فولاد بوته

فولاد بوته فولادی است که از ذوب کردن آهن خام (چدن) همراه با آهن و بعضا فولاد در بوته ذوب فلز تولید می‌شود، فرایندی که اغلب با ماسه، شیشه، خاکستر و سایر فلاکس‌ها همراه می‌شود. در دوران قدیم، منبع تولید حرارت، سوزاندن زغال چوب یا زغال سنگ بود. از آنجایی این منابع نمی‌توانستند به دمایی به اندازه دمای ذوب آهن و فولاد برسند، ذوب این دو امکان‌پذیر نبود. با این وجود، از آنجایی که محتوای کربن آهن خام بیشتر است و لذا دمای نقطه ذوب کمتری دارد، قابلیت ذوب آن فراهم است. با فرو بردن طولانی مدت آهن کارشده یا فولاد در آهن خام مایع، میزان کربن آهن خام کاهش می‌یابد، زیرا کربن به آرامی در آهن نفوذ می کند و در نتیجه این فرایند، هر دو فلز به فولاد تبدیل می شوند. تولید این نوع فولاد بوته‌ در قرون وسطی در مناطق آسیای جنوبی و مرکزی صورت می‌گرفت. این نوع فولاد که عموماً سختی قابل توجهی از خود نشان می‌دهد، فولادی ترکیبی و ناهمگن است، که از ترکیب فولادی بسیار پرکربن (که پیش از ذوب، آهن خام بوده است) و فولادی کم‌کربن (که پیش از ذوب، آهن کارشده بوده است) تولید می‌شده است. ترکیب این فلزات هنگام آهنگری، سوهان‌کاری یا صیقل دادن فولاد، الگویی پر از جزئیات ایجاد می‌کرد. یکی از معروف‌ترین نمونه‌های این فولاد، فولاد ووتز (فولاد هندی) است که در شمشیر‌های دمشق استفاده می‌شده است. این فولاد به دلیل استفاده از فلاکس، عموما در مقایسه با سایر فرایندهای تولید فولاد آن زمان، میزان کربن بیشتر (در بازه 1.5 تا 2.0 درصد) و کیفیت بهتری (بدون ناخالصی) داشت. این فولاد به آهنگری زیادی نیاز نداشت و کار کردن روی آن نیز در دما‌هایی به نسبت کم انجام می‌شد تا جلوی هر نوع کربن‌زدایی، ترک خوردن کوتاهی داغ یا نفوذ بیش از اندازه کربن گرفته شود. فولاد تنها به حدی چکش می‌خورد که فرم کلی تیغه شمشیر ایجاد شود. میزان کربن این فولاد به چدن نزدیک است و عمدتا پس از تغییر شکل و فرم دادن، برای رسیدن به سختی مناسب به هیچ عملیات حرارتی جز خنک‌کاری با هوا نیاز ندارد و فقط بر ترکیب فولاد تکیه می‌کند. فولاد پرکربن‌تر لبه تیغه بسیار سختی داشت، در حالی که فولاد کم‌کربن‌تر، چقرمگی بیشتری داشت و شانس خرد شدن، ترک خوردن یا شکستن را کاهش می‌داد.
در اروپا، فولاد بوته توسط بنجامین هانتسمن در انگلستان در قرن هجدهم ساخته شد. هانتسمن به جای زغال سنگ یا زغال چوب، از کک استفاده کرد و توانست به دمای کافی برای ذوب فولاد و حل کردن آهن دست یابد. فرآیند هانتسمن نسبت به تعدادی از فرآیند‌های ووتز متفاوت بود، از این لحاظ که زمان طولانی‌تری برای ذوب کردن فولاد و خنک کردن آن صرف می‌شد و بنابراین، زمان بیشتری برای نفوذ کربن فراهم بود. مواد خام فرآیند هانتسمن، آهن و فولاد بودند که به شکل فولاد بلیستر استفاده می‌شدند. فولاد بلیستر نوعی از فولاد بود که جایگزین تبدیل مستقیم از چدن شده بود، در حالی که تبدیل مستقیم از چدن در فرایند پادلینگ یا بعدها در فرآیند بسمر استفاده می‌شد. توانایی ذوب کامل فولاد، هرگونه غیرهمگنی را در فولاد از بین برد و به کربن اجازه داد که به طور یکنواخت در فولاد مایع حل شود. بدین ترتیب، دیگر نیازی به آهنگری گسترده برای دستیابی به نتیجه‌ای مشابه آهنگری نبود. به همین ترتیب، ریخته‌گری فولاد نیز با ریختن آن در قالب امکان‌پذیر شد. استفاده از فلاکس‌ها، استخراج تقریباً کامل ناخالصی‌ها از مایع را ممکن می‌ساخت، به طوری که ناخالصی‌ها پس از افزودن فلاکس، به سمت بالا شناور شده و دور ریخته می‌شدند. این نوع فولاد، اولین فولاد با کیفیت مدرن بود و ابزاری فراهم کرد تا آهن کارشده اضافی به طور موثر به فولاد مفید تبدیل شود. فرآیند هانتسمن، افزایش چشمگیر تولید فولاد باکیفیت در اروپا را در پی داشت، که در کالاهایی مانند چاقو، ابزار و ماشین‌آلات استفاده می‌شد و راه را برای انقلاب صنعتی هموار کرد.
طرح «نردبان کرک» تیغه شمشیری که از فولاد بوته ساخته شده است، دوره زندیه، 1750-1794 م.، ایران. (مشتاق خراسانی 2006، 506)