فولاد ووتز چیست؟ مشخصات و تاریخچه آن

فولاد ووتز(Wootz Steel) که بعنوان فولاد هندی شناخته می‌شود دارای الگویی نواری شکل و درصد بالایی از کربن است و در بوته آهنگری تولید می‌شود. این نوارها به دلیل وجود فولاد پر کربن و فولاد کم کربن، در ترکیبات آن ایجاد شده‎‌اند. تولید این فولاد در جنوب هند به اواسط هزاره اول قبل از میلاد باز می‌گردد.

تاریخچه فولاد ووتز

منشاء این فولاد در جنوب هند و ایالت تامیل نادو است و در مناطق سریلانکا، گلکنده در تلنگانا و کارناتاکا تولید و به شکل کیک آهن فولادی به نقاط مختلف صادر می‌شده است.

یک روش برای تولید فولاد ووتز استفاده از سنگ معدن مگنتیت بود که در حضور کربن، آن را در بوته آهنگری از جنس رس که کاملا پوشانده شده، درون یک کوره ذغالی حرارت می‌دادند تا سرباره را خارج نمایند. در روش دیگر از طریق گدازگری، سنگ معدن را به فرفورژه تبدیل و به آن گرما می‌دادند تا سرباره را حذف کنند. همچنین برای منبع کربن از گیاهانی مانند اورای و بامبو استفاده می‌کردند.

بمنظور تولید فولاد در سریلانکا از کوره‌های قدیمی استفاده می‌کردند و از قدرت بادهای موسمی بهره می‌بردند. سامانالا، انورادهاپورا و تیساماهاراما مکان‌هایی هستند که با استفاده از روش سنتی این فولاد را تولید می‌کردند.

اعراب توسط دریای عرب، فولاد Wootz را از جنوب هند و سریلانکا وارد می‌کردند. در دوره پیش از اسلام کلمه هندی یا مٌهند را به شمشیری اطلاق می‌دادند که از فولاد هندی ساخته شده بود که به دلیل زیبایی و شهرت آن حتی در اشعار عربی نیز از آن یاد شده است. گسترش تجارت و ارتباط باعث شد دمشق به یک قطب برای تولید این فولاد تبدیل شود. به همین دلیل به فولاد ووتز دمشقی نیز می‌گویند. با گذشت زمان داد و ستد فولاد ووتز در اروپای باستان و خاورمیانه به صورت عمده انجام گرفت.

شمشیر سلطان تیپو که در موزه‌های انگلیس از آن نگهداری می‌شود از جنس ووتز است. این شمشیر تیغه‌های تیزی دارد و الگوی ساختاری آن مانند امواج آب است.

در قرون ۱۷ تا ۱۹ میلادی شهرت فولاد ووتز و دمشقی باعث شد تا دانشمندان اروپایی درباره آن کنجکاو شوند. در آن زمان اروپاییان در مورد آلیاژهای پرکربن اطلاعات کمی داشتند که آشنایی با فولاد هندی، پیشرفت و توسعه متالورژی در انگلیس، روسیه و فرانسه را رقم زد.

هلنوس اسکات، در سال ۱۷۹۰ میلادی ووتز را برای بررسی و آنالیز به ژوزف بنکس، ریاست انجمن سلطنتی بریتانیا ارسال نمود. در سال‌های 1851 و 1862 سلاح و خنجرهای ساخته شده از ووتز به نمایشگاه بزرگی در لندن فرستاده شد. با اینکه تزئین دسته این سلاح‌ها بسیار چشم نواز بود اما کیفیت فولاد آن، نظرهای بیشتری را به خود جلب کرد.

مشخصات فولاد ووتز

فولاد ووتز در مقایسه با چدن معمولی از کربن بیشتری برخوردار است. الگوهای این فولاد که به وسیله آهنگری ایجاد می‌شود شامل الگو رز با فواصل ریز، موجی و نردبانی است. اگرچه امکان تولید الگوهای سفارشی با فرآیندهای چاپ فلزی و چکش کاری وجود دارد.

پیتر پپلر از دانشگاه فنی درسدن به بررسی نانوتیوب‌های کربنی و نانوسیم‌های سمنتیتی در ریزساختار فولاد ووتز پرداخت و این احتمال را داد که در میان لایه‌های نواری، تجمعی از کاربید فلزی سخت وجود داشته باشد.

عناصر شیمیایی

تجزیه و تحلیل نمونه‌های فولاد ووتز توسط تی اچ هنری این نتایج را درباره ترکیب شیمیایی آن به همراه داشت:

• کربن (ترکیب) ۱٫۳۴٪
• آرسنیک ۰٫۰۳٪
• کربن (غیر ترکیبی) ۰٫۳۱٪
• گوگرد ۰٫۱۷٪
• سیلیکون ۰٫۰۴٪

فرادی فولاد ووتز را مورد تجزیه تحلیل قرار دارد و متوجه شد که دارای 0/01 تا 0/07 درصد آلومینیوم است. او به همراه مسرس تصور کردند که آلومینیوم در  ایجاد خواص منحصر به فرد این فولاد نقش دارد. اما تی اچ هنری پی برد که وجود آلومینوم به علت سربارهایی است که به عنوان سیلیکات ایجاد می‌شود و سختی و کیفیت فولاد ووتز ارتباطی با آلومینیوم ندارد.

تولید مجدد ووتز

این فولاد دوباره تولید شد و دکتر پیرسون نخستین فردی بود که در سال 1795 فولاد ووتز را بررسی کرد و آنچه که انجام داد را در مقالات انجمن سلطنتی منتشر نمود.

متالورژیست روسی به نام پاول پتروویچ تا حدی موفق شد دوباره فولاد ووتز را بازسازی کند، به طوریکه کیفیت و خواص آن شباهت زیادی به فولاد ووتز سنتی داشت. او چهار روش را در مطالعات خود ثبت نمود اما قبل از اینکه نتایج آزمایشات را منتشر کند فوت کرد. آزمایشگاه ملی لارنس لیورمو، جف وادورث و اولگ شربی برای بازسازی ووتز تلاشی بسیاری کردند اما با شکست مواجه شدند.

آلفرد پندرای و جی. دی فرهوفن ثابت کردند که تخلل‌های سنگ معدن در الگوهای ساخته شده اثرگذار است و این فولاد را با الگوهای مشابه، شبیه به یک تیغهٔ باستانی در اندازه میکروسکوپی ایجاد نمودند.

امروزه تیغه‌هایی از فولاد ووتز که از نظر ظاهری با مدل‌های قدیمی شباهت دارند، توسط آهنگران ساخته می‌شود که یکی از آن‌ها در در بخش کوتچ تولید می‌گردد و معروف است.

فولاد ووتز در یک دوره 2000 ساله تولید می‌شده است و روش‌های تولید، ظاهر و ترکیبات شیمیایی آن بر اساس منطقه تولید متفاوت بوده است.

بیشتر بخوانید: مختصر درباره متالورژی آهنی