يعد الفولاذ اليوم أحد أهم المعادن المنتجة من الحديد وأكثرها استخدامًا في العالم. باستخدام الفولاذ، يتم تصنيع جميع أنواع المقاطع الحديدية، والأجهزة المنزلية، والآلات، والهياكل الصغيرة والكبيرة، وجميع أنواع الأدوات والمنتجات العملية الأخرى.
يعود تاريخ إنتاج الصلب إلى 4000 سنة قبل بداية العصر الحديدي. تم تسجيل أقدم النماذج الأولية المتعلقة باستخدام الفولاذ حوالي عام 1800 قبل الميلاد، ومنذ ذلك الوقت، وصل إلى استخداماته الحالية عبر عصور مختلفة مثل الإمبراطورية الرومانية، والإسبرطيين، والسلالات الصينية.
يمكن أن تكون العلامات الأولى لإنتاج الصلب مرتبطة بالحدادين في القرن الثالث عشر؛ الحدادون الذين اكتشفوا لأول مرة، من خلال تقليل نسبة الكربون في الحديد، تصبح هذه المادة أكثر مقاومة ومتانة.
استخدم الحرفيون في الهند القديمة الفولاذ لصنع الشفرات والرماح والسيوف. نظرًا لأنه يتم استخدام مواد فولاذية تسمى wootz في هذا النوع، فإنه يُسمى أيضًا فولاذ wootz. قديماً كان يستخدم فولاذ فوتز في صناعة جميع أنواع الأسلحة لأنه كان حاداً ومقاوماً. ويسمى هذا الفولاذ أيضًا بفولاذ دمشق.
تُعرف الصين بأنها منتج ضخم للصلب. على الأرجح، خلال هذه الفترة الزمنية في الصين، استخدموا تقنيات مشابهة لعملية بسمر (سنتحدث أكثر عن هذه العملية لاحقًا)، والتي أصبحت شائعة في أوروبا في القرن التاسع عشر. يمكن أن تعود أمثلة إنتاج الفولاذ عالي الجودة في الصين إلى القرن الثاني قبل الميلاد؛ لكن إنتاجه بكميات كبيرة بدأ في القرن الثالث الميلادي.
تم تطوير استخدام الفولاذ الدمشقي في الشرق الأوسط في القرن الحادي عشر وكان يستخدم في الغالب لصنع نصال السيوف. تم إنتاج شفرات دمشق في الشرق الأدنى من سبائك الفولاذ المستوردة من الهند وسريلانكا. وقد اشتهرت المنتجات المنتجة بقدرتها على حلاقة الحواف الحادة جداً ومقاومة الكسر.
وفي العصور الوسطى في جنوب آسيا، تم اكتشاف نوع من الفولاذ يسمى فولاذ بوثاي. كان هذا النوع من الفولاذ أكثر هشاشة من الفولاذ اليوم؛ ولكن تم استخدامه في بعض التطبيقات مثل صنع الأدوات. وبحلول القرن الثاني عشر، كانت سريلانكا أكبر مورد في العالم للصلب البوتاي.
في القرن السابع عشر، كانت خصائص الحديد واضحة للجميع، ولكن التحضر المتزايد في أوروبا زاد من الحاجة إلى المعدن، وفي القرن التاسع عشر، بدأ علماء المعادن في التفكير في توفير الحديد اللازم للتوسع في السكك الحديدية. وكان ينبغي حل مشكلة هشاشة الحديد وعدم كفاءة عمليات الإنتاج.
في القرن السابع عشر، كانت خصائص الحديد واضحة للجميع، ولكن التحضر المتزايد في أوروبا زاد من الحاجة إلى المعدن، وفي القرن التاسع عشر، بدأ علماء المعادن في التفكير في توفير الحديد اللازم للتوسع في السكك الحديدية. وكان ينبغي حل مشكلة هشاشة الحديد وعدم كفاءة عمليات الإنتاج.
تم استخدام فحم الكوك لأول مرة في صهر خام الحديد بكميات كبيرة ثم حل محل الخشب والفحم فيما بعد. ويمكن القول أن هذا الحدث كان بداية جديدة لإنتاج الفولاذ.
من أقدم أنواع الفولاذ الفولاذ المقاوم للصدأ، والذي بدأ إنتاجه في ألمانيا وإنجلترا في القرن السابع عشر. وبمساعدة هذا النوع من الفولاذ، ومن خلال زيادة كمية الكربون في الحديد، يتم إنتاج الحديد الزهر المنصهر باستخدام عملية تسمى التدعيم (التعدين المائي). وبعد حوالي أسبوع، يمتص الحديد الكربون الموجود في الفحم.
تؤدي إعادة التسخين إلى توزيع الكربون بالتساوي، وفي النهاية بعد التبريد، يتم الحصول على الفولاذ المقاوم للصدأ.
يؤدي المزيد من الكربون إلى زيادة كفاءة إنتاج الفولاذ المقاوم للصدأ. يعتبر الفولاذ الناتج أكثر ملاءمة من الحديد الزهر وله القدرة على اللف والضغط.
عام 1712
بنى توماس نيوكومن أول محرك بخاري تجاري ناجح. وقاد الصلب الصناعة نحو الثورة الصناعية.
سنة 1740
تقنية الصلب البوثاي والتي ذكرنا أول استخدام لها أعلاه، تم تطويرها على يد مخترع إنجليزي اسمه بنجامين هانتسمان. توسع إنتاج الفولاذ المقاوم للصدأ في أربعينيات القرن الثامن عشر. عندما كان صانع الساعات الإنجليزي بنجامين هانتسمان يحاول إنتاج فولاذ عالي الجودة لنوابض ساعته، اكتشف أنه يمكن صهر المعدن في بوتقات طينية ومعالجته بتدفق خاص لإزالة الرماد الذي خلفته عملية التدعيم أدى ذلك إلى إنشاء عمليات الصلب السائل أو الصب. ولكن نظرا لارتفاع تكاليف الإنتاج، تم استخدام كل من الفولاذ المقاوم للصدأ والفولاذ المصبوب فقط في المشاريع المتخصصة.
في عام 1779
تدفقت الطاقة عبر مصانع الصلب، مما يعني أنها لم تعد بحاجة إلى استخدام المياه وبدأت في دحرجة الفولاذ بطرق أخرى. ومن خلال النظر إلى تاريخ إنتاج الصلب ودراسة المراحل المختلفة، يمكن أن نفهم أنه مع استخدام أساليب جديدة، أصبحت عملية إنتاج الصلب أكثر كفاءة من ذي قبل.
سنة 1783
هنري كورت (هنري كورت)، شخص من إنجلترا، اخترع الأسطوانة الفولاذية لإنتاج المعادن. اكتشف الحدادون بعد ذلك كيفية تحويل الحديد الخام إلى حديد مطاوع منخفض الكربون باستخدام أفران التوحل (التي طورها هنري كورت عام 1784). وتسمح الأدوات الطويلة والخشنة للأكسجين بالاندماج مع الكربون ثم إزالته ببطء.
متى وينخفض الكربون الموجود في الحديد، وتزداد درجة انصهاره، بحيث تتراكم كتل الحديد في الفرن، هذه الكتل قبل أن تتحول إلى صفائح أو قضبان ملفوفة، يتم التعامل معها بمطرقة الحداد.
في عام 1794
سجل فيليب فون، وهو مخترع ويلزي، براءة اختراع لتصميم محمل لدعم محور العربة.
القرن الثامن عشر
في القرن الثامن عشر، كان الفولاذ مادة مهمة للغاية. تم الاعتراف به على أنه ذو قيمة مع العديد من الاستخدامات. إلا أن إنتاجها كان باهظ الثمن وتم إنتاجها في تطبيقات خاصة مثل إنتاج الدروع والأدوات والأسلحة. 1813 ولد المهندس الإنجليزي هنري بيسمر في 19 يناير 1813. دعنا نتناول ذلك لاحقًا.
سنة 1830
شيئًا فشيئًا، تم استخدام آلات الفولاذ في الصناعة الزراعية.
سنة 1855
< تم تقديم عملية بسمر. كانت عملية بسمر أول عملية صناعية غير مكلفة لإنتاج الفولاذ بكميات كبيرة من الحديد المنصهر قبل تطوير إنتاج الفرن المفتوح. في هذه الطريقة تتم إزالة الشوائب من الحديد عن طريق الأكسدة. كلما قلت الشوائب، كلما كان الفولاذ أقوى.
مزيد من الإلمام بعملية بسمر والأحداث اللاحقة في إنتاج الفولاذ
في عام 1860، تم بناء أكثر من 3000 فرن للوحل في بريطانيا. ولكن تم تأجيل هذه العملية بسبب قلة العمالة وانخفاض كثافة الوقود. ونتيجة لذلك، ظل الحديد الزهر المصنوع في أفران البودرة هو المعدن الرئيسي في الصناعة الإنجليزية طوال القرن التاسع عشر.
يعد الحديد الزهر معدنًا قويًا؛ ولكن بسبب وجود الكربون فيه فهو هش وهش، ولا يصلح لدرفلة وتشكيل المعادن. عندما أدرك علماء المعادن أن المحتوى العالي من الكربون في الحديد يجعله هشًا، اختبروا طرقًا جديدة لتقليل كمية الكربون وزيادة كفاءته.