Et moderne samfunn er utenkelig uten stål. Men hvor kom det fra? Det finnes jo ikke i naturen? Og din fine bil er utenkelig uten det som må kunne kalles en gudegave…
Bildet øverst: Fortsatt er en stor del av din bil laget av (resirkulert) spesialstål; det gjør den MYE sikrere. Den ville ha blitt dyrere laget av noe annet, selv om aluminium er fristende med sin mye lavere vekt. (Foto: Volvo Cars)
Av Stein Bekkevold
I en vanlig familiebil kan det være 500 kilo stål – eller mer. Så hvor kommer det fra? Når begynte vi mennesker å bruke det? Hvorfor er det så ettertraktet? Den tidligste produksjonen av stål – som ikke er annet enn en godt kontrollert jern/karbon-legering, er funnet i Anatolia. Det var nesten 4000 år gammelt – fra år 1800 f.Kr.
Rundt 1300 år senere laget dyktige smeder i spanske Toledo legert sverdstål ved å banke wolframitt inn i det glødende emnet. Stoffet besto av wolfram og mangan, og ble i de kullfyrte essene blandet med jernmalm (og med kull/karbon).
Toledo-stålet sjokkerte Roma da det ble brukt av Hannibal i de puniske kriger. Legionene fikk voldsom juling… Så stål ble raskt til våpen for romerske legioner; sverdene skal ha vært så skarpe at fiendens hjelmer ble kuttet i to. Med hodet i…
Kosmisk fusjonsprodukt
Lærebøker hevder at det eldste smidde jernet er fra 3000–2700 f.Kr., i Mesopotamia (Irak). Først år 1500–1200 f.Kr. overtok jern for bronse i Midtøsten. Kanskje hettittene lagde jern tidligere, men holdt det hemmelig.
Men hvor kom jernet fra? Opprinnelig? Det oppsto i enorme stjerne-eksplosjoner – supernovaer – som banket sammen atomer og laget jern av dem, under ekstrem hete og ubegripelig trykk, jern som med tiden sank inn i jordens kjerne. Så jern er et kosmisk fusjonsprodukt.
Alt er forgjengelig, og det er også bilen, men resirkulering av stål går fint – de bare smelter det, renser det og bruker det om igjen. Og om igjen. Og om igjen… (Foto: GM)
Bløtt jern
Tidlig trakk luringer ut jern-svamp fra bergmalm og laget smijern, men det var mykt – en dårlig erstatning for hamret bronse til våpen og verktøy.
Smijernet – som kom etter at de hamret jernsvampen i den glødende essen for å få ut slagget – var bare litt hardere enn kobber, og bare en tredel så hardt som kaldhamret bronse. Så de eldste jernsakene var mer dyr pynt enn egentlige bruksting – kelterne elsket å dekorere seg med jerndingser.
Ved slutten av bronsealderen ble land rundt Middelhavet rammet av en krise. Det ble dårlig med bronse – kanskje ble det mangel på legerings-elementet tinn. Det ble da nødvendig å forbedre jernet, som ikke hadde vært særlig attraktivt. Med hamring kunne hardheten økes, helt opp til fire femdeler av bronsens.
Og med en ekstra prosess kalt oppkulling kunne hardheten økes. Da holdt smeden jernet glødende i essen mellom 800–1200 °C så det tok opp litt mer karbon – og ble stål. Etter hamring var det nå over dobbelt så hardt som kaldhamret bronse.
Prosessen ble nok oppdaget helt tilfeldig – som mye annet – og ble snart vanlig i Midtøsten. En hakke fra 1100-tallet, fra det nordlige Israel, har samme hardhet som moderne stål! Så nå var dette flotte, moderne stoffet endelig på plass. Supre ploger ble det – og sverd og spisser til spyd og piler. Det fine med jern er at det er så allsidig, metallurgisk sett.
Stål
er per definisjon karbonfattig jern med krystallinsk struktur, men kan også være seigt – diamanter er harde og krystallinske, men du kan knuse dem med slegge – de er ikke seige.
Vi legerer jern med tilslag som samler seg i utfellinger i atomgitteret. Moderne høystyrkestål inneholder karbon pluss nikkel, kobolt, aluminium, molybden, og krom. Poenget er å påvirke evnen til forlengelse under påkjenning, seigheten. Da kan stålet ta opp slag og støt uten å sprekke. Dette skjer fordi et tynt sjikt av atomer glir på sjiktet under (en dislokasjon), og kreftene tas opp som skurende bevegelse på nanometernivå; en milliarddels meter…
Det moderne stålet
Styrken henger altså sammen med evnen til plastisk deformasjon. Og dette kommer an på hvor lett dislokasjonene kan gli. Vil vi øke fastheten, kan vi begrense antallet – eller hindre bevegelsen, da styrkes stålet.
I praksis er det vrient å påvirke antallet, så stort sett må vi prøve å hindre glidningen. Dette går ved å minske kornstørrelsen og/eller å legere inn lure stoffer. Det var dette sverdsmedene i Toledo oppdaget. I tillegg til å gjøre sverdet skarpt, måtte de gjøre det slagfast; kjernen måtte være mykere enn den skarpe utsiden.
For å gjøre det seigere – mer duktilt – ble stålet anløpet, glødet mellom 250–650 °C. Karbonet skaper da, sammen med jernatomene, den effektive krystallstrukturen sementitt,som legger seg finfordelt i martensitten.
Dette løser ut mange av spenningene i atomgitteret, hardheten synker og duktiliteten øker. Slik skapte smedene det moderne stålet, det du finner over alt i din bil. Om den da ikke er laget av aluminium – men det er en annen (og mye dyrere) historie.
Helt apropos
Et metall (gresk for gruve, steinbrudd) er et materiale som nytt og/eller polert er skinnende blankt og godt leder elektrisitet og varme. Det er formbart, og kan hamres til tynne plater, eller trekkes til tråd eller rør. Det kan være ett kjemisk grunnstoff som jern; en legering som rustfritt stål; eller noe snodig som polymert svovelnitrid….
Mange ikke-metaller blir metalliske under ekstremt trykk: Jod blir metall ved 40 til 170 tusen ganger atmosfæretrykket. Rundt 95 av våre 118 grunnstoffer er metaller.
Så nå vet du enda litt mer om din fine bil, som inneholder rundt 35 grunnstoffer i tillegg til alt jernet – som i din bil er omdannet til stål.
