Hylkää huomautus
Liity mukaan keskusteluun!

Rekisteröityminen ei kestä kuin hetkosen ja pääset keskusteluun mukaan, tervetuloa!

>>> REKISTERÖIDY <<<

Teräksen arvoitus (Takkirauta blog)

Viestiketju osiossa 'Menneet sodat ja sotahistoria' , aloittaja miheikki, 13.04.2011.

  1. miheikki

    miheikki Ylipäällikkö Lahjoittaja

    Liittynyt:
    20.04.2010
    Viestejä:
    4,393
    Tykkäykset:
    4,510
    Pisteet:
    1,286
    Blogikirjoitus teräksen historiasta ja samalla kumotaan samuraiden käyttämien miekkojen mystiikka. Kirjoittaja on (ainakin) metallin asiantuntija.

    http://takkirauta.blogspot.com/2008/08/terksen-arvoitus.html

    Lienee pitkästä aikaa aihetta suorittaa metallurgiaa sivuava masuuninlasku.

    Maailman varmasti tärkein metalli on teräs. Itse asiassa kyseessä ei ole metalli sellaisenaan (alkuaineena), vaan metalliseos, jossa on rautaa (Fe), hiiltä (C) ja mahdollisia muita seosmetalleja. Mitä teräs oikeastaan on?

    Ihmiskunta on tuntenut raudan hyvin varhain - jo neoliittiselta kivikaudelta lähtien, jolloin sitä on pidetty taivaasta pudonneena kivenä. Kyseessä on ollut meteoriittirauta, joka on hyvin puhdasta alkuainerautaa. Meteoriittirauta on ollut helppoa muokata, sillä se on varsin pehmeää, mutta harvinaisuutensa vuoksi se on ollut äärimmäisen kallista.

    Metallit pääsääntöisesti esiintyvät luonnossa termodynaamisista syistä yhdisteinään, malmeina, jotka ovat yleensä joko metallien suoloja, oksideita tai sulfideita. Poikkeuksen tekevät Ib-ryhmän metallit - kupari, hopea ja kulta - jotka on äärimmäisen helppoja pelkistää ja jotka voivat esiintyä kullan tavoin luonnossa pelkistyneinä. Niinpä ensimmäinen ihmiskunnan metallurgian keinoin hyödyntämä metalli on ollut kupari, jota on pelkistetty kuparimalmeista kuumentamalla. Neoliittinen kivikausi onkin päättynyt kalkoliittiseen kauteen - sanoista χαλκος, "khalkos" vaski ja λίθος "lithos", kivi, jolloin kuparityökalut ovat alkaneet syrjäyttää kivityökaluja. Kalkoliittinen kausi kesti noin vuodesta 8000 eKr, viimeistään vuodesta 6000 eKr, jolloin kuparia opittiin pelkistämään, vuoteen 3000 eKr, jolloin keksittiin seostaa kupariin tinaa, jolloin saatiin pronssia. Tina tekee kuparista kovempaa ja laskee sen sulamispistettä. Pronssikausi oli alkanut.

    Pronssikausi oli ensimmäinen ihmisen askel kohti teknologista yhteiskuntaa. Syntyi toisaalte metallurgien ammattikunta, jotka valmistivat metalleja, ja toisaalta seppien ammattikunta, jotka jalostivat metallit edelleen tarve-esineiksi. Ensimmäiset valtiot syntyivät myös pronssikaudella - neoliittisena aikana yhteiskunnat olivat jääneet vain heimoyhteisöjen tasolle.

    Raudan keksiminen menee heettiläisten tiliin ja 1200-luvulle eKr. Vaikka metoriittirauta oli tunnettu jo ammoisina aikoina, se oli äärimmäisen arvokasta ja kallista eikä sen pelkistämisprosessia tunnettu. On arveltu, että maailman ensimmäinen rautaruukki olisi ollut metsäpalo, joka olisi tapahtunut rinteessä, rautamalmiesiintymän päällä. Metsää olisi kaatunut rinnettä vasten, ja puuhiili palanut hiilimonoksidiksi, joka olisi pelkistänyt malmin metalliseksi raudaksi. Koska rauta on luonnossa alkuaineena paljon yleisempää kuin kupari, se syrjäytti nopeasti pronssin. Rautakausi oli alkanut - tämä ajanjakso osuu yhteen Egyptin Uuden valtakunnan kanssa. Rautakausi merkitsi lopullisesti suurten imperiumien läpimurtoa - korkeakulttuurit kasvoivat nyt imperiumeiksi.

    Rauta on kaupan päälle paljon kuparia monipuolisempi metalli. Se on VIIIb-ryhmän ensimmäinen alkuaine - sen elektronirakenne siis muistuttaa jossakin määrin jalokaasuja, ja sillä on kaksi hapetuslukua, +II ja +III (oksidit FeO ja Fe2O3). Rauta on neutraaleissa tai emäksisissä oloissa varsin intertti, ja vaikka se hapettuu helposti happamissa oloissa, se on suhteellisen helppoa pelkistää hiilellä. Ja rauta muodostaa helposti sekä lejeerinkejä (metalliseoksia) muiden metallien kanssa - että seosmetalleja. Ja tärkein raudan seosmetalli on teräs.

    1700-luvulle saakka pidettiin selvänä, että alkuaineita oli joko vain neljä - maa, vesi, ilma ja tuli - tai sitten, kuten Kiinassa, viisi: maa, vesi, ilma, metalli ja puu. Metallurgia ei ollut tuolloin tiede; se oli taito, joka periytyi suullisesti mestarilta oppipojalle ja kisällinä hankittiin käytännön taidot. Muinaisuuden kansat eivät tienneet raudan olevan alkuaine, vaan sen katsottiin syntyvän maasta ja tulesta yhdessä puun (hiilen) avulla. Mystinen viides alkuaine (quinta essentia, englannin "quintessence") sai sitten raudan syntymän aikaan. Ja tiedettiin myös, että rautalaatuja oli monenlaisia: toiset kovia mutta hauraita, ja toiset taas taottavia mutta sitkeitä, ja raudan laatu riippui sen valmistustavasta. Rauta voitiin myös muokata - takomalla, karkaisemalla ja päästämällä.

    Kaikkein halutuin raudan muoto on aina ollut teräs. Teräs on metalliseos, jossa on mukana hiiltä - 0,5-1,5%, ylihiiliteräksissä aina 2,1% asti. Juuri hiili tekee teräksestä samanaikaisesti sekä kovaa, sitkeää, karkaistavaa että taottavaa. Puhdasta rautaa - kankirautaa - voidaan takoa ja jossain määrin karkaista, mutta se on aivan liian pehmeää työkaluihin ja aseisiin; roomalaiset tekstit kuvaavat, miten kelttien miekat vääntyivät osuessaan roomalaisten kilpiin - ne oli valmistettu kankiraudasta, ja tällaisia "mutkalle väännettyjä" miekkoja onkin löydetty arkeologisista löydöistä. Ensimmäinen ihmiskunnan valmistama rauta onkin juuri kankirautaa - sitä voidaan valmistaa helposti maakuopissa ja harkkohyteissä vaikkapa omalla takapihalla käyttäen järvimalmia ja grillihiiltä. Hyötysuhde ja energiatalous vain on hirveän huono!

    Mitä hiili saa seosmetallissa aikaan? Puhtaassa rautametallissa atomit ovat metallihilassa, ionisoituneina, ja koska raudan elektronirakenne muistuttaa jonkin verran jalokaasuja (siis VIIIa-ryhmää), atomit pääsevät helposti liikkumaan toistensa ohi. Tästä syystä kankirauta on helposti muokkautuvaa ja vääntyvää. Kun mukana on epäpuhtautena hiiltä (IVb-ryhmän alkuaine), se toisaalta muodostaa rautakarbidia eli sementiittiä (Fe3C) että myös vaikuttaa kidehilojen muokkautumiseen. Sementiitti on kovaa mutta haurasta, ja jos hiilen pitoisuus ylittää 1,5% seoksessa, metalliseoksesta tulee aivan liian kovaa taottavaksi - sitä voidaan kyllä valaa, muttei takoa (no, ylihiiliteräkset ovat oma juttunsa). Ja juuri taottavuutensa ja kovuutensa vuoksi teräs sopii erityisesti työkalujen valmistukseen - suomen teräs ja terä ovat samaa kantaa.

    Rautaseoksilla on suurilukuinen määrä erilaisia kidemuotoja, ja tärkeimpiä niistä ovat eri ferriitit, austenniitti ja martensiitti. Alfa(α)-ferriitti on raudan tilakeskeinen kuutiollinen kiderakenne, joka on vakaimmillaan noin huoneenlämmössä. Ferriittiset ja martensiittiset teräkset ovat ferromagneettisia kukin koostumukselleen ominaisen Curie-lämpötilansa alapuolella. Raudalla Curie-piste on 723 °C, ja tuossa:n lämpötilassa raudan kiderakenne muuttuu austeniittiseksi – pintakeskeiseksi kuutiolliseksi – γ-faasiksi, mihin voi liueta maksimissaan 2,1 % hiiltä, jota pidetään hiiliteräksen ylärajana. Yleensä liukenevat hiiliatomit sijoittuvat raudan atomihilan välisijoihin. Mikäli hiilipitoisuus on suurempi kuin 2,1 %, syntyy rakenteeseen jo jähmettymisvaiheessa grafiittia. Grafiitti on haluttu rakenneosa vain valuraudoissa, joissa se esiintyy joko suomumaisena tai pallomaisena, sillä se laskee seoksen sulamispistettä ja helpottaa valamista. Jäähdytettäessä hitaasti ylikyllästeinen austeniitti muuttuu ferriitiksi, ja hiilen ylijäämä muodostaa sementiittiä, Fe3C (rautakarbidia), joka muodostaa ferriittimatriisiin lamellimaista, perliitiksi kutsuttua mikrorakennetta. Sementiitti on kovaa ja haurasta. Lamellimainen perliitti palloutuu riittävän pitkään tai riittävän korkeassa lämpötilassa hehkutettaessa. Tällöin sitkeys paranee.

    Muinaisuuden kansat huomasivat jo varhaisessa vaiheessa, että oli olemassa aivan tietty rautalaatu, joka oli äärimmäisen sitkeää ja kovaa. Raudan sulamispiste on kuitenkin varsin korkea - 1538 °C - että sen sulatus onnistui vain poikkeustapauksissa. Ja ensimmäisen kerran rauta saatiin sulamaan Kiinassa. Masuuni oli syntynyt. Kiinassa monet malmilaadut sisältävät valtavan määrän fosforia, mikä alentaa raudan sulamispistettä niin, että se saadaan sulamaan jo tavanomaisessa harkkohytissä.

    Kuitenkin asiassa on yksi "mutta". Rauta kyllä pelkistyy masuunissa oikein tehokkaasti - itse sekä rauta(II)oksidin että rauta(III)oksidin pelkistymisreaktio tapahtuu kiinteässä faasissa, mutta hiilimonoksidin ohella masuuni on täynnä hiiltä. Ja kun sula rauta kulkee tuon hiilikerroksen läpi, se liuottaa itseensä valtavan määrän hiiltä ja muodostaa eutektisen seoksen. Yllätys yllätys, tuloksena on takkirautaa - sitä samaa, mistä tämä blogi on saanut nimensä. Takkirauta sisältää niin valtavan määrän hiiltä, ettei sitä voida käyttää missään sitkeyttä vaativissa tehtävissä - se on hyvin haurasta. Sitä voidaan kyllä valaa, mutta se pitää mellottaa (dekarburisoida) ennenkuin siitä saadaan mitään mielekästä aikaan.

    Ja tätä eivät muinaisuuden kansat - kiinalaisia lukuunottamatta - tunteneet. Eivätkä edes kaikki kiinalaisetkaan!

    Länsimaissa katalonialainen ahjo kehitettiin 700-luvulla Espanjassa. Kiitos karolingisen renessanssin ja luostarilaitoksen, katalonialainen ahjo eli suomeksi pätsi levisi nopeasti ympäri Eurooppaa. Sen avulla raudasta saatiin hyvin puhdasta, mutta siinä syntyvä huokoinen rautasieni, jööti, jäi kiinteään faasiin ja piti poistaa reaktorista mekaanisesti. Ensimmäinen todellinen masuuni, josta rauta on saatu nestefaasissa ulos, on rakennettu Ruotsissa 1100-luvulla. Mutta on todennäköistä, että masuuneja ei rakennettu muualla Euroopassa, sillä tiedossa oli oikein mainiosti, että jos rauta pääsi sulamaan, se muuttui kovaksi ja hauraaksi ja oikeastaan käyttökelvottomaksi. Ruotsalaiset kuitenkin kehittivät ahjomellotuksen, ja osmundrautaa myytiin ympäri Eurooppaa.

    Teräksen teollinen valmistus kehitettiin Kiinassa 200-luvulla. Metallurgit havaitsivat, että jos masuunista saatua takkirautaa hämmennettiin rautakangilla kuin puuroa, niin tuloksena oli rautaa, joka oli hyvin sitkeää ja kovaa - siis terästä. Tätä metodia kutsuttiin nimellä chao, "hämmentäminen". Joku näppärä kaveri keksi vielä puhaltaa seokseen palkeilla ilmaa, ja tuloksena oli korkealaatuista terästä. Mutta ruukinpatruunat olivat mustasukkaisia ja varjelivat liikesalaisuuttaan tarkasti; teräksenvalmistus ei levinnyt edes Kiinan kaikkiin osiin, eikä esimerkiksi Japanissa koskaan opittu valmistamaan terästä teollisesti.

    Kuitenkin terästä voidaan valmistaa sekä kankiraudasta että takkiraudasta myös ns. "vaikeamman" kautta. Kankirauta pitää hiilestää ja takkirauta mellottaa. Ruotsalaiset ruukinpatruunat keksivät 1100-luvulla seostaa toisiinsa kankirautaa ja valurautaa, jolloin saatiin ahjoterästä. Tätä ennen terästä oli valmistettu damaskoimalla; kankirauta taottiin hyvin ohuiksi liuskoiksi, jotka upotettiin ahjoon hehkuvaan hiileen hiilestymään 9-12 tunniksi. Ohuella liuskalla on iso reaktiopinta-ala, ja se imi näin itseensä jonkin verran hiiltä. Kun liuskat sitten taottiin yhteen, tuloksena oli seosterästä. Tämä oli suosittu tapa valmistaa miekkoja - miekat kuitenkin ovat kautta aikojen olleet sivuaseita, ja miekka on aina ollut statussymboli. Intiassa kehitettiin wootzin valmistus, jossa rautakankia kuumennettiin marmoriarkussa hiilen, lasimurskan ja rautamalmin kanssa; tuloksena oli legendaarista, "aitoa", damaskosterästä. Se, mitä yleensä pidämme damaskoimisena, ei ole todellinen Damaskos-prosessi, vaan aito damaskosteräs syntyy wootz-prosessilla ja kaikista nykyteräslaaduista muistuttaa eniten upokasterästä! Lienee tarpeetonta mainita, että sekä "epäaito", seostettu damaskosteräs, seostettu ahjoteräs että "aito" damaskos-teräs" ovat olleet kankirautaan verrattuna valtavan kalliita!

    Teräs on kuitenkin valtavan haluttua, sillä sen karkaisu mahdollistaa sen käyttämisen mitä erilaisimpiin kohteisiin. Teräksen karkaisu perustuu faasimuutokseen austeniitista martensiitiksi (ja päästäminen puolestaan martensiitista muihin kidemuotoihin). Austeniitin kiderakenne on pintakeskinen kuutiollinen ja pystyy siten liuottamaan hiiltä välisijoihinsa. Tässä kiderakenteessa on välisijoja (koloja), jonne hiiliatomi mahtuu, kun taas ferriittisessä kiderakenteessa ei vastaavia välisijoja ole. Osa hiilestä muodostaa rautakarbidia (sementiittiä). Teräs alkaa muuttua austeniitiksi ja hiili imeytyä austeniitin välisijoihin lämpötilassa 723 °C eli Curie-pisteessä, jolloin myös raudan magneettiset ominaisuudet muuttuvat. Jäähdytettäessä terästä hitaasti (teräksen päästäminen) ehtii hiili poistua austeniitin välisijoista ja faasimuutoksessa teräksen kiderakenteeksi tulee rauta-hiili-tasapainodiagrammin mukainen kiderakenne (ferriittinen, perliittinen tai ferriittis-perliittinen, riippuen hiilen määrästä). Nopeasti jäähdytettäessä (teräksen karkaisu) ei hiili ehdi poistua austeniitin välisijoista ja faasimuutoksessa kiderakenne muuttuu martensiitiksi. Martensiittinen teräs on hyvin kovaa ja lujaa, mutta haurasta.

    Ja tässä onkin mukava pons asinis Japaniin ja samuraimiekkoihin. Jokainen kamppailulajeja ikinä harrastanut tuntee samuraimiekat ja varsinkin niihin liittyvän hypetyksen ja legendat. Metallurgisesta näkökulmasta kyse on ylitehokkaasta myyntipuheesta. On totta, että samuraimiekat - varsinkin tachi - ovat hienoja aseita, mutta eivät ne mitään ihmeaseita ole ja ne ovat kuitenkin vain metallia. Tuossa aiemmin jo tulikin todettua, ettei teräksen teollinen valmistus milloinkaan levinnyt Japaniin, vaan siellä rauta valmistettiin aina eurooppalaisten tuloon saakka harkkohyteissä, ja rauta saatiin niissä kiinteässä faasissa. Japanilainen rautamalmi kuitenkin sisältää runsaasti epäpuhtauksia, ja siitä valmistettu rauta absorboi helposti hiiltä. Sitä on siis helppoa hiilestää, mutta syntyvä ahjoteräs on kuitenkin hyvin epäpuhdasta.

    Ja tästä päästään siihen mystiseen "taitteluun" eli että taottaessa samuraimiekan aihiota "kaulitaan ja käännetään". Tämä prosessi tunnetaan nimellä orikaeshi tansen, ja sen väitetään tekevän teräksestä aivan mystisen hienoa. Todellisuudessa kyse ei ole sen ihmeellisemmästä asiasta kuin epäpuhtauksien ja kuonan poistosta vasaroinnilla. Vasaraniskut ajavat teräksestä pois epäpuhtaudet. Mitä heikompilaatuista lähtöteräs (tamagahane) on, sitä useampaan kertaan tuo taittelutaonta joudutaan tekemään - ja sitä useampia teräskerroksia tuohon lehtitaikinaan tulee; kerroksien lukumäärä tietysti kasvaa geometrisessä sarjassa. Japanilaisseppien mukaan taitteluita pitäisi tehdä maksimissaan 12 (siis 4096 kerrosta) - yhtään enempää, ja tamagahane on kusuzeru, pilalla. Syy on siinä, että siitä on myös tämän lämpökäsittelyn ja taonnan seurauksena palanut hiili pois, ja tuloksena on käytännössä kankirautaa.

    Eli paradoksaalisesti mitä vähemmän kerroksia samuraimiekassa on, sitä paremmasta teräksestä se on valmistettu!

    Samuraimiekka valmistetaan usein Mora-puukon tavoin kahdesta tai useammasta osasta niin, että keskelle tulee alihiilistä sitkeää ja joustavaa terästä, kun taas terä ja lappeet koostuvat korkeahiilisestä teräksestä. Samuraimiekan legendaariset ominaisuudet eivät tule sen taonnasta, vaan karkaisusta. Se karkaistaan differentiaalikarkaisuna; sen terä ja lappeet karkaistaan eri tavoin. Tämä prosessi puolestaan tunnetaan nimellä yakiba-tsuchi, ja siinä miekan lape peitetään riisipaperilla ja savella. Kun terä nyt kuumennetaan Curie-pisteen yläpuolelle, koko teräaihio martensitisoituu, mutta karkaistaessa tapahtuu nyt muutos. Kun teräaihio työnnetään veteen, itse leikkureuna jää martensiittiseksi, sillä siinä jäähtyminen tapahtuu nopeasti, mutta lapetta suojaava savi toimii lämpöeristeenä. Siinä jäähtyminen tapahtuu paljon hitaammin, hiili ehtii poistua kidehilasta, ja lappeista tulee sitkeitä. Tuloksena on ase, jossa on terä käytännössä kovaa työkaluterästä, ja lappeet sitkeät ja kestävät. Mutta vesikarkaisu on nopea ja äkillinen tapahtuma, ja teräkseen tulee usein jännityspiikki. Differentiaalikarkaisu onnistuu vain käyrälle miekalle (tai vaihtoehtoisesti viikatteelle); samuraimiekan käyryys on kehittynyt optimaaliseksi niin, että sillä saadaan terään maksimikovuus ilman että koko ase murtuu kappaleiksi karkaisuprosessissa.

    Ja juuri tästä syystä myöskään elokuvat eivät anna oikeaa kuvaa samuraimiekasta, eivätkä varsinkaan miekkailusta. Sekä kenjutsussa että kendossa on, verrattuna eurooppalaisiin miekkailutekniikoihin, hyvin huonot torjuntatekniikat ja samuraimiekan käyttö perustuu valtavaan aggressiivisuuteen (sutemi). Syy on siinä, että torjunnat tehdään aina miekan lappeella, mikä on vaikeaa. Lyötäessä tällainen korkealle karkaistu miekan terä toista vastaan (kuten elokuvissa), tuloksena on aina terän loveutuminen. Martensiittinen terä murtuu ja sille kohdalle tulee ruma lovi, joka on paitsi ruma, niin myös aiheuttaa terään jännityspisteen, josta kohden itse terä voi sopivasta iskusta katketa. Ja tätä käytetään hyväksi erilaisissa miekanmurtajissa, joista jutte ja sai lienevät tutuimpia - mutta myös monia eurooppalaisia miekanmurtajia tunnetaan. Ensin lyödään teräs teräkseen niin, että terään tulee lovi, ja sitten väännetään niin, että tästä lovesta alkaa jännitys, joka murtaa terän.

    Seostamalla teräkseen lisäaineita siten, että hiilen diffuusio teräksessä vaikeutuu, saadaan austenitoitu teräs muuttumaan martensiitiksi huomattavasti hitaammalla sammutuksella kuin veteen kastamalla. Esimerkiksi työkaluteräkset karkenevat huoneilmaan jäähdytettynä. Hitaan sammutuksen etuna on se, että kappaleen mitat muuttuvat karkaistaessa vähemmän kuin suurta jäähdytysnopeutta käyttäen. Tämä ttiedettiin jo keskiajalla, ja ruotsalaiset sepät käyttivät usein hunajaa karkaisuaineena. Öljykarkaisu on samoin rauhallisempi ja vähemmän dramaattinen tapahtuma kuin vesikarkaisu. Mutta aseen karkaiseminen työntämällä se kuolemaantuomittuun orjaan elävältä on pelkkää bullshittiä - varmaa on, että tällöin kuolinkouristuksissa kiemurteleva orja aiheuttaisi aseeseen ja sen teräksen kidehilaan niin valtavat jännitykset, että ase murtuisi siihen paikkaan.

    Päästöksi sanotaan karkaisun jälkeistä lämpökäsittelyä, jossa teräs lämmitetään johonkin lämpötilaan, pidetään lämpötilassa ja jäähdytetään hitaasti. Päästölämpötilat vaihtelevat 200-700 °C. Tällöin osa martensiitista muuttuu muihin kidemuotoihin. Nuorrutukseksi sanotaan lämpökäsittelyä, jossa karkaisun jälkeen suoritetaan päästö korkeassa lämpötilassa (> 450 °C). Nuorrutettu teräs on lujaa ja sitkeää, sillä siinä on runsaasti martensiittia mukana.

    Metallurgiasta muodostui tiede oikeastaan vasta kemian kehittymisen myötä. Abraham Darbyn kehitettyä koksaamisen 1709 metallurgiasta muodostui suurteollisuutta - tähän saakka rauta oli pelkistetty puuhiilellä. Nyt Euroopan valtavat kivihiilivarat voitiin saada metallurgiseen hyötykäyttöön - sysienpoltto oli käytännössä haaskannut koko Euroopan metsävarat lähes täysin. Suurimmat raudan tuottajat Euroopassa olivat tuolloin Ruotsi, Suomi ja Norja, jossa vallonitaonta yleistyi.

    Ja vasta nyt alettiin, kemian kehittyessä, todella ymmärtämään, mitä teräs oli. Kun tähän saakka oli kuviteltu, että alkuaineita olisi ollut vain nuo neljä aristotelista, viimein vuonna 1661 Robert Boyle osoitti tämän teorian vääräksi ja siirsi tuon aristotelisen maa-vesi-ilma-tuli -teorian siihen samaan tieteenhistorian roskapönttöön, mihin kuuluivat astrologia, gematria, numerologia, alkemia, magia ja minne pitäisi myös homeopatian, maasäteilyn ja muun huuhaan kuulua. Ennen 1600-lukua oli kuviteltu, että teräs olisi äärimmäisen puhdas raudan muoto, ja että terästä saataisiin puhdistamalla rautaa hiilellä (joka siis oli lähes puhdasta flogistonia sen ajan ymmärryksen mukaan) - lisäämällä hiiltä rautaan sinne saatiin se flogistoni takaisin, joka erkani raudan ruostuessa. Totuushan oli aivan toinen!

    Metallurgiasta muodostui nyt lopulta taidon sijaan tiede. Vuosituhantiset mestarilta oppipojalle siirtyneet ja kisällinä opitut salaisuudet murtuivat yksi toisensa jälkeen ja niiden teoreettinen pohja alettiin ymmärtämään. Ymmärrettiin, mitä siellä masuunissa oikein tapahtui, ja miksi sinne piti laittaa puuhiiltä tai koksia eikä suinkaan kivhiiltä, ja miksi kalkkikiven (kalsiumkarbonaatin) lisääminen paransi lopputulosta. Ymmärrettiin, että rauta on alkuaine, ja että teräs ei suinkaan ole äärimmäisen puhdasta rautaa, vaan seosmetalli, jossa on tietty määrä hiiltä mukana.

    Lopullisesti teräksen arvoituksen mursi Henry Cort. Hän selvitti asian teoreettisen pohjan ja kehitti myös maailman ensimmäisen teollisen prosessin teräksen valmistamiseksi - ja toisin kuin kiinalaiset ruukinpatruunat, jotka olivat keksineet saman prosessin jo 1500 v aiemmin, hän ei pitänyt prosessia salaisuutena. Cortin keksimä prosessi on nimeltään putlaus, ja siinä sulaa takkirautaa hämmennetään putlausuunissa korkeassa lämpötilassa hapettavissa olosuhteissa niin, että takkiraudan sisältämä hiili hapettuu pois. Seokseen voidaan lisätä romurautaa tasapainottamaan lämpökuormaa, sekä rautamalmia lisäämään hapettumista. Näin saadaan aikaan keittoterästä, joka on hyvin korkealaatuista, sillä sen hiilipitoisuutta voidaan valvoa.

    Keittoteräs oli yhä hyvin kallista, joten massatuotantoon siitä ei ollut. Mutta jokainen lukion kemian armoviitosilla selvittänyt muistaa varmasti nimen Henry Bessemer, joka keksi Bessemer-konvertterin. Bessemer-konvertteri on päärynänmuotoinen astia, johon takkirauta kaadetaan masuunista tai torpedovaunusta. Sen pohjan hormeista puhalletaan ilmaa, joka kulkee sulan raudan läpi, ja polttaa hiilen pois konvertoiden takkiraudan sulaksi teräkseksi. Prosessin etenemistä voidaan seurata jylinän ja kolmikymmenmetrisen liekin värin mukaan. Bessemer-teräs ei ollut aivan yhtä korkealaatuista kuin keittoteräs, mutta ennenkaikkea se oli halpaa ja sitä oli saatavilla. Rautakausi oli päättynyt ja teräskausi alkanut. Kankirauta syrjäytyi nyt Bessemer-teräksen tieltä.

    Entäpä kiinalaiset ystävämme? Se nerokas ruukinpatruuna, joka ymmärsi puhaltaa ilmaa palkeilla, keksi tietämättään alkeellisen Siemens-Martin -prosessin. Prosessin teoriapohjan selvitti Wilhelm (myöhemmin William) Siemens, ja käytännön pohjan Pierre Martin. Siemens-Martin -uuni on parannettu painos putlauksesta ja ahjomellotuksesta, ja siinä putlausuunin palokaasut johdetaankin reaktiokammion sijaan regeneraattorikammioihin, jotka toimivat Cowper-uunien tavoin. Kun sitten kompressoreilla lietsotaan ilmaa edelleen regeneraattorikammioista Siemens-Martin-uunin sulatusaltaaseen, saavutetaan niin suuria lämpötiloja, että teräs pysyy sulana, ja teräksen sisältämät epäpuhtaudet hapettuvat. Toisin kuin putlausuuni, Siemens-Martin-uuni on helposti skaalattavissa ja sillä saadaan korkealuokkaista terästä, ja sillä kyetään myös kierrättämään suuria määriä teräs- ja rautaromua. Vaikka Länsi-Euroopassa Siemens-Martin -prosessi on jäänyt pois jo 1950-luvulle tultaessa, USA:ssa sitä käytettiin yhä 1990-luvulle saakka, ja Venäjällä, Intiassa ja Ukrainassa terästä valmistetaan yhä tällä prosessilla.

    Nykyinen LD-prosessi on parannettu painos Bessemerin konvertterista, ja myös sillä voidaan hyödyntää teräsromua. Itävaltalainen vöestalpine AG ratkaisi lopullisesti Bessemerin tiedossa olleen ongelman - ilman typpi ei ole hyväksi teräspanokselle - ja siinä käytetään ilman sijaan puhdasta happea. LD-prosessi onkin syrjäyttänyt valokaariuunin ohella lähes kaikki muut teräksenvalmistustavat.

    Yksi kappale on kuitenkin vielä kirjoittamatta, ja se on Suuri harppaus. Tämä Mao Zedongin alkuunpanema suuruudenhullu projekti oli yritys nostaa Kiina maailman johtavaksi teräksentuottajaksi. Maassa rakennettiin valtava määrä pieniä rotankolomasuuneja, joka niemeen, notkoon ja saarelmaan, ja tarkoitus oli tuottaa valtava määrä terästä. Mikäpä siinä, Kiinassa oli terästä valmistettu jo liki 1600 vuotta tuolla menetelmällä. Ongelma vain oli siinä, että a) metodi oli ruukinpatruunoiden tiukka salaisuus, ja kun porvaristo oli likvidoitu, myös prosessin salaisuudet oli tapettu ruukinpatruunoiden mukana, ja b) prosessin kemianteknologisen pohjan ymmärsivät vain intellektuellit - joita Mao vainosi ankarasti. Niinpä tuloksena oli valtava määrä rotankolomasuuneja, jotka kuluttivat valtavan määrän puuhiiltä ja jotka olivat tehottomia. Seuraus oli, että Kiinasta loppui puu, ja luonnollinen reaktio oli alkaa käyttämään kivihiiltä. Ikävä kyllä kivihiili vain pitää koksata ensin ennenkuin sitä voidaan käyttää metallurgiassa. Kukaan ei ymmärtänyt tätä, ja masuunit tuottivat nyt valtavia määriä epäpuhdasta takkirautaa, jossa oli valtavasti rikkiä. Ja tuo kaikki takkirauta olisi sitten vielä pitänyt jalostaa teräkseksi. Putlausuuneja oli aivan liian vähän, ja konvertterien rakentaminen olisi kysynyt pääomia, joita Kiinassa ei ollut. Tulos oli kauniisti sanoen SNAFU. Mutta ei kaikkialla! Niillä seuduilla, joilla Kiinassa oli ollut vuosituhantinen raudan- ja teräksenvalmistuksen perinne ja jossa se oli jatkunut katkeamatta, ymmärrettiin nyt myös asian teoreettinen puoli - ja siellä teräksen tuotanto todella kohosi valtavasti. Ikävä kyllä tämä loistava onnistuminen yhtäällä jäi hirveän katastrofin varjoon toisaalla, ja sosialistisen suunnitelmatalouden parhaiden perinteiden mukaisesti tuloksena oli totaalinen soppa. Mutta vahinko on otettu takaisin, ja länsimaistumisen myötä Kiina on nykyään maailman suurin bulkkiteräksen valmistaja.
     
  2. Mainos Google AdSense



  3. Pullosorsa

    Pullosorsa Luutnantti

    Liittynyt:
    18.04.2010
    Viestejä:
    417
    Tykkäykset:
    37
    Pisteet:
    36
    Mielenkiintoinen juttu!
     
  4. sinko

    sinko Korpraali

    Liittynyt:
    04.12.2011
    Viestejä:
    47
    Tykkäykset:
    0
    Pisteet:
    1
    Todella mielenkiintoinen artikkeli !

    Tuossa mainittiin Morapuukon terä, joka todellakin tehdään korkeahiilisen ja matalahiilisen teräksen yhdistelmästä.
    Moran terä lienee paljon parempi, kuin mitä hinta ja puukon "maine" antavat ymmärtää.
    Samuraimiekkoihin lienee Hollywood tuonut lisää loistoa.....
     
  5. baikal

    baikal Ylipäällikkö Mod Lahjoittaja

    Liittynyt:
    11.04.2010
    Viestejä:
    16,005
    Tykkäykset:
    14,706
    Pisteet:
    1,286
    Jos jostain saatte kynsiinne joskus -70-luvulla valmistetun puukahvaisen Moran, sen talouspuukon niin pankaas siihen terä....ja saatte etsiä yhtä hyvää terää. Äitimuorilla on edelleen 40 vuotta wanha Mora ja jokapäiväisessä ruokamateriaalien pilkonnassa yms. terä on kulunut karhunkynnen näköiseksi liipakkeeksi, mutta siihen saa todella terän eikä vain läpäkettä.
     
  6. adam7

    adam7 Ylipäällikkö

    Liittynyt:
    24.06.2010
    Viestejä:
    4,006
    Tykkäykset:
    2,754
    Pisteet:
    1,286
    Nuo eri aikakausien vuosiluvut eivät ole absoluuttisia, vaan vaihtelevat eri maantieeteellisten paikkojen osalta
     
  7. Roope Ristintekijä

    Roope Ristintekijä Kersantti

    Liittynyt:
    05.12.2011
    Viestejä:
    210
    Tykkäykset:
    3
    Pisteet:
    16
    Kyllä tuota puukahvaista perusmoraa tehdään edelleen ihan vanhalla kaavalla. Jostain syystä sitä ei vain tuoda Suomeen. Ilmeisesti ei ole markkinoilla sille kysyntää. Muovikahvaisia saa halvemmalla ja maineensa vuoksi syrjäytyy kotimaisten puukahvaisten toimesta sellaista haluavan ostolistalla.
     

Jaa tämä sivu