Tvrd metal koji se lako oblikuje

POMOĆU njega klavir stvara muziku, pri letu mlažnjaka nastaje zvučni udar, satovi kucaju, motori bruje, neboderi se uzdižu visoko u nebo, a viseći mostovi ostaju visjeti. O čemu je riječ?

O čeliku. Čelik je najvažniji konstrukcijski materijal na svijetu. Ogromni brodovi izrađeni od čelika krstare svim morima svijeta. Čelični cjevovodi dovode naftu i plin iz izvora koji su udaljeni stotinama kilometara. No ovaj materijal višestruke namjene još je na mnogo načina prisutan u našem svakodnevnom životu. Spomenimo naprimjer radijalne gume na autobusu kojim se vozimo na posao ili čelično uže pomoću kojeg se lift u našoj zgradi diže ili spušta. Tu su i čelične spojnice na našim naočalama i žličica kojom miješamo čaj. Ovaj postojani, a ipak osjetljivi metal upotrebljava se na tisuće načina. Kako ga se dobiva i što ga čini tako korisnim?

Ugljik i kristali

Čelik je legura, odnosno mješavina dva neobična suradnika — željeza i ugljika. U usporedbi s većinom drugih metala čisto je željezo mekano, stoga i neprikladno za izradu predmeta koji bi se trebali odlikovati tvrdoćom. Ugljik nije metal. Dijamanti i čađa u dimnjaku samo su različiti pojavni oblici ovog osobitog elementa. No ukoliko se rastaljenom željezu doda malo ugljika, dobiva se materijal koji je veoma različit od ugljika i daleko čvršći od željeza.

Tajna izrade čelika leži u nečemu što se zove kristal. Jeste li znali da se željezo sastoji od kristala?a Zapravo svi čvrsti metali sastavljeni su od kristala i upravo je ta kristalna struktura zaslužna za mnoga njihova svojstva, među kojima su obradivost, sjaj i još mnoga druga. No kristali željeza posebni su po još nečemu.

Djelovanje kristala na čelik

U procesu proizvodnje čelika rastaljeno željezo miješa se s drugim elementima. Kako se ta mješavina skrućuje tako željezo otapa druge tvari, odnosno apsorbira ih i zadržava unutar svoje kristalne strukture. Drugi se metali ponašaju na isti način. Po čemu je onda željezo posebno?

Željezo je neobično po tome što se njegova kristalna struktura može mijenjati pod utjecajem topline još dok je u krutom stanju. Ovo svojstvo omogućava kristalima željeza da mijenjaju svoju strukturu od relativno zbijene do raštrkanije i obratno. Zamislite jednu stabilnu kuću čiji se zidovi miču tamo-amo, a pod se neprestano podiže i spušta dok sjedite u dnevnoj sobi. Nešto slično tome dešava se unutar kristala željeza kada se metal izloži djelovanju visoke temperature, no ne toliko visoke da se tali, a potom ga se hladi.

Ukoliko se ove promjene dešavaju uz prisustvo ugljika, tvrda legura može postati mekana, a mekana tvrda. Proizvođači čelika iskorištavaju ovu pogodnost, pa toplinskom obradom kao što je kaljenje, popuštanje i žarenje dobivaju proizvod željene tvrdoće.b No to nije sve.

Kada se čeliku dodaju još neki elementi — primjerice mangan, molibden, nikal, vanadij, silicij, olovo, krom, bor, volfram ili sumpor — on ne postaje samo tvrd ili mekan već i čvrst, žilav, rastezljiv, otporan na koroziju, obradiv, elastičan, magnetičan, nemagnetičan — popis je skoro beskonačan. Baš kao što pekar dodaje različite sastojke i podešava temperaturu pećnice kako bi dobio različite vrste kruha, tako i metalurzi mijenjaju sastav legure i primjenjuju različite toplinske obrade kako bi dobili tisuće različitih vrsta čelika koji su po svojoj upotrebnoj vrijednosti bez premca. Čelične tračnice s lakoćom podnose teretne vlakove nosivosti 12 000 tona, dok s druge strane čelični ležajevi osovine ne veći od glavice pribadače drže nemirnicu satnog mehanizma.

Proizvodnja čelika — nekad i sad

Prije mnogo stoljeća ljudi koji su se bavili obradom metala željezo su koristili za izradu posuđa i oružja. Otkrili su da rastaljeno željezo (željezo izdvojeno iz stijena bogatih mineralima, odnosno rude) sadrži u sebi nečistoće koje metalu daju čvrstoću i tvrdoću. Ujedno su došli do saznanja da gašenjem u vodi željezni predmet postaje još tvrđi. Današnje ogromne visoke peći zamijenile su kovačka ognjišta, a divovske valjaonice čekiće i nakovnje. No današnji proizvođači slijede onaj isti osnovni redoslijed u proizvodnji koji su slijedili snažni kovači iz davnih vremena. Oni (1) tale željezo, (2) dodaju legirne dodatke, (3) puštaju da se čelik ohladi te (4) oblikuju i toplinski obrađuju metal.

Zapazite količine navedene u popratnom okviru. Mada su brojke impresivne, čeličana može svu tu količinu preraditi u jednom jedinom danu. Njeno postrojenje zauzima veliku površinu na kojoj se nalaze ogromne količine minerala potrebne za dobivanje čelika.

Mnogi oblici čudesnog metala

Koliko je čelik koristan jasno se vidi po tome na kojim ga sve neobičnim mjestima možemo sresti. Pronaći ćete ga ispod poklopca koncertnog klavira. Žice tog klavira koje se izrađuje od jedne od najčvršćih vrsta čelika proizvode predivnu muziku. Hadfieldov manganski čelik koristi se u izradi ogromnih drobilica za kamen i karakterističan je po tome što postaje tvrđi što se njime žešće drobi kamen. Od nerđajućeg čelika izrađuju se kirurški skalpeli, vinske bačve i aparati za izradu sladoleda. Da, baš kao što ne možemo prebrojiti vlasi kose na glavi, tako ne možemo nabrojiti ni gdje se sve čelik koristi.

Svake godine u svijetu se proizvede gotovo 800 000 000 tona čelika. Niti jedna trunka tog metala ne bi postojala da nema željeza, zanimljivo, jednog od najzastupljenijih elemenata na Zemlji. Kako ugljena i vapnenca također ima u izobilju, čini se da će čelika biti i u dalekoj budućnosti.

Zato kad sljedeći put budete šivali metalnom iglom ili lovili ribu štapom s koturom, koristili ključ za matice ili otvarali vrata na željeznoj ogradi, putovali automobilom ili povlačili plugom ravne brazde u polju, sjetite se izvanrednog spoja željeza i ugljika bez kojeg vam to ne bi bilo moguće.