مقالات تجارت آلیاژ مقالاتی از فلزات پرکاربرد
فولاد بوتهای از آهن و کربن تشکیل شده است و به راحتی با طرح مواجی که دارد قابل تشخیص است. جدا از ظاهر شیک و زیبایی شناسی، فولاد بوته بسیار ارزشمند است زیرا سخت و انعطاف‌پذیر است و لبه تیز را حفظ می‌کند. به همین دلیل سلاح‌های ساخته شده از فولاد بوته بسیار برتر از سلاح های ساخته شده از آهن هستند. در این مقاله به بررسی تاریخچه فولاد بوتهای، استفاده و روش‌های تولید آن پرداخته‌ایم.
فولاد بوته ای چیست؟
فولاد بوتهای حاصل ذوب آهن خام یا چدن، با آهن و فولاد در بوته ذوب فلز است. که در طی این فرایند خاکستر، ماسه، فلاکس، شیشه و … نیز وجود دارد.
در گذشته با استفاده از سوزاندن چوب و ذغال سنگ نمی‌توانستند دمای مورد نیاز برای ذوب فولاد و آهن را تامین کنند. اما آهن خام با داشتن محتوای کربن بیشتر، از نقطه ذوب کمتری برخوردار است بنابراین امکان ذوب آن وجود دارد. با وارد نمودن آلیاژ آهن یا فولاد در آهن خام مایع به مدت طولانی، کربن به آرامی پخش می‌شود و میزان کربن آهن خام، کاهش می‌یابد. بدین ترتیب هر دو فلز به فولاد تبدیل می‌گردند.
فولاد بوته ناهمگن بوده و ترکیبی از فولاد پرکربن (آهن خام قبل از ذوب) و فولاد کم‌کربن(آهن کارشده یا فرفورژه) است که از سختی خوبی برخوردار می‌باشد. و علت لایه لایه بودن فولاد بوتهای، بخاطر قرار گرفتن لایه‌های پر کربن و کم کربن روی یکدیگر است. فولاد بوته در هنگام آهنگری و صیقل دادن به الگویی با جزئیات زیاد تبدیل می‌شود. از معروف‌ترین انواع این فولاد می‌توان به فولاد ووتز(فولاد دمشق) اشاره نمود که در شمشیر‌ها و چاقوهایی دمشقی از آن استفاده می‌شود.
فولاد ووتز به علت استفاده از فلاکس در برابر دیگر فرایندهای تولید فولاد که در آن زمان انجام می‌شد، کربن بیشتر و کیفیت بالاتری داشت. همچنین نیاز زیادی به آهنگری نداشت و در دمای کم، فعالیت بر روی آن انجام می‌گرفت تا از هر گونه نفوذ بیش از اندازه کربن، کربن‌زدایی و ترک خوردن کوتاهی داغ جلوگیری شود. و به میزانی چکش‌کاری می‌شد که فرم تیغه شمشیر ایجاد گردد. این فولاد همانند چدن، معمولا پس از فرم دادن برای دست‌یابی به سختی مناسب، فقط بر ترکیب فولاد تیکه می‌کند و به عملیات حرارتی به غیر از خنک‌کاری با هوا احتیاج ندارد. فولاد با کربن کم‌تر، از چقرمگی بیشتری برخوردار است و احتمال ترک خوردن و خرد شدن در آن پایین‌تر است و در فولاد پرکربن، لبه تیغ بسیار سخت است. همچنین بخاطر وجود کربن بالا و مقادیر کمی کروم این فولاد به راحتی زنگ می‌زند و باید در جای خشک و تمیز از آن نگهداری کرد.
تاریخچه فولاد بوته ای
در مراکز تولید سریلانکا و هند، فولاد بوته توسط فرایند ووتز تولید می‌شده و احتمالا حضور آن در مناطق دیگر، به واسطه تجارت بین مرزی بوده است. همچنین به تازگی در آسیای مرکزی مانند پاپ در فرغانه دره، ازبکستان شرقی و اخسیکت که در موقعیت جاده ابریشم قرار دارند مکان‌هایی کشف شده است که نشان می‌دهد از مراکز بزرگ تولید این فولاد بوده‌اند. اکتشافات به دست آمده از فولاد بوته در آسیای مرکزی به 8 تا 12 سال پس از میلاد مسیح برمی‌گردد اما قدمت تولید فولاد هندی/سریلانکایی به ۳۰۰ سال پیش از میلاد می‌رسد. به دلیل وجود رگه‌هایی از وانادیوم و سایر عناصر آلیاژی در سنگ آهن هند، سختی‌پذیری فولاد بوته هندی افزایش یافته است و به توانایی حفظ لبه در سرتاسر خاورمیانه شهرت پیدا کرده است.
نخستین نشانه‌های فولاد بوته در اروپا به دوران پس از قرون وسطی می‌رسد و آزمایشات مربوط به آن، در قرن 16 شروع شده است. با این وجود پژوهشگران در دهه 1790 اولین آزمایش بر روی فولادهای هندی/ووتز را آغاز کردند. اروپایی‌ها از طریق مشاهدات مسافرانی که از از جنوب هند آمده بودند توانستند به راز ساخت فولاد بوته پی ببرند. همچنین اروپا در طی قرن‌های هجدهم، نوزدهم و بیستم در زمینه فولاد ووتز تلاش زیادی کرد.
روش تولید فولاد بوته ای
آلیاژهای آهن بر اساس میزان کربن طبقه‌بندی می‌شوند: در آهن کار شده، مقدار زیادی از کربن، اکسید می‌شود و میزان کربن به 0/1 درصد می‌رسد. در چدن محتوای کربن 2 تا 4 درصد است. در فولاد درصد کربن متوسط است و ویژگی‌های آن به محتوای کربن بستگی دارد بعنوان مثال فولاد پرکربن در مقایسه با فولاد کم کربن استحکام بیشتری دارد اما شکننده‌تر است.
در فرایند تولید این فولاد، بوته مواد اولیه ورودی را از منبع گرما جدا می‌کند و امکان کنترل دقیق اکسیداسیون (کاهش محتوای کربن) یا کربوریزاسیون (افزایش محتوای کربن) فراهم می‌سازد. می‌توان با افزودن فلاکس‌هایی مانند سیلیسیم، سنگ آهک و دیگر ناخالصی‌ها به بوته خواص ماده را دست‌خوش تغییر کرد.
بمنظور تولید فولاد بوتهای از روش‌های مختلفی استفاده می‌شود و در مقالات اسلامی سه روش غیر مستقیم برای تولید آن آورده شده است. ابوریحان بیرونی نخستین مرجع برای تولید فولاد بوته ای را نگاشته است.
کربوریزاسیون آهن فرفورژه یا کار شده به شکل جامد، اولین و رایج‌ترین روش سنتی تولید فولاد بوته است. در این فرایند آهن فرفورژه که در بوته یا اجاقی با زغال چوب پوشیده و بسته‌بندی شده حرارت می‌بیند تا سرعت نفوذ کربن در آهن برای ایجاد فولاد افزایش یابد.
روش دوم شامل کربن‌زدایی چدن با حذف کربن است. و در روش سوم از چدن و آهن کارشده استفاده می‌گردد. در این فرایند ممکن است چدن و آهن فرفورژه در یک بوته حرارت ببینند تا از طریق همجوشی این دو فلز، فولاد تولید گردد.
