الفولاذ

تسمى المباني شديدة الارتفاع بناطحات السحاب. ناطحات السحاب تشبه البشر، في أن لها هيكل يدعم طوابقها. لكن هايكل الناطحات لا تتكون من عظام، وإنما من مادة أخرى: الفولاذ. ما هو الفولاذ؟ ولماذا هي مادة مفيدة جدا؟ الفولاذ مزيج من مواد مختلفة: خليط معدني. يحتوي الخليط المعدني على معدن واحد على الأقل. يحتوي الفولاذ على معدن الحديد دائما، ودائما به القليل من الكربون، وهو غير معدني. كمية الكربون في الفولاذ، المحتوى الكربوني، تتراوح بين 0.15 و2.0 بالمائة. يحدد المحتوى الكربوني خصائص الفولاذ. زيادة المحتوى الكربوني تعطي فولاذا أقوى، يمكن استخدامه لصنع الكثير من أدوات القطع. المحتوى الكربوني القليل يعطي فولاذا ألين يسهل ثنيه وتشكيله دون أن ينكسر. الفولاذ قليل الكربون يسهل تمديده وضغطه ولحامه: إنه أكثر مرونة. يمكن استخدام هذا الفولاذ لصنع الأسلاك والصفائح والعوارض الحديدية لاستخدامها في هياكل الجسور والمباني. المكون الأساسي في الفولاذ، معدن الحديد، يصبح بنيا ويتحلل عندما يلامس الأكسجين والماء: إنه يصدأ. لمنع الحديد من الصدأ ليصبح استخدامه ممكنا، يُضاف معدن الكروم. يُكون الكروم سطحا واقيا على الحديد. الناتج هو: الفولاذ المقاوم للصدأ. يمكن استخدامه مثلا لصنع: المواقد وقدور الطبخ وأدوات الطعام. تستخدم الصناعات الصيدلية والغذائية الفولاذ المقاوم للصدأ لاحتياجها لمواد لا تلوث الدواء أو الغذاء. لإنتاج فولاذ يمكنه مقاومة الحرارة المرتفعة، يُضاف معدن التنجستن. يستخدم هذا النوع من الفولاذ لأدوات القطع والحفر، والتي تسخن كثيرا. الحديد، المكون الرئيسي للفولاذ، مغناطيسي. لكن إن احتجنا لفولاذ أكثر مغناطيسية، يُضاف معدن الكوبالت. الحديد المحتوي على الكوبالت مناسب لصنع المغانط. بعض الفولاذ يجب أن يكون لينا ومرنا، لكن أيضا قوي وشديد التحمل. لهذا الغرض يُسخن الحديد لدرجة بين 750 و950 درجة سيلسيوس. حينها يندمج الكربون بانتظام أكثر مع الحديد في الفولاذ. ثُم يُبرد الفولاذ بسرعة في الماء أو الزيت. يُنتج ذلك فولاذا أقوى. يسمى ذلك بتسقية الفولاذ. لكن التبريد السريع يُقلص بعض الأجزاء أسرع من الأخرى، فينشأ توتر داخل الفولاذ: التوتر الحراري. يُصبح الفولاذ هشا. لذا يُسخن ثانية، ولكن لحرارة أقل بقليل: ما بين 150 و950 درجة سيلسيوس. يتصلب الفولاذ. هكذا يمكن للحديد والكربون في الفولاذ التحرك قليلا، فيتحرر التوتر داخل الفولاذ. الفولاذ الآن قوي ومتحمل، ومرن في نفس الوقت. الفولاذ شديد التحمل، والمرن كذلك، يمكنه تحمل الانثناء بفعل قوى كالرياح القوية. لذا فهو مادة ممتازة لإنشاء المباني شديدة الارتفاع، كناطحات السحاب.