Žilav težak z občutljivimi potezami

Z NJIM klavir ustvarja glasbo, reaktivna letala z močnim pokom prebijejo zvočni zid, tiktakajo ure, hrumijo motorji, v nebo segajo nebotičniki in visijo viseči mostovi. Kaj je to?

Jeklo. Jeklo je osrčje velikih gradenj. Ogromne ladje, narejene iz njega, preplujejo svetovna morja. Po cevovodih, izdelanih iz njega, tečeta nafta in plin od oddaljenih izvirov na stotine kilometrov daleč. Še veliko bolj pa je ta mnogostransko uporabna snov vpletena v naše vsakdanje življenje. Spomnite se denimo na pnevmatike z jekleno ojačitvijo, kakršne ima avtobus, s katerim se vozite na delo, ali pa na jekleno vrv, ki v vaši stanovanjski zgradbi dviguje in spušča dvigalo. Kaj pa jekleni zgibi na vaših očalih in žlička, s katero si v skodelici pomešate čaj? To zdržljivo, a obenem občutljivo kovino se uporablja na tisoče načinov. Kako jo pridobivajo in zakaj je tako uporabna?

Ogljik in kristali

Jeklo je zlitina oziroma zmes dveh nenavadnih sodelavcev: železa in ogljika. Čisto železo je med kovinami mehko in potemtakem ni primerno za grobo rabo. Ogljik je nekovina. Diamanti in saje iz dimnika sta samo drugačni obliki tega elementa. Če pa majhno količino ogljika zmešamo s staljenim železom, dobimo snov, ki se močno razlikuje od ogljika in je veliko močnejša od železa.

Za pridobivanje jekla je ključno nekaj, kar imenujemo kristal. Ali ste vedeli, da železo sestavljajo kristali? * Tako je pravzaprav z vsemi trdnimi kovinami in prav zaradi te kristalne sestave se jih da tako obdelovati, imajo lesk in druge značilnosti. Toda železovi kristali gredo še korak dlje.

Kako učinkujejo na jeklo

Pri pridobivanju jekla mešajo staljeno železo z drugimi elementi. Ko se ta mešanica trdi, železo razgradi druge materiale, jih pravzaprav absorbira in zadrži znotraj kristalne strukture. Enako se vedejo tudi druge kovine. Kaj je tako posebnega pri železu?

Železo je neobičajno, ker se lahko njegovo kristalno zgradbo s segrevanjem spreminja še, ko je to v trdnem stanju. Zaradi te lastnosti se lahko železovim kristalom spreminja oblika iz razmeroma zaprte v bolj odprto in nato zopet nazaj. Zamislite si trdno zgrajeno hišo, katere stene se medtem, ko sedite v dnevni sobi, pomikajo levo in desno, tla pa gor in dol. Nekaj takega se dogaja znotraj železovih kristalov, kadar kovino segrejejo na visoko temperaturo, ne da bi se pri tem stalila, nato pa jo ohladijo.

Če je pri teh spremembah navzoč ogljik, lahko trda zlitina postane mehka oziroma mehka otrdi. To izkoriščajo izdelovalci jekla in trdoto svojega izdelka uravnavajo s toplotno obdelavo, kot so kaljenje, poboljšanje in popuščanje. * To pa še ni vse.

Kadar primešajo druge elemente, kot so mangan, molibden, nikelj, vanadij, silicij, svinec, krom, bor, volfram oziroma žveplo, jeklo ne postane le trdo oziroma mehko, temveč močno, žilavo,  kovno, odporno proti koroziji, strojno obdelovalno, upogljivo, magnetno, nemagnetno – in seznam se še nadaljuje. Tako kot pek uravnava sestavine in temperaturo peči, da speče razne vrste kruha, tudi kovinarji spreminjajo zmesi in toplotno obdelavo, da izdelajo na tisoče vrst jekla, ki mu v raznovrstnosti ni primere. Jeklene tirnice so varna podlaga za 12.000-tonske tovorne vlake, jekleni ležaji v velikosti bucikine glavice pa podpirajo nemirko v uri.

Pridobivanje jekla – po starem in po novem

Pred stoletji so kovinarji iz železa izdelovali orodje in orožje. Odkrili so, da staljeno železo (železo, ki so ga ločili iz rudninskih kamnin, imenovanih ruda) vsebuje nečistoče, ki kovini dajejo moč in trdoto. Spoznali so tudi, da postane železno orodje s kaljenjem v vodi še trše. Kovačevo ognjišče so danes zamenjali velikanski plavži, njegovo kladivo in nakovalo pa orjaške valjarne. Vendar kljub sodobnim napravam ravnajo po istih temeljnih korakih, po katerih so se že v davnini ravnali mišičasti kovači. 1. Železo stalijo, 2. vmešajo primesi, 3. pustijo, da se jeklo ohladi, ter ga 4. oblikujejo in toplotno obdelajo.

Poglejte količine v tu prikazanem okvirju. Naj so še tako impresivne, jeklarna lahko vse to predela v enem dnevu. Tovarniški kompleks zavzema precejšnje področje in na njem ležijo gore rudnin, ki zadovoljujejo njen nenasitni tek.

Čudovita kovina v številnih oblikah

Uporabnost jekla se razkriva na mnogih neobičajnih mestih. Nekaj ga boste našli pod pokrovom koncertnega klavirja. Struna v njem, narejena iz enega od najmočnejših jekel, ustvarja krasno glasbo. Hadfieldovo mangansko jeklo se rabi pri izdelovanju velikanskih drobilnikov kamna in bolj pridno ko ta drobi skale, bolj žilavo postaja jeklo. Iz nerjavečega jekla izdelujejo kirurške skalpele, vinske sode in sladoledne aparate. Kakor je veliko las na naši glavi, tako je načinov rabe jekla več, kot bi jih mogli našteti.

Vsako leto po vsem svetu izdelajo skoraj 800,000.000 ton jekla. Niti dekagrama pa ga ne bi bilo, če ne bi bilo železa, ki je ravno eden od najbolj razširjenih elementov na Zemlji. Ker smo dobro oskrbljeni tudi s premogom in apnencem, je videti, da bo jeklo na razpolago še dolgo v prihodnosti.

Ko boste torej naslednjič videli kovinsko iglo ali z ribiško palico zagnali trnek ali uporabili nastavljivi ključ ali pa odprli drsna vrata s pogonom na verigo ali naslednjič, ko boste potovali z avtomobilom ali orali na polju ravne brazde, pomislite na to izjemno zmes železa in ogljika, ki vse to omogoča.

[Podčrtni opombi]

[Okvir na strani 23]

Sestavine, potrebne za izdelavo 10.000 ton jekla:

6500 ton premoga

13.000 ton rude

2000 ton apnenca

2500 ton jeklenih ostankov

1,5 milijarde litrov vode

80.000 ton zraka

 [Okvir/slike na strani 24, 25]

Kako pridobivajo jeklo

Zaradi preglednosti so izpuščene nekatere podrobnosti

Pri pridobivanju jekla je potrebna vročina. S termometrom kot kažipotom se odpravimo na pot do končanega jekla.

▪ 1400° C. V velikanskih pečeh se v neprodušnih komorah kuri premog, pri tem izparevajo neželene sestavine, ne da bi tvarina zgorela. Nastale sajaste kepe se imenujejo koks, ki bo kasneje v postopku sproščal potrebno vročino in ogljik.

▪ 1650° C. Koks, železovo rudo in apnenec enega za drugim vsujejo v plavž, kjer ti zadenejo ob steno plamenov in pregretega zraka. Koks gori in v tej žgoči vročini se neželene snovi v rudi vežejo na apnenec, pri čemer nastane stranski produkt, imenovan žlindra. Snovi se utekočinijo in stečejo na dno peči. Žlindro, ki plava na železu, izpuščajo v posodo, da jo odstranijo. Tekoče železo teče v bobnasti voziček, ki razbeljen tovor pelje do naslednje postaje.

▪ 1650° C. Devetdeset ton skrbno oddeljene odpadne kovine zvrnejo v devet metrov visoko hruškasto posodo, imenovano kisikov konvertor. Na odpadno kovino z velikansko livno ponvijo zlijejo  žgoče tekoče jeklo, in ko v posodo spustijo vodno hlajeno cev, imenovano sonda, to povzroči izbruh isker. Iz sonde z nadzvočno hitrostjo hrumi tok čistega kisika, ki povzroči, da kovina kmalu vre kot juha na vročem štedilniku. Pride do kemičnih reakcij. Peč svoje delo opravi v slabi uri in 300-tonsko količino tekočega jekla, ki ji pravijo sarža, vlijejo v prevozne ponve. Dodajo primesi. Žareča talina zdrkne v livne forme. Jeklo začne dobivati obliko.

▪ 1200° C. Razžarjeno jeklo stiskajo med vse bliže postavljenimi valji, dokler ne dosežejo željene debeline. Ta naporni preskus moči kovino tako otrdi, da jo je nadalje težko oblikovati.

▪ Sobna temperatura. Jeklo ulivajo, režejo, vroče in hladno valjajo ter celo lužijo (čistijo v kislinski kopeli). Znova in znova ga pregrevajo. Nazadnje temperatura dokončno pade. Tekoče jeklo oziroma sarža je postalo kup jeklenih plošč. V kovinarski delavnici jih kmalu oblikujejo v cevi za kako poslovno stavbo.

Kako to, da se naprave v jeklarni ob svojem delu ne stopijo, ko pa jih je večina narejenih iz enake kovine? Notranje stene peči, bobnastih vozičkov in posod so obzidane z opeko, narejeno iz materiala, ki ga je težko obdelovati in je odporen proti vročini. Kisikov konvertor varuje takšna meter debela obloga. Izredna vročina pa škoduje tudi tej opeki in se jo mora redno menjavati.

[Shema]

(Lega besedila – glej publikacijo)

1. PRIDOBIVANJE ŽELEZA

1400°C premog → peči za koks

↓

1650°C apnenec

železova ruda → PLAVŽ

↓

staljeno železo

2. PRIDOBIVANJE JEKLA ↓

1650°C ostanki

apno in talilo

kisik

↓

KISIKOV KONVERTOR

3. OHLAJANJE ↓

KONTINUIRNO LITJE

ingot

cagelj

plošča

4. KONČNA DELA ↓

1200°C valjanje jekla (palice ali gredi)

galvaniziranje

hladno valjanje

vroče valjanje

Sobna temperatura

[Slika]

Poglejte, kako majhni so ljudje

[Navedba vira slike na strani 23]

Vse fotografije na straneh 23–25, razen ure: Courtesy of Bethlehem Steel