فولاد بوته

فولاد بوته فولادی است که از ذوب کردن آهن خام ( چدن ) همراه با آهن و بعضا فولاد در بوته ذوب فلز تولید می شود، فرایندی که اغلب با ماسه، شیشه، خاکستر و سایر فلاکس ها همراه می شود. در دوران قدیم، منبع تولید حرارت، سوزاندن زغال چوب یا زغال سنگ بود. از آنجایی این منابع نمی توانستند به دمایی به اندازه دمای ذوب آهن و فولاد برسند، ذوب این دو امکان پذیر نبود. با این وجود، از آنجایی که محتوای کربن آهن خام بیشتر است و لذا دمای نقطه ذوب کمتری دارد، قابلیت ذوب آن فراهم است. با فرو بردن طولانی مدت آهن کارشده یا فولاد در آهن خام مایع، میزان کربن آهن خام کاهش می یابد، زیرا کربن به آرامی در آهن نفوذ می کند و در نتیجه این فرایند، هر دو فلز به فولاد تبدیل می شوند. تولید این نوع فولاد بوته در قرون وسطی در مناطق آسیای جنوبی و مرکزی صورت می گرفت. این نوع فولاد که عموماً سختی قابل توجهی از خود نشان می دهد، فولادی ترکیبی و ناهمگن است، که از ترکیب فولادی بسیار پرکربن ( که پیش از ذوب، آهن خام بوده است ) و فولادی کم کربن ( که پیش از ذوب، آهن کارشده بوده است ) تولید می شده است. ترکیب این فلزات هنگام آهنگری، سوهان کاری یا صیقل دادن فولاد، الگویی پر از جزئیات ایجاد می کرد. یکی از معروف ترین نمونه های این فولاد، فولاد ووتز ( فولاد هندی ) است که در شمشیر های دمشق استفاده می شده است. این فولاد به دلیل استفاده از فلاکس، عموما در مقایسه با سایر فرایندهای تولید فولاد آن زمان، میزان کربن بیشتر ( در بازه 1. 5 تا 2. 0 درصد ) و کیفیت بهتری ( بدون ناخالصی ) داشت. این فولاد به آهنگری زیادی نیاز نداشت و کار کردن روی آن نیز در دما هایی به نسبت کم انجام می شد تا جلوی هر نوع کربن زدایی، ترک خوردن کوتاهی داغ یا نفوذ بیش از اندازه کربن گرفته شود. فولاد تنها به حدی چکش می خورد که فرم کلی تیغه شمشیر ایجاد شود. میزان کربن این فولاد به چدن نزدیک است و عمدتا پس از تغییر شکل و فرم دادن، برای رسیدن به سختی مناسب به هیچ عملیات حرارتی جز خنک کاری با هوا نیاز ندارد و فقط بر ترکیب فولاد تکیه می کند. فولاد پرکربن تر لبه تیغه بسیار سختی داشت، در حالی که فولاد کم کربن تر، چقرمگی بیشتری داشت و شانس خرد شدن، ترک خوردن یا شکستن را کاهش می داد. [ ۱]
در اروپا، فولاد بوته توسط بنجامین هانتسمن در انگلستان در قرن هجدهم ساخته شد. هانتسمن به جای زغال سنگ یا زغال چوب، از کک استفاده کرد و توانست به دمای کافی برای ذوب فولاد و حل کردن آهن دست یابد. فرآیند هانتسمن نسبت به تعدادی از فرآیند های ووتز متفاوت بود، از این لحاظ که زمان طولانی تری برای ذوب کردن فولاد و خنک کردن آن صرف می شد و بنابراین، زمان بیشتری برای نفوذ کربن فراهم بود. [ ۲] مواد خام فرآیند هانتسمن، آهن و فولاد بودند که به شکل فولاد بلیستر استفاده می شدند. فولاد بلیستر نوعی از فولاد بود که جایگزین تبدیل مستقیم از چدن شده بود، در حالی که تبدیل مستقیم از چدن در فرایند پادلینگ یا بعدها در فرآیند بسمر استفاده می شد. توانایی ذوب کامل فولاد، هرگونه غیرهمگنی را در فولاد از بین برد و به کربن اجازه داد که به طور یکنواخت در فولاد مایع حل شود. بدین ترتیب، دیگر نیازی به آهنگری گسترده برای دستیابی به نتیجه ای مشابه آهنگری نبود. به همین ترتیب، ریخته گری فولاد نیز با ریختن آن در قالب امکان پذیر شد. استفاده از فلاکس ها، استخراج تقریباً کامل ناخالصی ها از مایع را ممکن می ساخت، به طوری که ناخالصی ها پس از افزودن فلاکس، به سمت بالا شناور شده و دور ریخته می شدند. این نوع فولاد، اولین فولاد با کیفیت مدرن بود و ابزاری فراهم کرد تا آهن کارشده اضافی به طور موثر به فولاد مفید تبدیل شود. فرآیند هانتسمن، افزایش چشمگیر تولید فولاد باکیفیت در اروپا را در پی داشت، که در کالاهایی مانند چاقو، ابزار و ماشین آلات استفاده می شد و راه را برای انقلاب صنعتی هموار کرد.