Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Болат түрі
Type of steel
Круссивті болат – шойын (құйма темір), темір және кейде болатты, көбінесе құм, шыны, күл және басқа да ағындармен бірге күйдіргіште балқытып жасалған болат. Ежелгі заманда көмір немесе көмір оттарында темір мен болатты балқыту мүмкін емес еді, себебі олар жеткілікті жоғары температура бере алмайтын. Дегенмен, көміртегінің жоғары мөлшеріне және төмен балқу температурасына ие шойынды балқытуға болады. Ұзақ уақыт бойы ерітілген шойынға ұзақ уақыт бойы соғылған темірді немесе болатты салу арқылы, шойынның көміртегі мөлшері темірге баяу сіңіп, төмендеді, осылайша екеуі де болатқа айналды. Орта ғасырларда Оңтүстік және Орталық Азияда осы типтегі круссивті болат өндірілген. Бұл әдетте өте қатты болатты, сонымен қатар жоғары көміртекті болаттан (бұрынғы шойын) және төмен көміртекті болаттан (бұрынғы соғылған темір) тұратын біртекті емес композитті болатты жасады. Болатты соғу, аралау немесе жылтырату кезінде көбінесе күрделі өрнек пайда болатын, ал ең танымал мысалдары – Дамаск қылыштарында қолданылған wootz болатынан алынған. Ағындардың қолданылуының арқасында болаттың көміртегі құрамы (әдетте 1,5-тен 2,0%-ға дейін) және сапасы (қоспалардың болмауы) сол кездегі басқа болат өндіру әдістерімен салыстырғанда айтарлықтай жоғары болды. Болатты көбінесе өте аз және салыстырмалы түрде төмен температурада өңдеуге болады, көмірсуды кетіруге, ыстыққа шыдамсыздыққа немесе көміртектің артық таралуына жол бермеу үшін; қылыштың пішінін жасау үшін жеткілікті соққылар жасалатын. Көміртегі құрамы шойынға жақын болғандықтан, әдетте, дұрыс қаттылыққа жету үшін ауамен салқындатудан басқа, қалыптаудан кейін қосымша жылумен өңдеу қажет болмайтын. Жоғары көміртекті болат өте қатты жиекті қамтамасыз етті, ал төмен көміртекті болат қаттылықты арттыруға көмектесті, сынып қалу, жарылу немесе сынған кездегі қауіпті азайтуға көмектесті. Еуропада 18 ғасырда Англияда Бенджамин Хантсман круссивті болатты жасады. Хантсман көмірдің орнына кокс қолданды, осылайша болатты балқытуға және темірді ерітуге жеткілікті жоғары температураға қол жеткізді. Хантсманның процесі кейбір wootz процестерінен айырмашылығы болатты балқыту және салқындату үшін көбірек уақыт қажет етті, осылайша көміртектің таралуына көбірек мүмкіндік берді. Хантсманның процесінде шикізат ретінде темір мен болат, құйма темірден тікелей түрлендірудің орнына, бұршақ болат қолданылды. Болатты толық балқыту мүмкіндігі болаттағы кез келген біркелкіліктерді жойды, көмірдің сұйық болатқа біркелкі таралуына мүмкіндік берді және бірдей нәтижеге жету үшін бұрынғы кең көлемді теміршілік жұмыстарын қажет етпейтін болды. Сонымен қатар, болатты қалыпқа құюға мүмкіндік берді. Ағындарды пайдалану сұйықтықтағы қоспаларды толықтай шығаруға мүмкіндік берді, олар кейін жоғарыға жүзіп шығып, алып тастауға болатын. Бұл заманауи сапалы алғашқы болатты жасады, артық соғылған темірді тиімді түрде пайдалы болатқа айналдырудың құралын ұсынды. Хантсманның процесі пышақтар, құралдар және машиналар сияқты бұйымдарға қолдануға жарамды сапалы болатты еуропалық өндірісті арттырып, өнеркәсіптік революцияның жолын ашты.
Crucible steel is steel made by melting pig iron (cast iron), iron, and sometimes steel, often along with sand, glass, ashes, and other fluxes, in a crucible. In ancient times steel and iron were impossible to melt using charcoal or coal fires, which could not produce temperatures high enough. However, pig iron, having a higher carbon content and thus a lower melting point, could be melted, and by soaking wrought iron or steel in the liquid pig iron for a long time, the carbon content of the pig iron could be reduced as it slowly diffused into the iron, turning both into steel. Crucible steel of this type was produced in South and Central Asia during the medieval era. This generally produced a very hard steel, but also a composite steel that was inhomogeneous, consisting of a very high carbon steel (formerly the pig iron) and a lower carbon steel (formerly the wrought iron). This often resulted in an intricate pattern when the steel was forged, filed or polished, with possibly the most well known examples coming from the wootz steel used in Damascus swords. The steel was often much higher in carbon content (typically ranging in the area of 1.5 to 2.0%) and in quality (lacking impurities) in comparison with other methods of steel production of the time because of the use of fluxes. The steel was usually worked very little and at relatively low temperatures to avoid any decarburization, hot short crumbling, or excess diffusion of carbon; just enough hammering to form the shape of a sword. With a carbon content close to that of cast iron, it usually required no heat treatment after shaping other than air cooling to achieve the correct hardness, relying on composition alone. The higher carbon steel provided a very hard edge, but the lower carbon steel helped to increase the toughness, helping to decrease the chance of chipping, cracking, or breaking. In Europe, crucible steel was developed by Benjamin Huntsman in England in the 18th century. Huntsman used coke rather than coal or charcoal, achieving temperatures high enough to melt steel and dissolve iron. Huntsman's process differed from some of the wootz processes in that it used a longer time to melt the steel and to cool it down and thus allowed more time for the diffusion of carbon. Huntsman's process used iron and steel as raw materials, in the form of blister steel, rather than direct conversion from cast iron as in puddling or the later Bessemer process. The ability to fully melt the steel removed any inhomogeneities in the steel, allowing the carbon to dissolve evenly into the liquid steel and negating the prior need for extensive blacksmithing in an attempt to achieve the same result. Similarly, it allowed steel to be cast by pouring into molds. The use of fluxes allowed nearly complete extraction of impurities from the liquid, which could then simply float to the top for removal. This produced the first steel of modern quality, providing a means of efficiently changing excess wrought iron into useful steel. Huntsman's process greatly increased the European output of quality steel suitable for use in items like knives, tools, and machinery, helping to pave the way for the Industrial Revolution.
Тильдік болат өндірісінің әдістері
Темір қорытпалары көміртегі мөлшеріне қарай негізгі түрлерге бөлінеді: құйма темірде 2–4% көміртегі қоспасы болады; ұрып жасалған темірде көміртегінің көбісі 0,1% төменге дейін тотықтырылады. Көп құнды болаттың көміртегінің мөлшері аса нәзік, ал оның материалдық қасиеттері көміртегі пайызына қарай өзгереді: жоғары көміртегілі болат төмен көміртегілі болаттан мықтырақ, бірақ көміртегісі аз болғандықтан сынғыш. Круцибльді болат шикізатты жылу көзінен оқшаулап, көмірлендіруді (көміртегі мөлшерін арттыру) немесе көмірсіздендіруді (көміртегі мөлшерін азайту) дәл бақылауға мүмкіндік береді. Әктас сияқты қоспалар, күл, кремний және басқа да қоспаларды жою немесе арттыру үшін қосылады, осылайша оның материалдық қасиеттерін өзгертеді. Круцибльді болатты өндіру үшін әртүрлі әдістер қолданылған. Ислам мәтіндерінде, мысалы, әл-Тарсуси мен Әбу Райхан Бируниде, болат өндірісінің үш әдісі сипатталған. Ортағасырлық ислам тарихшысы Әбу Райхан Бируни (шамамен 973–1050 жж.) Дамаск болатты өндірудің ең алғашқы жазбасын келтіреді. Бірінші және ең көп таралған дәстүрлі әдіс – ұрып жасалған темірді қатты күйде көмірлендіру. Бұл диффузиялық процесс, онда ұрып жасалған темірді тигельдерге немесе ошаққа көмірмен бірге салып, темірге көміртектің сіңуіне ықпал ету үшін қыздырады. Көмірлендіру – Wootz болат өндірісінің негізі. Екінші әдіс – құйма темірден көміртегін алып тастау арқылы оны көмірсіздендіру. Кофьюзиялық процестердің түрлері негізінен Персия мен Орталық Азияда, сондай-ақ Үндістанның Хайдарабад қаласында (Декан немесе Хайдарабад процесі) кездеседі. Жақында ғана Орталық Азиядағы Мерв (Түркіменстан) және Ахсикет (Өзбекстан) сияқты жерлер круцибльді болат өндірісінің маңызды орталықтары болғаны анықталды. Орталық Азиядан табылған материалдардың барлығы қазба жұмыстарынан алынған және біздің заманымыздың 8–12 ғасырларына жатады, ал Үндістан мен Шри-Ланка материалдары б.з.д. 300 жылға дейін сонады. Үндістанның темір кенінде ванадийдің іздері және басқа да қорытпа элементтері болды, бұл Үндістанның круцибльді болаттарының қатаю қабілетін арттырды, олар Таяу Шығыста өткірлігін ұзақ сақтай алатындығымен әйгілі болды. Круцибльді болат көбінесе ерте заманда Таяу Шығысқа байланысты болғанымен, Еуропада, әсіресе Скандинавияда б.з.д. 3 ғасырынан бастап жоғары көміртегілі және ықтимал круцибльді болаттан жасалған өрнекті дәнекерленген семсерлер табылды. Бұл техниканың көрнекті мысалы – Ulfberht деген брендті семсерлер, олар 9 ғасырдан 11 ғасырдың басына дейінгі 200 жылдық кезеңге жатады. Көптеген мамандардың пікірінше, осы қылыштарды жасау процесі Таяу Шығыста пайда болған және кейіннен Волга сауда жолы арқылы саудаға шығарылған. Ислам дәуірінің алғашқы ғасырларында семсерлер мен болатқа қатысты ғылыми зерттеулер пайда болды. Олардың ең танымал авторлары – 8 ғасырдағы Жәбір ибн Хайян, 9 ғасырдағы әл-Кинди, 11 ғасырдың басындағы әл-Бируни, 12 ғасырдың соңындағы әл-Тарсуси және 13 ғасырдагы Фахр и Мудаббир. Олардың еңбектерінде ежелгі Грекия мен Римнің барлық сақталған әдебиеттерінде кездеспейтін Үндістан мен Дамаск болаттары туралы толық мәліметтер бар.
Iron alloys are most broadly divided by their carbon content: cast iron has 2–4% carbon impurities; wrought iron oxidizes away most of its carbon, to less than 0.1%. The much more valuable steel has a delicately intermediate carbon fraction, and its material properties range according to the carbon percentage: high carbon steel is stronger but more brittle than low carbon steel. Crucible steel sequesters the raw input materials from the heat source, allowing precise control of carburization (raising) or decarburization (lowering carbon content). Fluxes, such as limestone, could be added to the crucible to remove or promote sulfur, silicon, and other impurities, further altering its material qualities. Various methods were used to produce crucible steel. According to Islamic texts such as al Tarsusi and Abu Rayhan Biruni, three methods are described for indirect production of steel. The medieval Islamic historian Abu Rayhan Biruni (c. 973–1050) provides the earliest reference of the production of Damascus steel. The first, and the most common, traditional method is solid state carburization of wrought iron. This is a diffusion process in which wrought iron is packed in crucibles or a hearth with charcoal, then heated to promote diffusion of carbon into the iron to produce steel. Carburization is the basis for the wootz process of steel. The second method is the decarburization of cast iron by removing carbon from the cast iron. Variations of co fusion process have been found primarily in Persia and Central Asia but have also been found in Hyderabad, India called Deccani or Hyderabad process. Only recently it has become apparent that places in Central Asia like Merv in Turkmenistan and Akhsiket in Uzbekistan were important centres of production of crucible steel. The Central Asian finds are all from excavations and date from the 8th to 12th centuries CE, while the Indian/Sri Lankan material is as early as 300 BCE. India's iron ore had trace vanadium and other alloying elements leading to increased hardenability in Indian crucible steel which was famous throughout the middle east for its ability to retain an edge. While crucible steel is more attributed to the Middle East in early times, pattern welded swords, incorporating high carbon, and likely crucible steel, have been discovered in Europe, from the 3rd century CE, particularly in Scandinavia. Swords bearing the brand name Ulfberht, and dating to a 200 year period from the 9th century to the early 11th century, are prime examples of the technique. It is speculated by many that the process of making these blades originated in the Middle East and subsequently had been traded during the Volga Trade Route days. In the first centuries of the Islamic period, some scientific studies on swords and steel appeared. The best known of these are by Jabir ibn Hayyan 8th century, al Kindi 9th century, Al Biruni in the early 11th century, al Tarsusi in the late 12th century, and Fakhr i Mudabbir 13th century. Any of these contains far more information about Indian and damascene steels than appears in the entire surviving literature of classical Greece and Rome.
Оңтүстік Үндістан мен Шри-Ланка
Үндістанның қышқылданған болат өндірісі туралы көптеген этнографиялық мәліметтер бар, бірақ қышқылданған болат өндірісінің қалдықтарына қатысты ғылыми зерттеулер тек төрт аймақ бойынша жарияланған: Үндістандағы үш және Шри-Ланкадағы біреуі. Үндістан/Шри-Ланканың балқыма болаттарын көбінесе «вутц» деп атайды, бұл сөздің ағылшын тіліндегі «ukko» (канар тілінде) немесе «hookoo» (телугу тілінде) сөздерінің бұрмалануы екені қабылданған. 17 ғасырдан бастап еуропалық деректерде «вутц» атағы мен оның өндірісі туралы айтылған, бұл Оңтүстік Үндістанның Голконда, Майсур және Салем бұрынғы провинцияларында арнайы жасалған дәстүрлі балқыма болат. Қазірге дейін жүргізілген қазбалар мен жер бетін зерттеулердің көлемі әдеби мәліметтерді археометаллургиялық дәлелдермен байланыстыруға жеткіліксіз. Оңтүстік Үндістандағы Консамудрам және Гатихосахалли сияқты қышқылданған болат өндірісі орындары кем дегенде орта ғасырдың соңына, 16 ғасырға жатады. Тамилнадтың Коимбатор маңындағы Кодуманалдағы темірден жасалған балқыма процестеріне қатысты болуы мүмкін алғашқы белгілі әлеуетті орындардың бірі. Бұл орын б.з.д. III ғасыр мен б.з. III ғасыры аралығында салынған. 17 ғасырда Хайдарабад қышқылданған болат өндірісінің негізгі орталығы болған сияқты. Бұл процесс басқа жерлерде тіркелгеннен мүлдем өзгеше болған көрінеді. Хайдарабадтан шыққан «вутц» немесе суланған пышақтар жасауға қолданылған Деканни процесі екі түрлі темірдің қосылуын қамтиды: біреуі аз көміртекті, ал екіншісі – жоғары көміртекті болат немесе шойын. «Вутц» болаттары ежелгі Еуропа, Қытай, араб әлеміне кеңінен экспортталып, саудаға шығарылды және Таяу Шығыста Дамаск болаттары ретінде әйгілі болды. Жақында жүргізілген археологиялық зерттеулер Шри-Ланканың ежелгі дәуірде темір және болат өндірісінде инновациялық технологияларды қолдағанын көрсетті. Шри-Ланканың балқыма болат жасау жүйесі Үндістан мен Таяу Шығыс жүйелерінен ішінара тәуелсіз болды. Олардың әдісі балқытылған темірді карбуризациялау әдісіне ұқсас болды. 12 ғасырда Серендиб (Шри-Ланка) жері балқыма болат өнімдерінің негізгі жеткізушісі болған көрінеді, бірақ ғасырлар бойы өндіріс азайды және 19 ғасырға қарай Оңтүстік таулы аймақтың Балангода ауданында шағын өнеркәсіп қалды. Саманалавевадағы қазба жұмыстары батысқа қараған балқыту орындарының күтпеген және бұрын белгісіз технологиясын көрсетті, бұл темір өндірудің әртүрлі түрлері. Бұл пештер болатты тікелей балқыту үшін пайдаланылды. Бұл орындар «батысқа қараған» деп аталады, өйткені олар балқыту процесінде басым желді пайдалану үшін төбелердің батыс беткейлерінде орналасқан. Шри-Ланка пештік болаттары 9-11 ғасырларда және одан бұрын белгілі болды және саудаға шығарылды, бірақ кейін емес. Бұл орындар 7-11 ғасырларға жатады. Бұл мерзімнің 9 ғасырлық исламдық сілтемемен сәйкес келуі байқалады. 2018 жылы Йодхавева (Маннар маңындағы) жерінде жүргізілген қазба жұмыстары кезінде Шри-Ланкада 7-8 ғасырларда болат жасау үшін пайдаланылған шар тәрізді пештің төменгі жартысы мен шұңқыр сынықтары табылды. Бұл жерде табылған шұңқыр сынықтары Саманалавеваның сопақ түтік пішіндес шұңқырларына ұқсас болды.
There are many ethnographic accounts of Indian crucible steel production; however, scientific investigations of the remains of crucible steel production have only been published for four regions: three in India and one in Sri Lanka. Indian/Sri Lankan crucible steel is commonly referred to as wootz, which is generally agreed to be an English corruption of the word ukko (in the Canarese language) or hookoo (in the Telugu language). European accounts from the 17th century onwards have referred to the repute and manufacture of "wootz", a traditional crucible steel made specially in parts of southern India in the former provinces of Golconda, Mysore and Salem. As yet the scale of excavations and surface surveys is too limited to link the literary accounts to archaeometallurgical evidence. The proven sites of crucible steel production in south India, e. g. at Konasamudram and Gatihosahalli, date from at least the late medieval period, 16th century. One of the earliest known potential sites, which shows some promising preliminary evidence that may be linked to ferrous crucible processes in Kodumanal, near Coimbatore in Tamil Nadu. The site is dated between the third century BCE and the third century CE. By the seventeenth century the main centre of crucible steel production seems to have been in Hyderabad. The process was apparently quite different from that recorded elsewhere. Wootz from Hyderabad or the Decanni process for making watered blades involved a co fusion of two different kinds of iron: one was low in carbon and the other was a high carbon steel or cast iron. Wootz steel was widely exported and traded throughout ancient Europe, China, the Arab world, and became particularly famous in the Middle East, where it became known as Damascus steel. Recent archaeological investigations have suggested that Sri Lanka also supported innovative technologies for iron and steel production in antiquity. The Sri Lankan system of crucible steel making was partially independent of the various Indian and Middle Eastern systems. Their method was something similar to the method of carburization of wrought iron. In the twelfth century the land of Serendib (Sri Lanka) seems to have been the main supplier of crucible steel, but over the centuries production slipped back, and by the nineteenth century just a small industry survived in the Balangoda district of the central southern highlands. A series of excavations at Samanalawewa indicated the unexpected and previously unknown technology of west facing smelting sites, which are different types of steel production. These furnaces were used for direct smelting to steel. These are named "west facing" because they were located on the western sides of hilltops to use the prevailing wind in the smelting process. Sri Lankan furnace steels were known and traded between the 9th and 11th centuries and earlier, but apparently not later. These sites were dated to the 7th–11th centuries. The coincidence of this dating with the 9th century Islamic reference to Sarandib Excavations of the Yodhawewa (near Mannar) site (in 2018) have uncovered a lower half of a bottom spherical furnace and crucible fragments used to make crucible steel in Sri Lanka during the 7th 8th centuries AD. The crucible fragments uncovered at the site were similar to the elongated tube shaped crucibles of Samanalawewa.
Орталық Азия
Орталық Азияда біздің заманымыздың 1-мыңжылдығының соңынан бастау алған, балқымалы болат өндірісінің бай тарихы бар. Қазіргі Өзбекстан және Түрікменстанның Мерв қаласындағы археологиялық қазбалар балқымалы болаттың ірі көлемде өндірілгенін көрсетеді. Бұл ортағасырлық кезеңге, шамамен 8-9 ғасырлардың соңынан 12 ғасырдың соңына дейін, ерте крест жорықтарымен бір уақытта жатқан кезеңге сәйкес келеді. Материалдық мәліметтер 9-12 ғасырлардағы болат өндірісімен байланысты жүздеген мыңдаған тостағандардың (crucible) фрагменттері мен ірі шлактардан тұрады. Бұл процесс негізінен Шығыс Өзбекстанның Ферғана аңғарында дамыған және оған ғана тән, сондықтан оны Ферғана процесі деп атайды. Бұл процесс аталған аймақта шамамен төрт ғасыр бойы сақталды.
Central Asia has a rich history of crucible steel production, beginning during the late 1st millennium CE. From the sites in modern Uzbekistan and Merv in Turkmenistan, there is good archaeological evidence for the large scale production of crucible steel. They all belong in broad terms to the same early medieval period between the late 8th or early 9th and the late 12th century CE, contemporary with the early crusades. The material evidence consists of large number of archaeological finds relating to steel making from 9th–12th centuries CE in the form of hundreds of thousands of fragments of crucibles, often with massive slag cakes. This process appears to be typical of and restricted to the Ferghana Valley in eastern Uzbekistan, and it is therefore called the Ferghana Process. This process lasted in that region for roughly four centuries
"Жібек жолының" маңызды қаласы – Түрікменстанның Мерв қаласында балқымалы болат өндірісінің іздері табылды. Ислам ғалымы әл-Кинди (801–866 жж.) 9 ғасырда Хорасан аймағы – Нишапур, Мерв, Герат және Балх қалаларын қамтитын аймақ – болат өндірісінің ірі орталығы болғанын айтады. Мервтегі металлургиялық шеберханадан алынған мәліметтер, 9-10 ғасырларға жатса, балқымалы тостағандарда болат өндірудің кофьюзиялық әдісін көрсетеді, бұл әдіс нақтырақ айтқанда, wootz процесінен 1000 жылға жуық бұрын пайда болған. Мервтегі балқымалы болат процесі, Бронсонның (1986, 43) атап көрсетуінше, Хайдарабад процесімен – wootz процесінің бір түрімен – технологиялық жағынан байланысты болуы мүмкін, бұл процесті Войси 1820 жылдары құжаттаған.
Evidence of the production of crucible steel have been found in Merv, Turkmenistan, a major city on the 'Silk Road'. The Islamic scholar al Kindi (801–866 CE) mentions that during the ninth century CE the region of Khorasan, the area to which the cities Nishapur, Merv, Herat and Balkh belong, was a steel manufacturing centre. Evidence from a metallurgical workshop at Merv, dated to the ninth early tenth century CE, provides an illustration of the co fusion method of steel production in crucibles, about 1000 years earlier than the distinctly different wootz process. The crucible steel process at Merv might be seen as technologically related to what Bronson (1986, 43) calls Hyderabad process, a variation of the wootz process, after the location of the process documented by Voysey in the 1820s.
Ертедегі заманауи жазбалар
Еуропалық алғашқы қызықтырушылықтар қызықты болатқа орта ғасырдан кейінгі кезеңде пайда болғанға ұқсайды. Еуропалықтардың «Дамаск» болаттарымен тәжірибелері кем дегенде XVI ғасырға дейін созылады, бірақ 1790 жылдарға дейін зертханалық зерттеушілер Үндістандық/вутц болаттарымен жұмыс істей бастаған жоқ. Осы кезде еуропалықтар Оңтүстік Үндістандағы бірнеше жерлерде осы процесті көрген саяхатшылар әкелген мәліметтер арқылы Үндістанның қызықты болат жасау қабілеті туралы білген. XVII ғасырдың ортасынан бастап, Үндістанға саяхат жасаған еуропалықтар ондағы болат өндірісі туралы көптеген айқын куәліктерді жазып қалдырды. Олардың ішінде Жан Батист Таверньенің 1679 жылғы, Фрэнсис Бьюкененнің 1807 жылғы және Х.У. Войсидің 1832 жылғы жазбалары бар. XVIII, XIX және XX ғасырдың басында қызықты болаттың табиғаты мен қасиеттерін түсінуге еуропалықтардың қызығушылығы артып, қарқынды кезең болды. Үндістандық вутцке ең белгілі ғалымдардың назары ауды. Олардың бірі – Майкл Фарадей, ол вутц болатқа қызығушылық танытқан. Дегенмен, Джордж Пирсонның 1795 жылы Корольдік қоғамда жариялаған зерттеулері еуропалық ғалымдардың арасында вутцке қызығушылықты ояту тұрғысынан ең үлкен әсер етті. Ол өз нәтижелерін жариялаған және, сәйкесінше, «вутц» сөзін баспа бетінде алғаш рет қолданған ғалымдардың алғашқысы болды. Тағы бір зерттеуші, Дэвид Мушет, вутцтың қорыту арқылы жасалғанын анықтады. Дэвид Мушет өзінің процесін 1800 жылы патенттеді, ал 1805 жылы есеп берді.
The first European references to crucible steel seem to be no earlier than the Post Medieval period. European experiments with “Damascus” steels go back to at least the sixteenth century, but it was not until the 1790s that laboratory researchers began to work with steels that were specifically known to be Indian/wootz. At this time, Europeans knew of India's ability to make crucible steel from reports brought back by travellers who had observed the process at several places in southern India. From the mid 17th century onwards, European travellers to the Indian subcontinent wrote numerous vivid eyewitness accounts of the production of steel there. These include accounts by Jean Baptiste Tavernier in 1679, Francis Buchanan in 1807, and H. W. Voysey in 1832. The 18th, 19th and early 20th century saw a heady period of European interest in trying to understand the nature and properties of wootz steel. Indian wootz engaged the attention of some of the best known scientists. One was Michael Faraday who was fascinated by wootz steel. It was probably the investigations of George Pearson, reported at the Royal Society in 1795, which had the most far reaching impact in terms of kindling interest in wootz amongst European scientists. He was the first of these scientists to publish his results and, incidentally, the first to use the word "wootz" in print. Another investigator, David Mushet, was able to infer that wootz was made by fusion. David Mushet patented his process in 1800. He made his report in 1805.
Англиядағы өндірістің тарихы
Бенджамин Хантсман – сағат серіппелері үшін жақсы болат іздеген сағатшы. Шеффилдке жақын Хандсвортта ол жылдар бойы жасырын тәжірибелер жүргізгеннен кейін 1740 жылы болат өндіруді бастады. Хантсманның жүйесі 1600 °C температураға жете алатын кокспен қыздырылатын пешті пайдаланды, оған әрқайсысы шамамен 15 кг темір сыйдыратын он екі тостаған тигель орналастырылды. Тостағандар немесе «қазандар» қызған кезде, оларға цементтеу процесі арқылы алынған темір мен көміртегінің қорытпасы – «көпіршікті болат» және қоспаларды кетіруге көмектесетін флюс салынатын. Қазандарды пеште шамамен 3 сағат қалдырғаннан кейін алып тастап, шлак түріндегі қоспаларды сыпырып алып, балқытылған болатты құймаларға құятын. Болат толық балқығанда суыған кезде өте біркелкі кристалдық құрылым пайда болатын, бұл металлға сол кездегі басқа болаттарға қарағанда жоғары кернеуге төзімділік пен қаттылық қасиеттерін беретін. Хантсманның әдісі енгізілгенге дейін Шеффилд шведтік иленген темірден жылына шамамен 200 тонна болат өндірген (Oregrounds iron қараңыз). Хантсманның әдісінің енгізілуі бұл көрсеткішті күрт өзгертті: жүз жыл өткен соң мөлшері жылына 80 000 тоннадан асып, Еуропаның жалпы өндірісінің жартысына жуығын құрады. Шеффилд кішкентай қаладан Еуропаның жетекші өнеркәсіптік орталықтарының біріне айналды. Болат «тигельді пештерде» деп аталатын мамандандырылған шеберханаларда өндірілді, олар жер үстіндегі шеберханадан және жер астындағы жертөледен тұратын. Пеш ғимараттарының мөлшері мен сәулеттік стилі әртүрлі болды, бірақ 19 ғасырдың соңына қарай технологиялық жетістіктер газды отын ретінде пайдалана отырып, бір уақытта бірнеше қазанды «жағуға» мүмкіндік берді. Әр шеберханада стандартты жабдықтар болды, мысалы, балқыту тесіктерінің қатарлары, құю шұңқырлары, шатырлық желдеткіштер, тигельдерге арналған сөрелер және жағу алдында әр тигельді дайындау үшін қыздыру пештері. Заттарды өлшеуге және тигельдерді жасауға арналған қосымша бөлмелер шеберханаға тіркелген немесе жертөле кешенінің ішінде орналасқан. Бастапқыда сағат серіппелерін жасауға арналған болат кейіннен қайшы, балта және қылыштар сияқты басқа да қолдану салаларында пайдаланылды. Шеффилдтің Эббидейл өнеркәсіптік ауылында су дөңгелегімен жұмыс істейтін және осы жерде жасалған тигельді болаттан жасалған орақ жасау шеберханасы жұмыс істейді, ол Хантсман заманынан жеткен.
Benjamin Huntsman was a clockmaker in search of a better steel for clock springs. In Handsworth near Sheffield, he began producing steel in 1740 after years of experimenting in secret. Huntsman's system used a coke fired furnace capable of reaching 1,600 °C, into which up to twelve clay crucibles, each capable of holding about 15 kg of iron, were placed. When the crucibles or "pots" were white hot, they were charged with lumps of blister steel, an alloy of iron and carbon produced by the cementation process, and a flux to help remove impurities. The pots were removed after about 3 hours in the furnace, impurities in the form of slag skimmed off, and the molten steel poured into moulds to end up as cast ingots. Complete melting of the steel produced a highly uniform crystal structure upon cooling, which gave the metal increased tensile strength and hardness in comparison with other steels being made at the time. Before the introduction of Huntsman's technique, Sheffield produced about 200 tonnes of steel per year from Swedish wrought iron (see Oregrounds iron). The introduction of Huntsman's technique changed this radically: one hundred years later the amount had risen to over 80,000 tonnes per year, or almost half of Europe's total production. Sheffield developed from a small township into one of Europe's leading industrial cities. The steel was produced in specialised workshops called 'crucible furnaces', which consisted of a workshop at ground level and a subterranean cellar. The furnace buildings varied in size and architectural style, growing in size towards the latter part of the 19th century as technological developments enabled multiple pots to be "fired" at once, using gas as a heating fuel. Each workshop had a series of standard features, such as rows of melting holes, teaming pits, roof vents, rows of shelving for the crucible pots and annealing furnaces to prepare each pot before firing. Ancillary rooms for weighing each charge and for the manufacture of the clay crucibles were either attached to the workshop, or located within the cellar complex. The steel, originally intended for making clock springs, was later used in other applications such as scissors, axes and swords. Sheffield's Abbeydale Industrial Hamlet operates for the public a scythe making works, which dates from Huntsman's times and is powered by a water wheel, using crucible steel made at the site.
Материалдық қасиеттері
Хантсманнан бұрын болат өндірудің ең көп таралған әдісі – бұрандалы болат жасау болатын. Бұл әдісте цементтеу арқылы алынған, құрамында 1,5–2,0% көміртегі бар, өте жоғары көміртекті болаттан жасалған қабықпен оралған, темірден жасалған ядросы бар бұрандалы болат қолданылды. Болатты біртекті ету үшін оны жалпақ табақтарға соғып, үйіріп, содан соң біріктіріп соғатын. Бұл темір қаптама жасауға мүмкіндік берді. Алынған шикізат тегіс етіп соғылып, табақтарға кесіліп, қайтадан үйіріліп, дәнекерленіп, қабаттарды жұқарта отырып, біріктірілді, ал көміртегі жоғары көміртекті болаттан төмен көміртекті темірге баяу диффузияланған сайын тегіс етілді. Дегенмен, болатты қыздырған сайын және оған жұмыс істеген сайын, одан көміртегі шығып, декарбуризацияға ұшырауға бейімделді, ал бұл сыртқы диффузия қабаттар арасындағы ішкі диффузиядан әлдеқайда жылдам жүреді. Осылайша, болатты біртекті етуге жасалған әрекеттер көміртегінің мазмұнының төмендеуіне әкелді, сондықтан оны пружиналар, аспаптар, қылыштар немесе құралдар сияқты бұйымдарда қолдануға болмайтын еді. Сондықтан, мұндай бұйымдарда, әсіресе құралдарда қолдануға арналған болат әлі де негізінен баяу және қиын процесте, өте аз мөлшерде және қымбат бағамен жасалатын, жақсырақ болғанымен, қолмен темірден бөліп алу қажет болатын және қатты күйде толық біртекті болуы мүмкін емес еді. Хантсманның процесі алғаш рет толық біртекті болат өндірді. Болат өндірісінің бұрынғы әдістерінен айырмашылығы, Хантсман процесі болатты толық балқытып, сұйықтықта көміртегінің толық таралуына мүмкіндік берді. Флюстерді қолдану арқасында көптеген қоспаларды жоюға болып, заманауи сападағы алғашқы болат өндірілді. Көміртегінің жоғары балқу температурасы (болаттың үш есеге жуығы) және жоғары температурада тотығуға бейімділігіне байланысты, оны балқытылған болатқа тікелей қосу мүмкін емес. Алайда, балқытылған кезде, қапталған темір немесе шойын қосылғанда, көміртегінің мөлшерін мұқият реттеуге болады (Азиядағы тостаған болаттарына ұқсас, бірақ оларға тән біркелкіліксіз). Тағы бір артықшылығы – оның көмегімен басқа элементтерді болатпен қорытуға болады. Хантсман болаттан оттегі сияқты қоспаларды жоюға көмектесетін марганец сияқты қоспалаушы агенттерді қосумен тәжірибе жасаған алғашқылардың бірі болды. Оның процесін кейіннен Роберт Хэдфилд және Роберт Форестер Мушет сияқты көптеген басқалар мангаллой, жоғары жылдамдықты болат және тот баспайтын болат сияқты алғашқы қорытпа болаттарды өндіру үшін қолданды. Блистерлік болаттың көміртегі мазмұнындағы айырмашылықтарға байланысты, алынған көміртекті болаттың көміртегі мазмұны тостағандар арасында 0,18%-ға дейін өзгеруі мүмкін еді, бірақ орташа есеппен 0,79% көміртегі бар эутектоидты болат өндірілді. Болаттың сапасы мен қатаю қабілеті жоғары болғандықтан, ол құрал болаттарын, станоктарды, аспаптарды және басқа да көптеген бұйымдарды өндіруге тез қабылданды. Болатқа оттегі үрленбегендіктен, ол сапасы мен қатаю қабілеті жағынан Бессемер болаттан асып түсті, сондықтан Хантсман процесі 20-ғасырдың басында электр доғасын пайдаланатын жақсы әдістер әзірленгенше, құрал болаттарын өндіру үшін қолданылды.
Previous to Huntsman, the most common method of producing steel was the manufacture of shear steel. In this method, blister steel produced by cementation was used, which consisted of a core of wrought iron surrounded by a shell of very high carbon steel, typically ranging from 1.5 to 2.0% carbon. To help homogenize the steel, it was pounded into flat plates, which were stacked and forge welded together. This produced steel with alternating layers of steel and iron. The resulting billet could then be hammered flat, cut into plates, which were stacked and welded again, thinning and compounding the layers, and evening out the carbon more as it slowly diffused out of the high carbon steel into the lower carbon iron. However, the more the steel was heated and worked, the more it tended to decarburize, and this outward diffusion occurs much faster than the inward diffusion between layers. Thus, further attempts to homogenize the steel resulted in a carbon content too low for use in items like springs, cutlery, swords, or tools. Therefore, steel intended for use in such items, especially tools, was still being made primarily by the slow and arduous bloomery process in very small amounts and at high cost, which, albeit better, had to be manually separated from the wrought iron and was still impossible to fully homogenize in the solid state. Huntsman's process was the first to produce a fully homogeneous steel. Unlike previous methods of steel production, the Huntsman process was the first to fully melt the steel, allowing the full diffusion of carbon throughout the liquid. With the use of fluxes it also allowed the removal of most impurities, producing the first steel of modern quality. Due to carbon's high melting point (nearly triple that of steel) and its tendency to oxidize (burn) at high temperatures, it cannot usually be added directly to molten steel. However, by adding wrought iron or pig iron, allowing it to dissolve into the liquid, the carbon content could be carefully regulated (in a way similar to Asian crucible steels but without the stark inhomogeneities indicative of those steels). Another benefit was that it allowed other elements to be alloyed with the steel. Huntsman was one of the first to begin experimenting with the addition of alloying agents like manganese to help remove impurities such as oxygen from the steel. His process was later used by many others, such as Robert Hadfield and Robert Forester Mushet, to produce the first alloy steels like mangalloy, high speed steel, and stainless steel. Due to variations in the carbon content of the blister steel, the carbon steel produced could vary in carbon content between crucibles by as much as 0.18%, but on average produced a eutectoid steel containing ~ 0.79% carbon. Due to the quality and high hardenability of the steel, it was quickly adopted for the manufacture of tool steel, machine tools, cutlery, and many other items. Because no oxygen was blown through the steel, it exceeded Bessemer steel in both quality and hardenability, so Huntsman's process was used for manufacturing tool steel until better methods, utilizing an electric arc, were developed in the early 20th century.
19 және 20 ғасырлардағы өндіріс
1880 жылдары АҚШ-та дамытылған тағы бір әдіс бойынша темір мен көміртегі тікелей балқытылып, құрыш болат алынды. 19 ғасыр бойы және 1920 жылдарға дейін құрыш болаттың көп бөлігі кесу құралдарын жасауға жұмсалды, онда ол құралдық болат деп аталды. Құрышпен өңдеу процесі арнайы болаттарды жасау үшін қолданыла берді, бірақ қазір қолданыстан шықты. Бүгінде осындай сапалы болаттар электр доғалық пеште жасалады. Құралдық болаттың кейбір қолданыстары біріншіде жылдам болатпен, кейін вольфрам карбиді сияқты материалдармен алмастырылды.
In another method, developed in the United States in the 1880s, iron and carbon were melted together directly to produce crucible steel. Throughout the 19th century and into the 1920s a large amount of crucible steel was directed into the production of cutting tools, where it was called tool steel. The crucible process continued to be used for specialty steels, but is today obsolete. Similar quality steels are now made with an electric arc furnace. Some uses of tool steel were displaced, first by high speed steel and later by materials such as tungsten carbide.
Басқа жерлердегі балқытылған болат
1837 жылы ресейлік инженер Павел Аносов басқа бір қыздырылған болатты жасады. Оның әдісі қыздыру мен салқындатуға қарағанда, дұрыс кристалдық құрылым пайда болған кезде, қорытылған болатты жылдам суыту процесіне көбірек сүйенді. Ол өзінің болатын "булат" деп атады, оның құпиясы оның қазасымен бірге жойылды. Америка Құрама Штаттарында қыздырылған болатты алғаш рет Уильям Меткалф өндірді.
Another form of crucible steel was developed in 1837 by the Russian engineer Pavel Anosov. His technique relied less on the heating and cooling, and more on the quenching process of rapidly cooling the molten steel when the right crystal structure had formed within. He called his steel bulat; its secret died with him. In the United States crucible steel was pioneered by William Metcalf.