De uitvinding van ijzer en staal

Het bewerken van ijzer vormde een belangrijke stap in de ontwikkeling van de menselijke samenleving. Waarschijnlijk is het uitgevonden door de Hettieten (ten noordoosten van Anatolië) waar volgens de oude Grieken ijzer vandaan kwam. In het derde millennium voor Christus werd al ijzererts gesmolten. Het duurde daarna lange tijd voordat het probleem van de slakken – zwakke plekken in het ijzer – werd opgelost.

Het bewerken van ijzererts

IJzer was het laatste metaal dat men in de oudheid leerde smelten. Het smeltpunt van ijzer ligt namelijk bij een temperatuur van 1530 graden Celsius, wat betekent dat het als vaste stof moet worden uitgesmolten. In het derde millennium voor Christus werd al ijzererts gesmolten. Er was een probleem met uitgesmolten ijzer: de slakken (zwakke plekken in het ijzer). Het heeft een flinke periode geduurd voordat men dit probleem kon oplossen.

In de tijd voorafgaand aan het bewerken van ijzer, was men afhankelijk van koper en tin, deze metalen waren erg kostbaar. Toen men ijzer ontdekte bleken de eigenschappen van ijzer als metaal veel beter te zijn dan de eigenschappen van koper en tin.

Men twijfelt of ijzer uitgevonden is door de Hettieten (ten noordoosten van Anatolië), waar volgens de oude Grieken ijzer vandaan kwam, of dat de Chinezen het onafhankelijk van de Grieken hebben uitgevonden.

IJzer en staal

Slakken

Men had het slakkenvormend proces niet onder controle. Daardoor was het eindresultaat van een smelting altijd een massieve klomp ijzer vermengd met resten brandstof en slakken. De klomp werd verder bewerkt door in verhitte toestand er met een hamer op te slaan, zodat het smeedijzer ontstond.

Staal

Rond het eerste millennium voor Christus vond er een explosieve ontwikkeling in het bewerkingsproces plaats. Men ontdekte hoe men staal – een legering van ijzer met ongeveer 0,2 tot 0,5% koolstof – kon maken. Voorwerpen van ijzer werden bedekt met verpulverd steenkool en uren- of dagenlang op hoge temperaturen verhit, zodat een gedeelte van de koolstof zich met het ijzer vermengde. Als deze legering roodgloeiend was en vervolgens in koud water werd gedompeld, ontstond er een veel harder en sterker metaal, staal.

Staal dat van de ijzerklomp gemaakt werd had twee grote nadelen:

1. het ijzer bevatte veel slakken die voor zwakke plekken zorgden
2. het koolstofgehalte was niet overal gelijkmatig verdeeld

De meest voor de hand liggende oplossing was de legering van ijzer en koolstof te laten smelten. Het probleem was echter dat men hiervoor een temperatuur van 1400 graden Celsius nodig had, en zulke hoge temperaturen kon men niet maken. Het lijkt erop dat dit probleem voor het eerst werd opgelost aan het einde van het eerste millennium voor Christus.

Dit gebeurde in het gebied tussen Noord-India en Centraal-Azië. Staal dat in de Hellenistische stad Taxila (Noorden van het huidige Pakistan) is gevonden bleek gedeeltelijk vrij van slakken te zijn. Daarnaast wordt het bewijs geleverd door Zosimos – een alchemist uit Alexandrië – die in de derde eeuw na Christus schreef dat de Indiërs staal maakten door zacht ijzer samen met bladeren en schors in een smeltoven te doen, deze af te sluiten en het geheel te verhitten. Het eindresultaat was kroezenstaal waarvan men zeer goede zwaarden kon smeden. Voorwerpen van kroezenstaal werden altijd gesmeed en niet gegoten.

Het maken van kroezenstaal lijkt in Europa pas in de 18e eeuw te zijn geïntroduceerd. In het Midden-Oosten, Centraal-Azië en India echter werd het al volop gebruikt. In deze streken kwam al heel vroeg een eigen ijzerindustrie tot ontwikkeling.

Gevolgen voor de samenleving

Staal en ijzer vormden samen een geweldige combinatie die de samenleving zowel direct als indirect ingrijpend veranderde. Gemeenschappen waren niet langer afhankelijk van voorraden koper en tin, die vaak van ver moesten worden gehaald en duur waren. De meeste gemeenschappen konden nu zelf hun eigen ijzer maken en bewerken en de eigenschappen van ijzer en staal waren veel beter dan de die van metalen die tot dan toe bekend waren.

Tijdens de Han-dynastie – tweeduizend jaar geleden – was China de wereld ver voor als het om kennis van ijzer ging. Men kan gerust zeggen dat de eerste industriële revolutie ter wereld in China en omstreken is begonnen.