آهن و فولاد نقش بسیار مهمی در تاریخ ایفا کرده‌اند و باعث ظهور یا سقوط ملت‌های زیادی شده‌اند. از آهن و فولاد مقاطع متنوعی از جمله پروفیل مبلی، قوطی آهن، لوله‌های متفاوت و … تولید شده و برای ساخت محصولات متفاوت از آن استفاده میشود. در میان معروف‌ترین و جذاب‌ترین انواع تاریخی این ماده، فولاد دمشق شناخته شده‌ترین آن‌ها است. فولاد دمشق به دلیل ویژگی‌های خاصش به جادویی بودن نیز معروف شده بود. این فولاد جذاب یکی از انواع فولاد بوتهای است. زیرا این نوع فولاد قبل از اینکه به اشیایی با بالاترین کیفیت تبدیل شود، در بوته‌های نسبتاً کوچک همراه با چدن، ماسه، شیشه و خاکستر ذوب میشود.
فولاد بوتهای، سخت و در عین حال انعطاف‌پذیر است و ظاهر خاصی دارد. فیزیک آن را می‌توان با ریزساختارهای خاص آن توضیح داد که شامل الگویی مشخص میشود. بر روی سطح این نوع فولاد ظاهری صیقلی و حکاکی شده پدیدار می‌گردد که پر از طرح‌های ریز است. در ادامه درکنار تاریخچه‌ی این فولاد جذاب به این که فولاد بوتهای چیست و چه کاربردهایی دارد نیز خواهیم پرداخت.
فهرست مطالب
تاریخچه فولاد بوته ای
تاریخچه فولاد بوتهای بسیار طولانی و جالب است. با وجود تمام روایت‌های تاریخی پراکنده درمورد فولاد بوتهای عموماً پذیرفته شده که این فولاد افسانه‌ای، از هند یا پاکستان سر‌چشمه می‌گیرد. در سال‌های بعد این فولاد جذاب در برخی مناطق آسیای مرکزی مانند ترکمنستان و ازبکستان کنونی نیز تولید میشد. اعتقاد بر این است که تکنیک ساخت فولاد بوتهای در جایی در قرن بیستم گم شد. با توجه به علم تاریخ، اولین افرادی که این فولاد را پس از گم شدن در تاریخ دوباره به جهان هدیه دادند، در اتحاد جماهیر شوروی سابق زندگی می‌کردند: وی باسوف از روسیه و پروفسور دکتر بدری آماگلوبلی از گرجستان. با گذر زمان این فولاد افسانه‌ای به تمام جهان بازگشت و دوباره جایگاه خود را به دست آورد.
با تمام تحقیقات و مطالعاتی که در این حوزه انجام شد، هنوز ابهامات و سوالات زیادی وجود دارد. برای مثال، ابهاماتی در این مورد که مراحل تولید چگونه و تا چه اندازه بر الگوی موج‌دار روی فولاد تأثیر می‌گذارد وجود دارد و توضیحات ناقصی برای این ابهامات وجود دارد. با این وجود با مطالعه دقیق شواهد تاریخی فولاد بوتهای، می‌توان به این نتیجه رسید که بسیاری از اطلاعات در مورد روشهای تولید فولاد بوتهای نادرست، ناقص و یا غیرقابل اعتماد هستند.
فولاد بوته ای چیست؟
اصطلاح فولاد بوتهای (به انگلیسی Crucible Steel) می‌تواند تا حدودی گمراه کننده باشد زیرا به یک محصول فولادی خاص اشاره نمی‌کند بلکه به یک فرآیند تولید فولاد خاص اشاره دارد. فرآیند فولاد بوتهای شامل ذوب ذخایری مانند آهن فرفورژه، چدن و فولاد تاول زده یا بلیستر در بوته‌های ریخته گری کوچک برای کربورسازی یا کربن زدایی میشود. در طی این فرآیندها، کربن یا به داخل انبار پخش میشود یا از آن خارج میشود تا کیفیت متالورژیکی بهینه در محصول نهایی تولید شود. پس از ذوب، بوته از کوره خارج شده و فولاد در قالب‌های شمش ریخته میشود. فرآیند فولاد بوتهای یکی از قدیمی‌ترین روشهای مستند برای تولید فولاد است و اگرچه با روشهای کارآمدتر جایگزین شده است، اما همچنان برای تولید مقادیر کمی از مواد با کیفیت بالا برای کاربردهای تخصصی استفاده میشود.
فولاد در خالص‌ترین شکل خود چیزی جز ترکیبی از آهن و کربن نیست و به همین دلیل است که فولاد کربنی نامیده میشود. کربن تأثیر ویژه‌ای بر سختی فولاد داشته و به طور کلی می‌توان گفت که هر چه کربن بیشتر باشد، فولاد سخت‌تر و شکننده‌تر خواهد بود. کاربرد فولاد بوتهای ساخت سلاح‌ها، زره‌ها و ابزارهای با ارزش است. به طور مثال شمشیرها اغلب از این نوع فولاد تولید می‌شدند.
بیشتر بدانید: بهترین فلز برای ساخت شمشیر چیست؟
وجود کربن بالا ساختارهای بسیار سخت و شکننده‌ای را در فولاد تشکیل می‌دهد. وجود کربن بالا در فولاد باعث میشود که برای سلاح‌ها یا ابزارهای لبه‌دار چندان مفید نباشد. زیرا با اعمال نیرو، لبه آن از بین می‌رود. آهنگران باستانی با استفاده از چرخه‌های آهنگری پیچیده، می‌توانستند سازه‌های سخت را قادر به مقاومت در برابر ضربات کنند. با شروع یک سری آزمایش که فولاد بوتهای در آن با استفاده از تکنیک‌های مختلف ساخته میشد، مراحل و جنبه‌های مختلف مورد مطالعه قرار گرفت. یکی از این تکنیک‌ها، تکنیک فولاد بوتهای گرجستانی بود. این تکنیک توسط دکتر نونیکاشویلی ابداع شد. او در ماه نوامبر سال 2010 میلادی تکنیک خود را در مراسمی درمورد فولاد بوتهای که در بلژیک برگزار شد، نشان داد.
فولاد بوته ای گرجستانی
در این تکنیک که یکی از رایجترین تکنیک‌های ساخت فولاد بوتهای است، مقدار مشخصی آهن کم‌کربن به دو قسمت مساوی تقسیم میشود. البته در آزمایشات از آهن خالص استفاده شد. نیمی از قطعات آهن در یک بوته رسی قرار داده شده و با ماسه یا شیشه با نقطه ذوب متوسط حدود 1200 درجه سانتی‌گراد پوشانده میشود. روی آن هم یک لایه زغال چوب اضافه می‌کنیم. اکنون نیمی دیگر از آهن به داخل بوته اضافه شده و دوباره زغال چوب برای لایه نهایی اضافه میشود. سپس بوته با درپوشی که سوراخ کوچکی در وسط آن وجود دارد، مهر و موم میشود. نحوه شارژ بوته قابل مشاهده است. در تصویر زیر این روند را می‌توانید مشاهده کنید.
هنگامی که بوته در کوره پخته میشود، دما در بوته به 1200 درجه سانتی‌گراد می‌رسد و ماسه یا شیشه شروع به ذوب شدن میکند و یک توده چسبنده تشکیل می‌دهد. این جرم چسبنده که اساساً فقط شیشه مذاب است، از نیمه پایینی آهن محافظت میکند.
در طول فرآیند، آهن موجود در بوته، کربن بیشتر و بیشتری را جذب میکند و دمای کلی تا 1500 درجه سانتی‌گراد افزایش می‌یابد. در نهایت قطعات اصلی آهن کم‌کربن به آلیاژی با کربن بالا و به نوعی به چدن تبدیل خواهند شد. از آنجایی که نقطه ذوب آلیاژ آهن‌کربن کاهش می‌یابد زیرا آلیاژ از کربن بیشتری تشکیل شده است، این قطعات چدن ذوب می‌شوند. پس از مذاب شدن، آلیاژ آهن شروع به چکیدن میکند و به سمت پایین بوته می‌رود. این چدن مذاب می‌تواند از فیلتر شیشه مذاب عبور کرده و در اطراف قسمت پایینی آهن قرار بگیرد. به دلیل دمای بالا، آهن پایینی بوته اکنون شروع به جذب کربن از چدن مذاب اطراف خود میکند و در نهایت مذاب میشود.
پس از یک ساعت و نیم این فرآیند پخت کامل شده و تمام آهن بالایی بوته در پایین بوته قرار می‌گیرد. بوته در حال حاضر شامل یک بار مذاب از فولاد در پایین بوته است، که در بالای آن یک لایه شیشه مذاب وجود دارد، که به عنوان پوششی برای جلوگیری از واکنش فولاد مذاب با زغال چوب عمل میکند. پس از سرد شدن فولاد بوتهای گرجستانی آماده میشود.
بقایای حاصل از تولید فولاد از پنج بخش مختلف تشکیل میشود. بوته باقیمانده، زغال چوب باقیمانده، یک شمش فولادی جامد، یک لایه سرباره و قطرات ریز یک آلیاژ آهن که در آن وجود دارد. فولاد به دست آمده همان فولاد بوتهای است که از روش گرجستانی ساخته شده است. برای ساخت فولاد بوتهای روشهای دیگری هم وجود دارد اما مهمترین آن‌ها همین دو روش یعنی فولاد دمشقی و فولاد گرجستانی بود که شرح داده شد.
کاربردهای فولاد بوته ای
در زمان‌های قدیم از فولاد بوتهای در ساخت شمشیر و زره استفاده می‌کردند.
جمع‌بندی
اگرچه روزی فولاد بوتهای پرکاربردترین فولاد بوده و امروز استفاده کمتری از آن میشود اما همچنان می‌تواند شگفتی آفرین باشد و حتی تماشای محصولاتی که با این نوع فولاد ساخته شده باشند شما را شگفت زده کند. زیبایی یکی از ویژگی‌های بارز محصولات ساخته شده با این نوع فولاد می‌باشد. به همین دلیل همچنان برای ساخت برخی وسایل تزئینی فلزی از این نوع فولاد استفاده میشود. کوره‌های بوتهای نیز نسبت به قبل مدرن‌تر و با کیفیت‌تر شده‌اند و این باعث بالا رفتن کیفیت محصولات ساخته شده از این نوع فولاد شده است. شاید این نوع فولاد خیلی شناخته شده نباشد اما هنوز جایگاه ویژه‌ای را در دنیای ما ایفا میکند.
پرسش و پاسخ
برای تولید فولاد بوتهای از روشهای مختلفی استفاده میشد. یکی از رایجترین روشهای سنتی، کربنسازی حالت جامد آهن فرفورژه است. این یک فرآیند انتشار است که در آن آهن فرفورژه در بوتهها با زغال چوب بستهبندی شده و حرارت داده میشود تا انتشار کربن در آهن برای تولید فولاد ایجاد شود. روش بعد کربن زدایی چدن با حذف کربن از چدن است. روش سوم از آهن فرفورژه و چدن استفاده میکند. در این فرآیند، آهن فرفورژه و چدن ممکن است با هم در یک بوته حرارت داده شوند تا با همجوشی فولاد تولید شود.
بوته یک ظرف سرامیکی یا فلزی است که در آن فلزات یا مواد دیگر ممکن است ذوب شوند و یا در معرض دمای بسیار بالایی قرار گیرند. اگرچه بوتهها در طول تاریخ تمایل داشته‌اند که از خاک رس ساخته شوند اما می‌توان آن‌ها را از هر ماده‌ای که در برابر دمای بالا مقاومت کند ساخت. مقاومتی به این اندازه که ذوب نشود یا محتویات آن تغییر نکند. برای ساخت فولاد بوتهای چه روش هایی وجود دارد؟
بوته چیست؟
فولاد و آلیاژ, مقالات در گروه صبا | نویسنده : امین شاکری | بروزرسانی : 7 آذر 1402
