Jak powstaje stal?

Chyba nikt z nas nie wyobraża sobie dzisiaj życia bez materiału, jakim jest stal. W sumie nie ma się co temu dziwić. Gdyby nie wynalezienie stali, to budownictwo i przemysł nigdy nie osiągnęłyby takiego poziomu jak obecnie. Stal bowiem, chociaż na co dzień o tym zapewne nie myślimy, jest obecna w naszym życiu każdego dnia. Świadczy o tym chociażby fakt, że większość narzędzi, jak i sporo znanych nam materiałów wytwarza się ze stali. Od gigantycznych konstrukcji budowlanych, poprzez sprzęty domowe takie jak lodówka, kończąc na bardzo precyzyjnych narzędziach chirurgicznych – wszystko to w większej lub mniejszej mierze powstało dzięki wynalezieniu stali i sprawia, że nasze życie jest wygodniejsze i bezpieczniejsze. Zatem zastanówmy się czym w ogóle jest i jak powstaje materiał nazywany przez nas stalą.

Czym jest stal?

Definiując stal możemy powiedzieć, że jest to stop żelaza i węgla obrobiony cieplnie oraz plastycznie o zawartości węgla nieprzekraczającej 2,11%, co jest graniczną ilością węgla rozpuszczalną w żelazie. Węgiel w stali najczęściej występuje w postaci perlitu płytkowego, a im większa jest jego zawartość, tym stal jest twardsza. Należy także wspomnieć, że według Polskiej Normy PN-EN 10020:2003 stal zdefiniuje się jako “materiał zawierający więcej żelaza niż jakiegokolwiek innego pierwiastka, o zawartości węgla w zasadzie mniejszej niż 2% i zawierający inne pierwiastki”. Bez wątpienia stal jest najważniejszym i niezbędnym materiałem inżynieryjnym i budowlanym, jaki kiedykolwiek powstał.

Historia stali

Chociaż nie da się dziś ustalić, kto wynalazł stal, to jedno jest pewne – nie zrobił tego jeden człowiek. Jej produkcja ewoluowała przez stulecia i minęło sporo czasu, zanim weszła ona na stałe do naszego życia codziennego. Historia jej produkcji sięga aż do początków epoki żelaza, czyli ma już kilka tysięcy lat. Najwcześniejsze wykopaliska archeologów związane ze stalą datowane są na około 1800 r. p.n.e. Wydaje się jednak, że starożytni ludzie używali żelaza już w 4000 r. p.n.e. do produkcji różnych narzędzi, broni, a także innych przedmiotów codziennego użytku. Ciekawostką jest fakt, że żelazo prawdopodobnie uzyskiwali ze znalezionych meteorytów. Takie założenie potwierdza fakt, że znany ówcześnie podróżnik i polarnik, admirał Robert Peary, kiedy odwiedził Grenlandię w 1890 roku odkrył, że Eskimosi od wielu lat wykonują narzędzia z żelaza uzyskiwanego z kilkudziesięciotonowego meteorytu żelaza, który spadł tam wieki wcześniej. Nieprzypadkowo zatem słowo „żelazo” pochodzi od starożytnego terminu oznaczającego „metal z nieba”. Jak by nie było, to Chiny są powszechnie uważane za pierwszych masowych producentów stali wysokiej jakości i zresztą do dziś są jej największym producentem.

Jak powstaje stal?

Jak już wspomnieliśmy, do produkcji stali potrzebne są takie surowce jak: węgiel, ruda, wapień, złom stalowy, woda i powietrze. Niezbędna jest także bardzo wysoka temperatura. Najpierw w ogromnych piecach prażony jest węgiel. To powoduje tak zwane odgazowanie niepożądanych substancji. Następnie do pieca wrzucane są koks, ruda żelaza i wapień. Koks spala się, a pod wpływem niesamowicie wysokiej temperatury wapień wiąże niechciane substancje w rudzie. W ten sposób powstaje produkt uboczny zwany żużlem, natomiast pozostałe stopione surowce zbierają się na dnie pieca tworząc płynne żelazo, które zostaje przetransportowane dalej w specjalnych wozach surówkowych. Kolejnym etapem jest wylanie płynnego żelaza na tony złomu wcześniej przygotowanego, a do środka wpuszcza się chłodzoną wodą lancę, przez którą wpuszczany jest czysty tlen. Taki zabieg powoduje, że metal niejako zagotowuje się i zaczynają zachodzić różne reakcje chemiczne. Później odpowiednia porcja płynnej stali jest wlewana do kadzi transportowych. Kolejna sprawa to dodanie do niej składników stopowych, po czym tak przygotowany metal trafia do maszyn odlewniczych. Tutaj stal zaczyna nabierać konkretnych kształtów. Specjalne walce zgniatają rozgrzaną do czerwoności stal aż osiągnie zakładaną wcześniej grubość. Taka mocna obróbka utwardza metal tak bardzo, że po pewnym czasie nie daje się go dalej kształtować i stal jako materiał, który znamy, jest właściwie gotowa i można ją kupić w odpowiedniej formie.

Jak powstaje stal?