait és az emberiséghez való hozzájárulását, érdemes megismerni a történetét. Itt az ideje tehát egy rövid időutazásnak az időben.

Az acél története a távoli ókorig nyúlik vissza. Akkoriban fedezték fel, hogy a vashoz hozzáadott mindössze 1,5% szén már sokkal keményebbé és erősebbé teszi a kapott ötvözetet. Az első bizonyítékok a gyártásról, főként kézifegyverek számára, a Kr. e. 12. századból származnak. Az ókori Spártában az i. e. 7. század körül, majd később a Római Birodalomban is gyártottak acélt. Európával párhuzamosan Indiában, Kínában és a Közel-Keleten is fejlesztették a gyártását.

Az egyik legismertebb és legértékesebb a damaszkuszi tégelyacél volt, amelyet a Kr. u. 11. század körül kardpengékhez használtak. Damaszkuszban állították elő az Indiából és Srí Lankáról importált wootz-acélból (amelyet a Kr. e. 3. század körül fejlesztettek ki). Az acél - különböző fajtáiban és tisztasági fokozatokban - évszázadokon át értékes anyag volt, főként fegyverek vagy speciális szerszámok gyártása során. Előállítása azonban kiterjedt fakitermeléssel járt, mivel a vasérc mellett faszénre is szükség volt - méghozzá nagy mennyiségben - a gyártáshoz.

Evolúció

Az acélgyártás optimalizálásának első lépése az öntöttvasból, az úgynevezett nyersvasból történő olvasztás volt. Ezt a módszert a mai Ausztria területén fekvő Stájerországban fejlesztették ki. Az így előállított nyersvasnak azonban túl magas volt a széntartalma az acélhoz (jóval a szükséges 2% felett). A nyersvasat ezért egy darab lágyvaszal kellett megolvasztani. Ezenkívül számos nemkívánatos szennyeződést, például ként, foszfort, nitrogént és oxigént tartalmazott, ami kedvezőtlenül befolyásolta a végső minőséget. A megoldás erre a problémára a fretting eljárásnak bizonyult, azaz az ötvözet nagy mennyiségű levegővel való ellátása a szennyeződések kiégetése érdekében.

A 14. században jelennek meg az első sütőkemencék. A sütési eljárás a nyersvas frissítését jelentette, amely a kemencét nagy mennyiségű levegővel ellátó speciális fújtatókon alapult. Ez a nyersvasban lévő nem kívánt szennyeződések viszonylag hatékony utóégetését eredményezte.

Egy másik fontos áttörés 1702-ben következett be, amikor a nyersvas-olvasztás során faszén helyett kokszot használtak. Ez hozzájárult a fakivágások jelentős csökkentéséhez és a termelési költségek mérsékléséhez.

Ugyanakkor több évszázados fritkemencék használata után 1784-ben Henry Cort angol mérnök kidolgozza az acél frissítésének hatékonyabb módját, az úgynevezett pocsolyaeljárást. A név a pocsolya (átforgatni) szóból származik. Ennek lényege, hogy a megszilárdult nyersvasat egy kemencébe helyezték, majd megolvasztották és egyenletesen széntelenítették (dekarbonizálták), miközben elégették a nem kívánt adalékanyagokat. Ezt a folyamatot a töltet folyamatos keverése segítette vasrudakkal. A kész "kenyér" azonban számos salakhibát tartalmazott, amelyeket ismételt újrafeldolgozással kellett eltávolítani. Így nyerték az úgynevezett hegesztett acélt vagy hegesztett vasat. Ez az ötvözet kevesebb mint 0,1 százalék szenet, legfeljebb 0,25 százalék kén-, foszfor-, szilícium- és mangánadalékot, valamint 1-2 százalék salakot tartalmazott. A tócsás módszer hátránya az volt, hogy az egyes "bócik" szerkezete és kémiai összetétele jelentősen eltérő volt. Ezt nemcsak a töltet minősége okozta, hanem maguknak a munkásoknak (pocsolyázóknak) a tapasztalata is.

Puddle kemence, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=551224

Áttörés

Az áttörés 1855-ben következett be, amikor a brit Henry Bessemer igazi forradalmat hajtott végre az acélolvasztásban. Bessemer feltalálta a konvertert, vagy "tüzelőanyag nélküli kemencét", amelyben a folyékony nyersvasat levegővel vagy tiszta oxigénnel fújják. Ez a kemence percek alatt több tíz tonna folyékony acélt állított elő, míg a hagyományos tócsás kemence akár 500 kilogramm acélt is előállíthatott egyetlen, több órás olvasztási folyamat során.

Emellett 1858-ban a svéd G. F. Göransson bebizonyította, hogy a nyersvasból kiáramló levegő mennyiségének változtatásával különböző ötvözetminőségek nyerhetők. Erre építve 1868-ban Robert Forester Mushet angol gyáros és kohász kifejlesztette az első szerszámacélt, az RMS gyorsacélt. Ez levegőben edzett, ami nagyobb keménységet biztosít. Természetesen a konverteres olvasztási módszer bevezetése nem lehetett mentes a nehézségektől. Ezek a nyersvas összetételével voltak kapcsolatosak, különösen a foszfortartalmú adalék jelenlétével, amely hozzájárult a végtermék gyengüléséhez és ridegségéhez. A megoldást az jelentette, hogy 1878-ban más típusú bélést alkalmaztak magának a kohónak a bélésére. A dolomitot szilícium-dioxiddal helyettesítették.

Bessemer Converter, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=91836

A jelen napja

A Bessemer találmányán alapuló acélolvasztási módszer adta a modern kohászat alapját, amely a technológia fejlődésével együtt lehetővé tette a különböző felhasználási célokra szánt acélok széles skálájának előállítását. Ma az acélgyártás folyamata három szakaszra osztható:

• olvasztás,
• az égetés utáni
• acélöntés.

Az acélolvasztás elektromos ívkemencében történik, amely alacsonyabb energiaintenzitást biztosít, és fontos szerepet játszik az acélhulladék újrahasznosításában. Az acélöntési technológia fejlesztésének és javításának fő iránya az átmenet a hagyományos módszerről, a folyékony fém ingot formába öntéséről a legnépszerűbb módszerre, a folyamatos olajöntésre (COS).

► Olvassa el még: "Hogyan készül az acél"

Vissza a blog főoldalára

Vissza a blog oldalra