عملية التصلب

عملية التصليد السطحي تقنية قديمة لصناعة الصلب عن طريق كربنة الحديد . على عكس صناعة الصلب الحديثة ، كانت هذه العملية تزيد من نسبة الكربون في الحديد . ويبدو أنها طُوّرت قبل القرن السابع عشر. يُعد فرن ديرونتكوت للصلب ، الذي بُني عام ١٧٢٠، أقدم مثال باقٍ على فرن التصليد السطحي. ومن الأمثلة الأخرى في المملكة المتحدة فرن التصليد السطحي الموجود في شارع دونكاستر بمدينة شيفيلد .

وُصفت هذه العملية في رسالة نُشرت في براغ عام 1574. وقد اخترعها يوهان نوسباوم من ماغديبورغ ، الذي بدأ عملياتها في نورمبرغ (مع شركاء) عام 1601. وحصل ويليام إليوت وماتياس ميسي على براءة اختراع للعملية في إنجلترا عام 1614. ^{[ 1 ]} في ذلك التاريخ، كان يُمكن أن يقتصر مفهوم "الاختراع" على مجرد استحداث صناعة أو منتج جديد، أو حتى مجرد احتكار . ومن الواضح أنهم سرعان ما نقلوا براءة الاختراع إلى السير باسيل بروك ، لكنه أُجبر على التنازل عنها عام 1619. فقد وُجد أن بندًا في براءة الاختراع يحظر استيراد الصلب غير مرغوب فيه لأنه لم يكن قادرًا على توفير الكمية الكافية من الصلب الجيد المطلوبة. ^{[ 2 ]} يُرجح أن أفران بروك كانت في قصره في مادلي في كولبروكديل (الذي كان موجودًا بالتأكيد قبل الحرب الأهلية الإنجليزية )، حيث تم التنقيب عن فرنَيْن للتصنيع. ^{[ 3 ]} من المحتمل أنه استخدم قضبان الحديد من غابة دين ، حيث كان شريكًا في إدارة مصانع الحديد الملكية في فترتين.

بحلول عام 1631، أصبح من المعروف أن الحديد السويدي هو أفضل المواد الخام، وبرزت علامات تجارية معينة، مثل علامة " الرصاصة المزدوجة" (المشتقة من الحرفين OO) من أوستربي، وعلامة "حلقة L" من لوفستا ( لوفستا حاليًا )، والتي كانت تتكون من حرف L داخل دائرة، وكلاهما يعود إلى لويس دي جير وذريته. كانت هذه المصانع من أوائل مصانع الحديد في السويد التي استخدمت طريقة والون لتنقية الحديد، منتجةً ما عُرف في إنجلترا باسم "حديد الخامات" . وقد سُمي بهذا الاسم نسبةً إلى ميناء أوريغروند السويدي، شمال ستوكهولم، حيث كانت تقع معظم مصانع الحديد في المناطق الداخلية المحيطة به. وكان الخام المستخدم في نهاية المطاف يأتي من منجم دانيمورا . ^{[ 2 ] [ 4 ]}

تبدأ العملية بالحديد المطاوع والفحم . وتُستخدم فيها أوانٍ حجرية طويلة، واحدة أو أكثر ، داخل فرن. في شيفيلد ، كان حجم كل وعاء عادةً 14 قدمًا × 4 أقدام × 3.5 أقدام عمقًا. تُعبأ قضبان الحديد والفحم في طبقات متناوبة، مع طبقة علوية من الفحم، ثم مادة حرارية لجعل الوعاء أو "التابوت" محكم الإغلاق. استخدم بعض المصنّعين خليطًا من مسحوق الفحم والسخام والأملاح المعدنية ، يُسمى مسحوق الأسمنت . في المصانع الكبيرة، كان يُعالج ما يصل إلى 16 طنًا من الحديد في كل دورة، مع إمكانية القيام بذلك على نطاق صغير، كما هو الحال في فرن صغير أو ورشة حدادة.

بحسب سُمك قضبان الحديد، كانت الأواني تُسخّن من الأسفل لمدة أسبوع أو أكثر. وكانت القضبان تُفحص بانتظام، وعند الوصول إلى الحالة المطلوبة، يُرفع عنها الحرارة وتُترك الأواني لتبرد، عادةً حوالي أربعة عشر يومًا. وقد اكتسب الحديد ما يزيد قليلاً عن 1% من كتلته نتيجة الكربون الموجود في الفحم، ليصبح قضبانًا غير متجانسة من الفولاذ المُتقرّن .

ثم تُقصّر القضبان، وتُربط، وتُسخّن، وتُلحم معًا بالحدادة لتُصبح فولاذًا مقاومًا للقص . ويُعاد قطعها ولحامها مرارًا وتكرارًا، حيث تُنتج كل عملية لحام جديدة فولاذًا أكثر تجانسًا وأعلى جودة. وتُكرر هذه العملية بحد أقصى 3-4 مرات، إذ أن المزيد غير ضروري وقد يُؤدي إلى فقدان الكربون من الفولاذ.

بدلاً من ذلك، يمكن تكسيرها وصهرها في بوتقة باستخدام فرن بوتقة مع مادة صهر لتصبح فولاذ بوتقة (يسمى في ذلك الوقت أيضًا الفولاذ المصبوب )، وهي عملية ابتكرها بنيامين هانتسمان في شيفيلد في أربعينيات القرن الثامن عشر.