Az acél történelme

Az acél története az ókorig nyúlik vissza. Az acél vas és más elemek ötvözete: szén, mangán, foszfor, kén, szilícium, nyomokban oxigén, nitrogén és alumínium. Az ötvözetben lévő szén és más elemek keményítőszerként hatnak.

Az acél széntartalma 2,11% alatti. A 2,11%-nál több szenet tartalmazó vas-szén ötvözeteket öntöttvasnak nevezzük. A legrégebbi acélból készült tárgy egy vasáru, amelyet egy anatóliai régészeti lelőhelyen (Kaman-Kalehoyuk) tártak fel, és amely körülbelül 4000 éves. Ha a széntartalom meghaladja a 0,3%-ot, az anyag 850-900 Celsius-fokos vízben oltva kemény és törékeny lesz.

Törékenysége csökkenthető 350-500 Celsius-fok közötti újramelegítéssel, ezt a folyamatot temperálásnak nevezik. A fennmaradt leletek mikroszerkezetéből ítélve az egyiptomiak i. e. 900 körül már ismerték ezt a fajta hőkezelést. Így kardok és kések készítéséhez ideális anyagot kaptak. Bizonyítékok vannak arra is, hogy hőkezelt acélt a Han-dinasztia (i. e. 206 – i. sz. 25) idején is gyártottak. Az ókori civilizációk azonban nem sajátították el teljesen az acélgyártás módszereit, felhasználása korlátozott volt, és nagyon hosszú gyártási folyamatokba került.

Kr. e. 300 és Kr. u. 1700 között volt a legendás damaszkuszi acél kora. Az acél előállításának titkai az idők során elvesztek, de a tárgyak megmaradtak. A damaszkuszi acél története i. e. 300 körül kezdődött Indiában. A középkor keresztes hadjáratai során vált ismertté. A damaszkuszi acélt nyomás alatt is meg lehetett hajlítani anélkül, hogy eltörött volna. A legújabb tanulmányok szerint szén nanocsövek kerültek a szerkezetébe, ami megmagyarázná legendás tulajdonságainak egy részét.

Jelentős előrelépés az acél történetében

A nagy áttörés 1751-ben következett be, amikor Benjamin Huntsman acélművet alapított az angliai Sheffieldben. Itt az acélt úgy állították elő, hogy vasércet és nyersvasat olvasztottak agyagtégelyekben 1500-1600 Celsius-fokos hőmérsékleten, kokszot használva tüzelőanyagként. Sheffield lett a tégelyes acélgyártás központja. A csúcsévben, 1873-ban a termelés 110 000 tonna körül volt, ami a világ termelésének mintegy felét jelentette. Az eljárás elterjedt Svédországban és Franciaországban, majd Németországban, ahol Alfred Krupp esseni munkájához kötődik. Ez az eljárás tette először lehetővé ötvözött acélok előállítását. Ennek oka az volt, hogy a tégelyben lévő olvadt fémhez ötvözőelemeket lehetett hozzáadni. Az eljárás a 20. század elején hanyatlásnak indult. Úgy vélik, hogy az utolsó tégelykemencét Sheffieldben 1968-ig működtették.

1860 előtt az acél drága termék volt, amelyet kis mennyiségben gyártottak. A fémszerkezetek kovácsolt vagy öntött vasból készültek.

Modern korszak az acéliparban

Az acél története az acélgyártás modern korszakával fordulóponthoz érkezett. Henry Bessemer brit kohász nevéhez fűződik. A Bessemer-eljárás során a nyersvasat a kohóból való kivonás után levegővel fújják át acéllá. A Bessemer által 1856-ban bemutatott eljárás 1864-ben vált sikeresen működőképessé. Ez az eljárás a modern kor legfontosabb termelési fejlesztései közé tartozik. Hasonló eljárást alkalmazott az Egyesült Államokban William Kelly 1851-ben, amelyet 1857-ben szabadalmaztattak. A Bessemer-eljárás egyik nehézsége az volt, hogy csak alacsony foszfor- és kéntartalmú nyersvasat tudott feldolgozni.

1860-ban William és Friedrich Siemens Nagy-Britanniában, valamint Pierre és Emile Martin Franciaországban kifejlesztett egy alternatív acélgyártási eljárást. A nyitott kályhát levegővel és tüzelőgázzal táplálták, amelyet égéstermékekkel 800 Celsius-fokra előmelegítettek. A láng hőmérséklete 2000 Celsius-fok volt, ami elegendő volt a sóoldat megolvasztásához. Olvasztott nyersvasat, hideg törmeléket vagy a kettő kombinációját lehetett használni. 1950-re a Nagy-Britanniában és az Egyesült Államokban előállított acél 90%-át nyílt kemencés kemencével állították elő. Ez az eljárás azonban időigényes volt.

A villamosenergia-ipar fejlődésével a 19. század vége felé lehetővé vált az elektromosság energiaforrásként való felhasználása az acélgyártásban. Ez vezetett az elektromos ívkemencéhez. Ez egy olyan technológia, amely 100%-ban acélhulladékot használ, és ideális az alacsony ötvözésű acélok előállításához.

Oxigén alapú konvektor

1948-ban Robert Durrer egy másik eljárást fejlesztett ki, amelyet oxigénkonvektornak vagy LD-konvektornak neveztek el (nevét az osztrák Linz és Donawitz városokról kapta). Ez a Bessemer-eljárás továbbfejlesztett változata, a levegőbefúvást oxigénbefúvás váltja fel. Ez csökkentette a tőkeköltségeket, csökkentette az olvasztási időt és növelte a termelékenységet. 1960 óta az oxigénfúvásos eljárás az Atlanti-óceán mindkét partján felváltotta a nyitott kemencés kemencét és a Bessemer-eljárást.