تاریخچه استیل (از کشف و اختراع تا صنعت مدرن امروز)
استیل را در زندگی روزمره زیاد میبینیم؛ از آشپزخانه و بیمارستان تا کارخانه ها و نمای ساختمان. بااینحال، رسیدن به این فناوری مهم یک اتفاق ساده نبود بلکه نتیجه تلاش چندین نسل از انسان ها و تحقیق و ازمایش و تحلیل بوده است. تاریخچه استیل از نخستین تجربههای انسان با آهن آغاز میشود و پس از چند هزار سال به صنعت مدرن امروز میرسد. در ادامه تاریخچه استیل را، از قبل از دوران باستان تا دنیای مدرن امروز بررسی میکنیم.
از آهن شهابسنگی تا نخستین فولادها
قدیمیترین مصنوعات آهنی شناختهشده حدود ۳۲۰۰ پیش از میلاد در مصر ساخته شدند. آهن بهکاررفته در این اشیا از شهابسنگها به دست میآمد و به دلیل کمیاببودن، بیشتر برای ساخت زیورآلات و ابزارهای تشریفاتی استفاده میشد.
با پیشرفت کورهها، استخراج آهن از سنگ معدن آغاز شد. شواهد باستانشناسی نشان میدهد که حدود ۲۲۰۰ تا ۲۰۰۰ پیش از میلاد، نمونههایی از فولاد کربنی در آناتولی ساخته شده بودند؛ حتی اگر سازندگان هنوز دلیل علمی افزایش سختی فلز را نمیدانستند.
کیفیت این فولادهای اولیه به دمای کوره، میزان جذب کربن و مهارت آهنگر بستگی داشت. به همین دلیل، ابزارهای تولیدشده حتی در یک کارگاه نیز همیشه سختی و دوام یکسانی نداشتند.
مسیر فولادسازی بعدها به تولید مقاطع و محصولات بسیار متنوع رسید. امروزه از ورق و پروفیل ساده صنعتی، تا ورق و لوله استیل دکوراتیو برای ساخت تجهیزات صنعتی، نرده، دستگیره و اجزای معماری استفاده میشود.
پل هلیکس در مارینا بی سنگاپور، یک پل عابر پیاده با ساختار الهامگرفته از DNA است. در ساخت این سازه ۲۸۰ متری از حدود ۶۵۰ تن استیل دوبلکس ۲۲۰۵ استفاده شده است.
این پل نشان میدهد مقاطع استیل چگونه میتوانند همزمان بخشی از سازه و نمای معماری باشند؛ ویژگیای که در مقیاسی کوچکتر، استفاده از لوله استیل دکوراتیو را در نرده، دستگیره و طراحی فضاهای مدرن گسترش داده است.
نقش ایران و هند در تاریخ فولاد
هند، ایران و سرزمینهای خاورمیانه از مراکز مهم فولادسازی جهان باستان بودند. صنعتگران این مناطق بدون تجهیزات اندازهگیری امروزی، با تجربه و آزمونوخطا روشهایی برای تولید تیغههای سخت و بادوام پیدا کرده بودند.
فولاد ووتز هند
فولاد ووتز در بوتههای مخصوص ساخته میشد و بهشکل شمش در اختیار آهنگران قرار میگرفت. این شمشها از هند به ایران، آسیای مرکزی و دیگر مناطق خاورمیانه صادر میشدند.
سختی، برندگی و دوام ووتز باعث شد این فولاد برای ساخت شمشیر و خنجر ارزش زیادی پیدا کند. روش دقیق تولید آن نیز برای مدتها در اختیار تعداد محدودی از صنعتگران باقی ماند.
فولاد دمشق و صنعتگران ایرانی
بخشی از شمشهای ووتز در خاورمیانه به تیغههایی با نقشهای موجدار تبدیل شدند. این تیغهها بعدها با نام فولاد دمشق شهرت پیدا کردند و روایتهای زیادی درباره برندگی و انعطاف آنها شکل گرفت.
ایران نیز سابقه طولانی در ساخت شمشیر، زره، خنجر و ابزارهای فلزی داشت. صنعتگران ایرانی با آهنگری چندمرحلهای و کنترل تجربی حرارت، کیفیت و ماندگاری تیغهها را افزایش میدادند.
مهمترین محصولات فولادی این دوره عبارت بودند از:
- شمشیر، خنجر و سرنیزه
- زره و تجهیزات دفاعی
- ابزارهای کشاورزی
- وسایل برش و آهنگری
- قطعات مقاوم برای ارابه و تجهیزات نظامی
فولادسازی در اروپا و آغاز تولید صنعتی
در اروپای قرون وسطی، فولاد همچنان محصولی گران بود و در کارگاههای کوچک ساخته میشد. بیشتر مردم از وسایل آهنی استفاده میکردند و فولاد برای تیغه، ابزار برش و قطعاتی کنار گذاشته میشد که به سختی بیشتری نیاز داشتند.
در روش سمانتاسیون، میلههای آهنی را همراه زغال برای مدت زیادی در محفظههای بسته حرارت میدادند. محصول نهایی از آهن معمولی سختتر بود، اما سطح و بخش داخلی آن کیفیت یکسانی نداشت.
فولاد بوتهای هانتسمن
بنجامین هانتسمن در قرن هجدهم روش فولاد بوتهای را در انگلستان توسعه داد. هدف او تولید فولادی یکنواخت برای ساخت فنر و قطعات دقیق ساعت بود.
کیفیت این فولاد بهاندازهای بالا بود که خیلی زود در ساخت ابزار، تیغه و وسایل دقیق به کار رفت. بااینحال، هزینه تولید همچنان زیاد بود و امکان پاسخگویی به نیاز صنایع بزرگ وجود نداشت.
انقلاب بسمر
هنری بسمر در سال ۱۸۵۶ روشی را معرفی کرد که زمان و هزینه تولید فولاد را بهشدت کاهش میداد. این فرایند امکان تولید انبوه را فراهم کرد و فولاد را به یکی از پایههای انقلاب صنعتی تبدیل کرد.
نتیجه این تحول را میشد در بخشهای مختلف دید:
- خطوط راهآهن با سرعت بیشتری ساخته شدند.
- پلها توان تحمل وزن بالاتری پیدا کردند.
- کشتیهای فلزی بزرگتر وارد دریا شدند.
- کارخانهها ماشینآلات مقاومتری ساختند.
- فولاد از یک محصول گران به مادهای صنعتی تبدیل شد.
پس از بسمر، کوره زیمنس–مارتین امکان کنترل بهتر فرایند تولید را فراهم کرد. این روش چندین دهه در کشورهای مختلف مورد استفاده قرار گرفت و تولید فولاد را منظمتر و قابلاعتمادتر کرد.
کشف کروم و شکلگیری ایده فولاد ضدزنگ
تولید انبوه، مشکل کمبود فولاد را حل کرد؛ اما زنگزدگی همچنان خسارت زیادی به پلها، کشتیها، ابزارها و تجهیزات وارد میکرد. پیدا کردن فلزی مقاومتر به یکی از دغدغههای مهم صنعت تبدیل شده بود.
لویی نیکولا ووکلن، شیمیدان فرانسوی، در اواخر قرن هجدهم عنصر کروم را شناسایی کرد. چند دهه بعد، پژوهشگران متوجه شدند افزودن این عنصر به آهن میتواند مقاومت آن را در برابر بعضی اسیدها افزایش دهد.
پیر برتیه در سال ۱۸۲۱ آزمایشهایی روی آلیاژهای آهن و کروم انجام داد و استفاده از آنها را برای ساخت کارد و چنگال پیشنهاد کرد. بااینحال، تولید این آلیاژها هنوز دشوار و پرهزینه بود. در مدخل فولاد زنگنزن نیز این مسیر از آزمایشهای اولیه روی کروم تا فعالیت پژوهشگران قرن بیستم مرور شده است.
رقابت برای ساخت استنلس استیل
در آغاز قرن بیستم، پژوهشگران چند کشور تقریباً همزمان روی فولادهای مقاوم به خوردگی کار میکردند. به همین دلیل اختراع استنلس استیل را نمیتوان تنها نتیجه فعالیت یک نفر دانست.
لئون گیله در فرانسه ترکیبهای مختلف آهن، کروم و نیکل را بررسی کرد. در آلمان، بنو اشتراوس و ادوارد ماورر روی فولادهای کرومنیکل کار کردند و شرکت کروپ در سال ۱۹۱۲ برای یکی از آلیاژهای خود درخواست ثبت اختراع داد.
در آمریکا نیز الوود هاینز آلیاژی مقاوم به خوردگی ساخت و در سال ۱۹۱۲ برای ثبت آن اقدام کرد. امتیاز اختراع او پس از چند سال بررسی، در سال ۱۹۱۹ صادر شد.
این رقابت محدود به ساخت یک فلز تازه نبود. هر کشور تلاش میکرد محصولی بسازد که برای نیازهای خودش، از تجهیزات نظامی گرفته تا کارد و چنگال و صنایع شیمیایی، مناسب باشد.
هری بریرلی و اتفاق مهم سال ۱۹۱۳
هری بریرلی در آزمایشگاه براون فرث شهر شفیلد انگلستان کار میکرد. او مأمور شده بود فولادی بسازد که فرسایش ایجادشده در لوله سلاحها را بهتر تحمل کند.
بریرلی نمونههای مختلفی از فولاد کرومدار تولید کرد. هنگام بررسی نمونهها متوجه شد یکی از آنها برخلاف فولاد معمولی زنگ نزده و ظاهر خود را حفظ کرده است.
از تجهیزات نظامی تا کارد و چنگال
بریرلی در سیزدهم اوت ۱۹۱۳ نمونهای با حدود ۱۲.۸ درصد کروم تولید کرد. این تاریخ در بسیاری از منابع بهعنوان زمان تولد تجاری استنلس استیل شناخته میشود.
او بهجای ادامهدادن مسیر نظامی، استفاده از آلیاژ جدید را برای ساخت کارد و چنگال پیشنهاد کرد. تولیدکنندگان شفیلد ابتدا استقبال زیادی نکردند، زیرا شکلدادن و پرداخت این فولاد برایشان آسان نبود.
ارنست استوارت، یکی از سازندگان کارد و چنگال، ظرفیت این آلیاژ را جدی گرفت. مقاومت فلز در برابر لکه و زنگزدگی میتوانست یکی از مشکلات قدیمی ابزارهای غذاخوری را برطرف کند.
این محصول ابتدا «فولاد بیزنگ» یا Rustless Steel نامیده میشد. مدتی بعد عبارت Stainless Steel رواج پیدا کرد و به نام عمومی این خانواده از فولادها تبدیل شد.
گسترش استیل پس از جنگ جهانی اول
بعد از جنگ جهانی اول، استیل بهتدریج از آزمایشگاه و کارگاههای محدود خارج شد. شرکتهای بیشتری تولید آن را آغاز کردند و کاربردش از چاقو و قاشق به پزشکی، صنایع غذایی و تجهیزات کارخانهای رسید.
مهمترین اتفاقات دهههای نخست توسعه استیل:
- ۱۹۱۹: امتیاز اختراع فولاد مارتنزیتی الوود هاینز صادر شد.
- اوایل دهه ۱۹۲۰: ترکیبهای مختلف کروم و نیکل آزمایش شدند.
- ۱۹۲۴: ویلیام هتفیلد فولاد معروف ۱۸/۸ را توسعه داد.
- ۱۹۲۵: مخازن استیل در بعضی صنایع شیمیایی استفاده شدند.
- ۱۹۲۶: برخی از نخستین ایمپلنتهای جراحی استیل ساخته شدند.
- ۱۹۲۸: مخازن استیل به صنایع غذایی و نوشیدنی راه پیدا کردند.
- دهه ۱۹۳۰: استفاده از استیل در قطار و حملونقل گسترش یافت.
- ۱۹۳۵: سینک و تجهیزات آشپزخانه استیل رواج بیشتری پیدا کردند.
در همین دوره، کارخانهها به ساخت ترکیبهای متفاوتی از استیل روی آوردند. بعضی از این آلیاژها برای ابزار و تیغه مناسب بودند و بعضی دیگر در مخزن، تجهیزات غذایی و قطعات صنعتی به کار میرفتند.
نقش جنگ جهانی دوم در توسعه استیل
جنگ جهانی دوم تقاضا برای فلزات مقاوم را افزایش داد. استیل در ساخت قطعات هواپیما، موتور، کشتی، تجهیزات نظامی و بخشهایی که در معرض حرارت یا رطوبت قرار داشتند استفاده شد.
پس از پایان جنگ، کارخانههایی که ظرفیت تولیدشان افزایش یافته بود به سمت بازارهای صنعتی و مصرفی رفتند. در نتیجه، استیل با سرعت بیشتری وارد بیمارستانها، کارخانههای مواد غذایی، وسایل خانگی و پروژههای ساختمانی شد.
در دوره بازسازی اروپا نیز دوام و ظاهر تمیز استیل موردتوجه قرار گرفت. این فلز کمکم به نشانهای از طراحی مدرن و پیشرفت صنعتی تبدیل شد.
ورود استیل به خانه و معماری شهری
در میانه قرن بیستم، استیل دیگر فقط یک فلز صنعتی نبود. سینک، قابلمه، قاشق و چنگال، یخچال و اجاقگاز باعث شدند مردم این فلز را در زندگی روزمره خود ببینند.
معماران نیز از ظاهر براق و ماندگاری آن استقبال کردند. استیل در نمای ساختمان، ورودی هتلها، آسانسور، نرده، مبلمان، ویترین و المانهای شهری به کار رفت.
در پزشکی و صنایع غذایی نیز امکان شستوشو و عمر مناسب تجهیزات اهمیت داشت. میزهای کار، مخازن، ابزارهای جراحی و خطوط تولید از جمله محصولاتی بودند که با استیل ساخته شدند.
تحول کارخانههای استیل در دوران معاصر
در دهههای ۱۹۵۰ و ۱۹۶۰، روشهای تازه ذوب، ریختهگری و نورد، تولید استیل را سریعتر و منظمتر کردند. کارخانهها توانستند حجم بیشتری از محصولات را با ضخامت و کیفیت یکنواخت عرضه کنند.
کورههای قوس الکتریکی و فرایندهای جدید تصفیه، امکان استفاده بیشتر از قراضه را نیز فراهم کردند. محصولات فرسوده دوباره وارد کوره شدند و در ساخت ورق، لوله، پروفیل و قطعات جدید مورد استفاده قرار گرفتند.
مهمترین محصولات استیل در این دوره:
- ورق و رول استیل
- لولههای درزدار و بدون درز
- پروفیلهای صنعتی و دکوراتیو
- میلگرد و مفتول استیل
- مخازن و تجهیزات کارخانهای
- اتصالات و قطعات ساختمانی
تنوع محصولات باعث شد استیل در پروژههای بیشتری استفاده شود. از این زمان به بعد، انتخاب نوع استیل به محل مصرف، شرایط محیط و نیاز هر صنعت بستگی پیدا کرد.
استیل در صنعت مدرن امروز
امروزه استیل در مقیاسی بسیار بزرگتر از دوران بریرلی تولید میشود. این فلز از قطعات کوچک ساعت و ابزار جراحی تا تجهیزات پالایشگاهی و نمای برجها حضور دارد.
مهمترین حوزههای مصرف استیل:
- صنایع غذایی و نوشیدنی
- تجهیزات پزشکی و دارویی
- نفت، گاز و پتروشیمی
- ساختمان و معماری
- خودروسازی و حملونقل
- نیروگاه و صنایع انرژی
- لوازم خانگی و آشپزخانه
- صنایع دریایی و شیمیایی
استیل در تمام این بخشها به یک شکل استفاده نمیشود. گاهی ظاهر و قابلیت پرداخت اهمیت دارد و گاهی دوام، تحمل حرارت یا ماندگاری در محیطهای صنعتی در اولویت قرار میگیرد.
بازیافت و آینده صنعت استیل
قابلیت بازیافت یکی از دلایل اهمیت استیل در صنعت امروز است. تجهیزات و قطعات قدیمی میتوانند جمعآوری، ذوب و دوباره به محصولی تازه تبدیل شوند.
آینده این صنعت بیشتر بر کاهش مصرف انرژی، افزایش بازیافت و ساخت محصولاتی با عمر طولانیتر متمرکز است. کارخانهها نیز تلاش میکنند ضایعات و آلایندگی فرایند تولید را کاهش دهند.
در نهایت
تاریخچه استیل حاصل چند هزار سال تجربه در استخراج آهن، آهنگری، ساخت فولاد و ترکیب فلزات مختلف است. انقلاب صنعتی تولید فولاد را گسترش داد و تلاش پژوهشگران چند کشور در نهایت به تولید تجاری استنلس استیل رسید.
استیل امروزی نتیجه کار افراد و کارخانههای زیادی است. فلزی که زمانی برای تیغه و کارد و چنگال ساخته میشد، امروز در خانه، بیمارستان، کارخانه و بزرگترین سازههای جهان حضور دارد.
سوالات متداول
استیل در چه سالی اختراع شد؟
تولید تجاری استنلس استیل به سال ۱۹۱۳ و فعالیتهای هری بریرلی نسبت داده میشود.
مخترع استیل چه کسی بود؟
هری بریرلی چهره اصلی این اختراع است؛ اما پژوهشگرانی در آلمان، فرانسه و آمریکا نیز در توسعه آن نقش داشتند.
اولین کاربرد استنلس استیل چه بود؟
نخستین کاربردهای تجاری آن بیشتر شامل ساخت کارد، چنگال و ابزارهای برش بود.
