Σχεδόν πριν από χίλια χρόνια, σε αυτό που βρίσκεται τώρα στο νότιο Ιράν, οι χαλυβουργοί παρήγαγαν ένα μέταλλο που η σύγχρονη επιστήμη πίστευε ότι δεν υπήρχε μέχρι την βιομηχανική εποχή.
Οι αρχαιολόγοι που ερευνούν το χωριό Τσαχάκ έχουν βρει στοιχεία ότι οι τεχνίτες εκεί πρόσθεταν σκόπιμα χρώμιο στον χάλυβα τον 11ο και 12ο αιώνα.
Το χρώμιο είναι το στοιχείο που χρησιμοποιήθηκε αργότερα για την κατασκευή ανοξείδωτου χάλυβα. Στην Ευρώπη, συστηματικά πειράματα με κράματα χρωμίου ξεκίνησαν τον 1800 και οδήγησαν στον ανοξείδωτο χάλυβα στις αρχές του 20ού αιώνα. Το ιρανικό υλικό προηγείται αυτής της εργασίας κατά περίπου επτά αιώνες.
Η ανακάλυψη προέρχεται από τα ερείπια ενός εργαστηρίου χωνευτηρίου χάλυβα. Ο χωνευτός χάλυβας κατασκευαζόταν σφραγίζοντας κομμάτια σιδήρου μέσα σε χοντρά πήλινα δοχεία και θερμαίνοντάς τα σε φούρνο άνθρακα σε θερμοκρασίες αρκετά υψηλές για να λιώσει το μέταλλο.
Μέσα στο κλειστό δοχείο, ο σίδηρος απορρόφησε άνθρακα και υγροποιήθηκε, σχηματίζοντας έναν πυκνό, υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα χάλυβα όταν ψύχθηκε. Αυτή η μέθοδος παρήγαγε ένα πιο ομοιόμορφο υλικό από τον προηγούμενο σίδηρο άνθισης.
Θραύσματα από σπασμένα χωνευτήρια είναι διάσπαρτα κατά μήκος της νότιας άκρης του Chahak. Ένα στρώμα από συντρίμμια, συμπεριλαμβανομένης της σκωρίας – τα υαλώδη απόβλητα από την παραγωγή μετάλλων – διατηρήθηκε κάτω από ένα χωματόδρομο.
Κοντά υπάρχουν υπολείμματα κεραμικών σωλήνων που τροφοδοτούσαν με αέρα τους φούρνους, και συσσωρεύσεις σκωρίας σφυρηλάτησης που υποδηλώνουν σφυρηλατητική δραστηριότητα.
Η χρονολόγηση με ραδιενεργό άνθρακα του άνθρακα που παγιδεύτηκε μέσα σε ένα σπασμένο χωνευτήριο και μέσα στη σκωρία σφυρηλάτησης τοποθετεί την παραγωγή μεταξύ του 10ου και του 12ου αιώνα. Ιστορικά χειρόγραφα από τη μεσαιωνική περίοδο περιγράφουν το Chahak ως κέντρο παραγωγής pulad, του περσικού όρου για τον χάλυβα χωνευτηρίου.
Η εργαστηριακή ανάλυση της σκωρίας και των μεταλλικών σταγονιδίων που παγιδεύτηκαν μέσα σε αυτήν αποκάλυψε κάτι απροσδόκητο. Οι σβώλοι σιδήρου περιείχαν επανειλημμένα περίπου ένα τοις εκατό χρώμιο κατά βάρος.
Η ίδια η σκωρία έδειξε οξείδιο του χρωμίου. Οι συγκεντρώσεις ήταν σταθερές σε πολλά δείγματα, υποδηλώνοντας ότι το χρώμιο δεν ήταν μια τυχαία πρόσμειξη στο μετάλλευμα, αλλά μέρος της παραγωγικής διαδικασίας.
Οι ερευνητές πιστεύουν ότι το χρώμιο εισήχθη με τη μορφή χρωμίτη, ενός φυσικού ορυκτού χρωμίου. Η περιοχή περιέχει κοιτάσματα χρωμίτη, και μικρές προσθήκες του ορυκτού σε ένα χωνευτήριο θα εξηγούσαν την χημική υπογραφή που βρέθηκε στα ερείπια.
Τον 11ο αιώνα, ο Πέρσης λόγιος Αμπού Ραϊχάν Μπιρουνί περιέγραψε μια συνταγή για χωνευτήριο χάλυβα στο έργο του al-Jamahir fi Marifah al-Jawahir. Η συνταγή απαριθμεί συστατικά που μετρώνται σε μονάδες ratl και dirham, συμπεριλαμβανομένης μιας ουσίας που ονομάζεται «rusakhtaj».
Για αιώνες, η ταυτότητα του rusakhtaj ήταν ασαφής. Οι ερευνητές υποστηρίζουν τώρα ότι πιθανότατα αναφέρεται σε χρωμίτη.
Στην αφήγηση του Μπιρουνί, σιδερένια αντικείμενα όπως πέταλα και καρφιά τοποθετούνται σε ένα χωνευτήριο μαζί με μετρημένες ποσότητες ορυκτών. Το δοχείο σφραγίζεται με πηλό και θερμαίνεται σε φούρνο άνθρακα χρησιμοποιώντας φυσερό που χειρίζονται δύο άνδρες μέχρι να λιώσει ο σίδηρος. Μετά από παρατεταμένη όπτηση, το χωνευτήριο αφήνεται να κρυώσει και αφαιρείται μια χαλύβδινη ράβδος.
Ορισμένες πτυχές της περιγραφής είναι δύσκολο να ερμηνευθούν. Τα μεσαιωνικά τεχνικά κείμενα συχνά παραλείπουν πρακτικά βήματα ή χρησιμοποιούν ορολογία που δεν έχει πλέον ακριβές σύγχρονο ισοδύναμο. Αλλά η παρουσία ενός ορυκτού πρόσθετου στη γραπτή συνταγή, σε συνδυασμό με το χρώμιο που ανιχνεύθηκε στα απόβλητα παραγωγής που εκσκάφηκαν, ενισχύει την υπόθεση για σκόπιμη κράμα.
Τα ίδια τα χωνευτήρια Chahak κατασκευάστηκαν για να αντέχουν σε ακραίες θερμοκρασίες. Ανακατασκευασμένα από θραύσματα, φαίνονται κυλινδρικά, ύψους περίπου 27 εκατοστών χωρίς το καπάκι, με παχιά, πυρίμαχα τοιχώματα που περιέχουν περισσότερο από 25% αλουμίνα.
Τα αποτυπώματα υφασμάτων που διατηρούνται στις εσωτερικές επιφάνειες υποδηλώνουν ότι ο πηλός διαμορφώθηκε με το χέρι, πιθανώς χρησιμοποιώντας ύφασμα για να βοηθήσει στην ανύψωση των τοιχωμάτων. Τα δοχεία σφραγίστηκαν κατά την όπτηση, επιτρέποντας στο σίδερο στο εσωτερικό να λιώσει χωρίς άμεση επαφή με την ατμόσφαιρα του κλιβάνου.
Τα περισσότερα σωζόμενα χαλύβδινα αντικείμενα χωνευτηρίου από τον ισλαμικό κόσμο είναι όπλα – σπαθιά, στιλέτα και πανοπλίες – που συχνά συνδέονται με επιφάνειες με σχέδια “Δαμασκού”. Πολλά δεν έχουν σαφείς πληροφορίες σχετικά με το πού κατασκευάστηκαν. Η χημική σύνθεση μπορεί μερικές φορές να συνδέσει αντικείμενα με κέντρα παραγωγής.
Ένα τέτοιο αντικείμενο, ένας μεσαιωνικός ισλαμικός πυριτόλιθος στη Συλλογή Tanavoli, είχε αναλυθεί προηγουμένως και βρέθηκε ότι περιείχε περισσότερο από ένα τοις εκατό χρώμιο. Εκείνη την εποχή, δεν υπήρχε επιβεβαιωμένη τοποθεσία παραγωγής που να είναι γνωστή για την κατασκευή χάλυβα χωνευτηρίου με χρώμιο. Το υλικό από το Chahak παρέχει μια πιθανή προέλευση.
Ιστορικές πηγές από τον 13ο αιώνα και μετά περιγράφουν τον χάλυβα Chahak ως οπτικά λεπτό αλλά εύθραυστο. Οι νέες αναλύσεις δείχνουν ότι, εκτός από το χρώμιο, ο χάλυβας περιείχε σχετικά υψηλά επίπεδα φωσφόρου.
Ο φώσφορος μπορεί να αυξήσει την ευθραυστότητα, ιδιαίτερα στους χάλυβες υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα. Το χημικό προφίλ ταιριάζει με την ιστορική περιγραφή.
Τα υπολείμματα παραγωγής παρουσιάζουν επίσης και άλλα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά. Οι σκωρίες μεταλλουργίας από την τοποθεσία είναι ασυνήθιστα πλούσιες σε ασβέστη και χαμηλές σε πυριτία σε σύγκριση με τα απόβλητα χάλυβα χωνευτηρίου από την Κεντρική και τη Νότια Ασία.
Η υπογραφή χρωμίου εμφανίζεται στη σκωρία από το στάδιο της τήξης, αλλά όχι σε μεταγενέστερη σκωρία μεταλλουργίας, υποδεικνύοντας ότι το χρώμιο εισήχθη κατά τη διάρκεια της διαδικασίας του χωνευτηρίου και όχι κατά τη σφυρηλάτηση.
Παραδόσεις χάλυβα χωνευτηρίου είναι γνωστές από την Κεντρική Ασία και τη Νότια Ασία, όπου το προϊόν ονομαζόταν wootz. Το υλικό Chahak καταδεικνύει ότι στην περσική παράδοση, τουλάχιστον ένα κέντρο παραγωγής χρησιμοποιούσε ένα ορυκτό που περιείχε χρώμιο ως κανονικό πρόσθετο από τις αρχές της δεύτερης χιλιετίας μ.Χ.
Οι ποσότητες που εμπλέκονταν ήταν μέτριες με βάση τα σύγχρονα πρότυπα. Περίπου το 1% χρώμιο δεν παράγει ανοξείδωτο χάλυβα. Αλλά η προσθήκη ήταν συστηματική. Πολλαπλά δείγματα από διαφορετικά περιβάλλοντα εντός της τοποθεσίας δείχνουν συγκρίσιμα επίπεδα.
Τα ευρήματα βασίζονται σε έναν συνδυασμό αρχαιολογικής ανασκαφής, χρονολόγησης με ραδιενεργό άνθρακα και μικροσκοπικής χημικής ανάλυσης χρησιμοποιώντας ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης με φασματοσκοπία ενεργειακής διασποράς.
Η περιεκτικότητα σε άνθρακα στον αρχαίο σίδηρο δεν μπορούσε να μετρηθεί άμεσα, επειδή τα δείγματα ήταν επικαλυμμένα με άνθρακα για ανάλυση, αλλά οι τεχνικές χάραξης επιβεβαίωσαν την ύπαρξη χάλυβα υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα, τυπικού για την παραγωγή χωνευτηρίου.
Το Chahak είναι επί του παρόντος η μόνη επιβεβαιωμένη τοποθεσία παραγωγής χάλυβα χωνευτηρίου που έχει εντοπιστεί εντός των σημερινών συνόρων του Ιράν. Χειρόγραφα από τα ύστερα μεσαιωνικά και πρώιμα σύγχρονα χρόνια δείχνουν ότι η παραγωγή συνεχίστηκε και μετά την εισβολή των Μογγόλων και στην εποχή των Σαφαβιδών.
Τα στοιχεία από το Chahak δείχνουν ότι μέχρι τον 11ο αιώνα, οι Πέρσες χαλυβουργοί λειτουργούσαν φούρνους ικανούς να λιώνουν σίδηρο, να παράγουν πλινθώματα χάλυβα υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα και να ενσωματώνουν ορυκτά που περιέχουν χρώμιο στο φορτίο με ελεγχόμενο και επαναλήψιμο τρόπο.
—
