’n Harde werker wat sag kan werk

DIT stel klaviere in staat om musiek voort te bring, stralers om supersoniese knalle te veroorsaak, horlosies om te tik, motore om te dreun, wolkekrabbers om die lug in te toring en hangbrûe om te hang. Wat is dit?

Dit is staal. Staal is van baie groot belang in grootskaalse konstruksiewerk. Reuseskepe wat daarvan gemaak is, deurkruis die oseane. Pypleidings wat daarvan gemaak is, bring olie en gas honderde kilometers van verafgeleë boorgate af. Maar hierdie veelsydige metaal is op baie ander maniere ’n onontbeerlike deel van die daaglikse lewe. Dink byvoorbeeld aan die staal in die bande van die bus waarmee jy werk toe ry of die staalkabel wat die hysbak in julle woonstelgebou op en af laat beweeg. Wat van die staal in die skarniertjies van jou bril en die staallepel waarmee jy jou koppie tee roer? Daar is duisende gebruike vir hierdie sterk dog delikate metaal. Hoe word dit vervaardig, en wat maak dit so nuttig?

Koolstof en kristalle

Staal is ’n allooi, of ’n mengsel, van twee onwaarskynlike elemente—yster en koolstof. Onder die metale is suiwer yster sag en dus nie geskik vir swaar werkverrigting nie. Koolstof is ’n niemetaal. Diamante en skoorsteenroet is net verskillende vorme van hierdie bepaalde element. Maar as ’n klein bietjie koolstof met vloeiyster gemeng word, is die resultaat ’n stof wat heeltemal anders is as koolstof en baie sterker is as yster.

Die sleutel tot die vervaardiging van staal is iets wat ’n kristal genoem word. Het jy geweet dat yster uit kristalle bestaan?* Eintlik bestaan alle vaste stowwe daaruit, en dit is die samestelling van hierdie kristallyn wat dit bewerkbaar maak en dit ’n glans en ander eienskappe gee. Maar ysterkristalle gaan ’n stap verder.

Die uitwerking op staal

Wanneer staal vervaardig word, word vloeiyster met ander elemente gemeng. Terwyl hierdie mengsel stol, los yster die ander stowwe op deur hulle as ’t ware te absorbeer en binne-in hulle kristalstrukture te hou. Ander metale doen dieselfde. Wat is dan so spesiaal omtrent yster?

Yster is uniek omdat sy kristalstruktuur met hitte verander kan word terwyl dit nog ’n vaste stof is. Hierdie eienskap stel ysterkristalle in staat om te verander van ’n betreklik geslote vorm na ’n meer oop vorm en dan weer terug. Stel jou ’n huis voor wat goed gebou is en waarvan die mure na die kante toe en die vloer op en af beweeg terwyl jy in die sitkamer sit. Iets soortgelyks vind binne ysterkristalle plaas wanneer die metaal tot ’n hoë temperatuur verhit word sonder om dit te smelt en dan afgekoel word.

As koolstof teenwoordig is wanneer hierdie veranderinge plaasvind, kan ’n harde allooi sag word, of ’n sagte een kan hard word. Staalvervaardigers maak van hierdie eienskap gebruik en verander die hardheid van hulle produk met hittebehandelings, soos blussing, tempering en uitgloeiing.* Maar dit is nie al nie.

Wanneer ander elemente—soos mangaan, molibdeen, nikkel, vanadium, silikon, lood, chroom, boor, wolfram of swael—bygevoeg word, word die staal nie net hard of sag nie, maar ook sterk, taai, smeebaar, roesbestand, verwerkbaar, buigbaar, magneties, niemagneties—en die lys gaan aan. Net soos ’n bakker sy bestanddele en die hitte van die oond verander om verskillende brode te maak, verander metaalvervaardigers allooie en hittebehandelings om duisende verskillende staalsoorte met eindeloos baie gebruike te vervaardig. Twaalfduisend ton goederetreine beweeg veilig oor staalspore, en tog ondersteun staallaers wat maar so groot soos ’n speldekop is, ’n horlosie se reguleerwieletjie.

Staalvervaardiging—op die ou en nuwe manier

Eeue gelede het metaalwerkers yster gebruik om voorwerpe en wapens te maak. Hulle het ontdek dat vloeiyster (yster wat geskei is van metaalhoudende rots wat erts genoem word) onsuiwerhede bevat wat die metaal sterk en hard maak. Hulle het ook uitgevind dat ’n stuk ystergereedskap selfs harder word wanneer dit in water geblus word. Vandag het groot oonde die smid se vuurherd vervang; en reusagtige walsmeule sy hamer en aambeeld. Maar moderne vervaardigers volg dieselfde basiese stappe as wat die gespierde smids van die ou tyd gevolg het. Hulle (1) smelt yster, (2) voeg allooimetale by, (3) laat die staal afkoel en (4) smee en behandel dit met hitte.

Kyk na die hoeveelhede in die bygaande venster. Hoewel dit indrukwekkend is, kan ’n staalwalsery dit alles in een dag verwerk. Die aanleg strek oor ’n groot gebied waarop ’n mens ontsaglike bunkers van hierdie minerale aantref wat nodig is om staal te vervaardig.

’n Verbasende metaal met verskeie gebruike

Die nut van staal kan op talle buitengewone plekke gesien word. Jy sal party onder die deksel van ’n vleuelklavier kry. Die snare daarvan, een van die sterkste stale wat vervaardig word, bring pragtige musiek voort. Hadfield-mangaanstaal word gebruik om enorme klipbreekmasjiene te vervaardig, en hoe harder dit werk om groot klippe te breek, hoe taaier word die staal. Vlekvrye staal word verwerk tot chirurgiese skalpels, wynvate en roomysmasjiene. Soos die hare op jou kop, is die gebruike van staal te veel om op te noem.

Byna 800 000 000 ton staal word elke jaar regoor die wêreld vervaardig. Daar sou nie ’n gram daarvan wees sonder yster nie, wat, terloops, een van die volopste elemente op aarde is. Aangesien daar ook baie steenkool en kalksteen is, lyk dit asof staal nog lank in die toekoms beskikbaar gaan wees.

Wanneer jy dus weer met ’n metaalnaald werk of met ’n visstok ’n hoek ingooi, of wanneer jy ’n skroefsleutel gebruik of ’n hek met ’n kettingskakel oopmaak of as jy weer in ’n motor ry of ’n land reguit ploeg, dink aan die besondere vermenging van yster en koolstof wat dit alles moontlik maak.

[Voetnote]

[Venster op bladsy 23]

Materiale wat nodig is om 10 000 ton staal te vervaardig

6 500 ton steenkool

13 000 ton erts

2 000 ton kalksteen

2 500 ton staalafval

1,5 miljard liter water

80 000 ton lug

[Venster/Prente op bladsy 24]

Hoe Staal Vervaardig Word

Party gegewens is weggelaat om die illustrasie eenvoudiger te maak

Hitte is nodig om staal te vervaardig. Kom ons gaan, met behulp van ’n termometer as ons gids, deur die verskillende stappe wat gevolg word vir die vervaardiging van voltooide staal.

◼ 1400°C. Groot oonde bak steenkool in lugdigte kamers en laat onsuiwerhede verdamp sonder om die stukke te verbrand. Die roeterige stukke wat oorbly, word kooks genoem, wat hitte en koolstof later in die proses voorsien.

◼ 1650°C. Kooks, ystererts en kalksteen word in ’n hoogoond gestort en dan deur ’n vuurwarm oondwand en superverhitte lug omring. Die kooks brand, en in die skroeiende hitte verbind onsuiwerhede in die erts met die kalksteen en vorm dit ’n byproduk wat slak genoem word. Die minerale smelt en sak na die bodem van die oond. Die slak, wat bo-op die yster dryf, word in ’n houer afgetap om verwyder te word. Die vloeiyster vloei in waentjies in wat hulle kokende vrag na die volgende punt vervoer.

◼ 1650°C. Negentig ton sorgvuldig gesorteerde afvalmetaal word in ’n nege meter hoë peervormige houer gestort wat as die basiesesuurstof-oond bekend staan. ’n Baie groot gietpot giet vuurwarm vloeiyster op die afvalmetaal en veroorsaak ’n vlammeboog wanneer ’n waterverkoelde pyp, wat ’n lans genoem word, in die houer afgesak word. Deur die lans word suurstof kragtig uitgespuit, en die metaal kook gou soos sop op ’n warm stoof. Chemiese reaksies vind plaas. In minder as ’n uur het die oond sy werk gedoen en word die 300 ton vloeibare staal, wat ’n smeelot genoem word, in gietpotwaens gegiet. Allooie word bygevoeg. Die vuurwarm stroom loop in gietmasjiene in. Die staal begin vorm aanneem.

◼ 1200°C. Rooiwarm staal word selfs verder tussen walse saamgepers totdat die regte dikte verkry word. Hierdie hardhandige behandeling maak die metaal hard totdat dit uiteindelik nie verder gevorm wil word nie.

◼ Kamertemperatuur. Die staal is gegiet, gesny, warmgewals, koudgewals en selfs gebyt (skoongemaak in ’n suurbad). Dit is oor en oor verhit. Uiteindelik daal die termometer vir goed. Die vloeibare staal, of smeelot, het nou stapels plaatstaal geword. ’n Werkswinkel vorm dit kort voor lank in ventilasiepype vir ’n kantoorgebou.

Waarom smelt die vernaamste onderdele van ’n staalwalsery, wat van hierdie selfde metaal gemaak is, dan nie wanneer hulle hulle werk doen nie? Die binnewand van oonde, waentjies en gietpotte is met stene uitgevoer wat van ’n vuurvaste, of hittewerende, materiaal gemaak is. ’n Voering wat hiervan gemaak is en een meter dik is, beskerm die basiesesuurstof-oond. Maar daardie stene verbrokkel ook weens die geweldige hitte en moet gereeld vervang word.

[Diagram]

(Sien publikasie vir oorspronklike teksuitleg)

1. YSTERVERVAARDIGING

1400°C Steenkool → Kooksoonde

↓

1650°C Kalksteen

Ystererts → HOOGOOND

↓

Vloeiyster

2. STAALVERVAARDIGING ↓

1650°C Afval

Kalk en fluks

Suurstof

↓

BASIESESUURSTOF-OOND

3. VERKOELING ↓

STRINGGIETING

Voorblok

Knuppel

Platblok

4. VOLTOOIING ↓

1200°C Staalwalsing (stawe of balke)

Versinking

Koudwalsing

Warmwalsing

Kamertemperatuur

[Prent]

Let op die grootte van die mense

[Foto-erkenning op bladsy 23]

Alle foto’s op bladsye 23-5 behalwe horlosie: Courtesy of Bethlehem Steel