Vai trò của sắt thép

Trong tất cả những vật liệu trên thế giới, không có gì đa dạng, cứng rắn và hữu ích bằng sắt thép. Hiện nay, có tất cả 3.500 loại thép, gồm thép các bon, thép mạ kẽm và thép không gỉ. Được dùng để chế tạo các công cụ, thiết bị, nhà cửa, cầu đường, xe cộ... Trước khi có sắt thép, mọi người sống rất vất vả, nhưng khi có nó, mọi thứ đều trở nên dễ dàng. Và có thể nói đây chính là xương cốt giúp xã hội hiện đại, văn minh, tiến bộ.

Kết cấu thép có vai trò thẩm mỹ cao​

Nhân loại bắt đầu dùng sắt từ thời đồ sắt cách đây hơn 5.000 năm. Tuy nhiên, những đồ sắt thuở ấy đều được đẽo từ sắt trên trời rơi xuống, chứ không phải khai mỏ và nấu chảy như bây giờ. Sở dĩ như vậy là vì trong vũ trụ vốn rất thừa sắt. Vào hàng tỷ năm trước, đã từng có rất nhiều vụ nổ và kết tụ thành những vì sao từ sắt và các bon. Trong đó có trái đất của chúng ta với lớp vỏ và phần lõi rất cứng chứa sắt. Đến nay, nhiều vụ nổ vẫn tiếp diễn, và thỉnh thoảng thiên thạch chứa sắt vẫn va chạm trái đất. Thành thử, sắt không chỉ phong phú ở Hành tinh Xanh, mà còn thấy khắp nơi, và là nguyên tố thứ sáu nhiều nhất trong vũ trụ. Sắt từ trên trời được người Ai Cập cổ đại gọi là biz-n-pt, và người Sumer là an-bar và đều có chứa hàm lượng niken nhiều hơn bình thường nên rất mềm dẻo, dễ uốn. Một trong các di vật về sắt từ trời là một con dao, vòng tay và gối đầu của pharaoh Ai Cập Tutankhamun được làm 3.324 năm trước, và phát hiện năm 1922.

Cấu sắt Pont de Quebec

 Do sắt từ trời ít ỏi, 4.500 năm trước, người xưa đã tìm kiếm sắt trong lòng đất. Nó cũng giống sắt thiên thạch song lẫn nhiều tạp chất và cứng hơn, nên để chế tạo những vật như ý phải rèn, nấu, đúc… Phải mất hàng trăm năm thế giới cổ đại mới có thể tách được sắt từ quặng và tạo ra thép, hợp kim của sắt với carbon, thiếc và thường chứa tới 98% sắt. Đáng kể 3.800 năm trước, người Chalybes- một dân tộc bên bờ Biển Đen đã nung sắt, nện rã nó cho mềm làm được sắt rèn. 2.500 năm trước, người Trung Quốc với cải tiến về lò cao 2 mét đun chảy được sắt và củi, đổ khuôn tạo nên nhiều vật dụng, pho tượng bằng gang. Một thế kỷ sau, người Ấn Độ dùng gang nấu cùng than củi và cho ra thép. Một thành công nữa, nâng chất lượng của thép là thép không gỉ- i nốc. Bằng sự kết hợp giữa thép và crôm, vào năm 1912, một nhà luyện kim Anh đã tạo được thứ kim loại có thể chống lại sự hoen gỉ và luôn sáng bóng. Trong thành phần của nó, chứa khoảng 18% crôm và 8% niken. Mặc dù gang, thép, i nốc đã xuất hiện khá lâu, song 75% các loại hiện đại đều chỉ mới ra đời trong 30 năm gần đây.

Mái nhà thép

Trở lại với sắt, ở ngoài tự nhiên, có rất nhiều mỏ sắt nổi tiếng, mà đồ sộ nhất là bốn mỏ quặng tại Brazil. Đứng đầu thế giới là mỏ Carajas ở bang Para, miền bắc nước này với số lượng 7,27 tỷ tấn, mỗi năm khai thác hơn 100 triệu tấn và có thể dùng tới năm 2065. Mỏ đứng thứ năm thế giới là mỏ Zanaga ở vùng Lekoumou, Cộng hòa Congo với 2,5 tỷ tấn, sản lượng 14 triệu tấn/ năm. Mỏ đứng thứ sáu là mỏ Simandou ở Nam Guinea chứa 1,84 tỷ tấn, hứa hẹn hàng chục triệu tấn hàng năm. Đặc biệt có một mỏ sắt là cả một quả núi và từ năm 1930 trở thành trái tim của ngành thép Liên Xô. Đó là Magnitnaya, còn gọi núi từ trường. Trong các năm 1970 - thời điểm cực thịnh, mỗi năm mỏ sản xuất 15 triệu tấn thép thô, 12 triệu tấn thép cuốn, và đến năm 2005 đã nấu chảy được 500 triệu tấn gang.

Việc thép ra đời đã thay đổi toàn bộ vật chất của thế giới. Từ thép, có thể tạo ra rất nhiều đồ dùng, máy móc, tàu thuyền, ô tô, tên lửa…. Thường thấy nhất là dao kiếm, áo giáp phục vụ săn bắn- chiến đấu. Trong đó sắc bén hơn cả là kiếm của võ sĩ Samurai Nhật Bản. Chúng chuyên được làm từ thép tamahagane là loại thép đặc biệt bằng cát sắt, chứa rất ít phốt pho, lưu huỳnh. Loại kiếm này đã trở thành vật gia bảo truyền đời. Phổ biến nữa là móng ngựa, bánh xe để đi lại, chuyên chở. Rất nhiều xe ngựa của châu Âu đi xa được là nhờ có bánh xe hợp kim rắn chắc. Một số nữa được dùng làm đại bác, thậm chí tiền tệ như tiền que sắt của người Spartan hoặc tay giả của một hiệp sĩ năm 1504 với khả năng cầm được vũ khí. Từ thế kỷ 19, thép được làm đường ray, cầu đường, nhà cửa… Đến thế kỷ 20 làm ô tô, xe máy, linh kiện điện tử, thiết bị nghiên cứu năng lượng, đại dương và vũ trụ. Có thể nói không một lĩnh vực nào không dùng tới sắt thép. Thế nhưng, người ta nhớ nhất vẫn là ba lĩnh vực: xây dựng, chế tạo máy móc và đóng gói thực phẩm.

Về xây dựng, năm 1851, lần đầu tiên con người đã dùng gang để xây nhà, làm một ngôi nhà rất lớn - cung điện Pha lê ở London- Anh. Tiếp tục năm 1884 dùng thép dựng nhà chọc trời Insurance House tại Chicago- Mỹ, và năm 1930 là cao ốc hiện đại Empire State  (New York- Mỹ), trong đó đỉnh của tòa nhà bằng thép không gỉ. Năm 1874, cũng có cây cầu thép sơ khai là East Bridge, một cầu đường sắt ở St. Louis và năm 1959 là Gateway Arch- công trình bằng i nốc cao nhất Tây Bán Cầu. Đến nay, trung bình mỗi ngôi nhà hiện đại đều dùng tới 65% cấu kiện bằng thép. Về chế tạo máy móc, năm 1918 cũng xuất hiện chiếc ô tô thép đầu tiên và năm 1936 chiếc máy vi tính đầu tiên, nói đến máy vi tính mọi người thường chỉ nghĩ tới nhựa, song nó có đến 25% là thép. Về đóng gói thực phẩm, năm 1813 hộp thép đã được dùng, và hiện giờ có tới hai phần ba vỏ hộp trên thế giới bằng thép, mỗi năm có thêm 200 tỷ cái, và mỗi giây có 600 cái tái chế.

Sắt thép phổ biến vì nó có những đặc tính rất ưu việt. Nổi bật nhất là sự cứng rắn, chắc khỏe. Trong đó thép còn khỏe hơn sắt 1.000 lần. Vì thế, nó luôn được dùng để gia cố mọi thứ, đặc biệt là ô tô để chịu va đập trên đường và nhà cửa để ở.  Ít nhất trong nhà cũng có một phần bằng sắt, thường là cửa và mái nhà. Cửa thép rất chắc, chống được trộm - hỏa hoạn; còn mái nhà thì tránh mưa gió- bão bùng. Vì cứng rắn  sắt thép cũng lâu bền. Mái nhà thép thường bền 50 năm, trong khi mái gỗ và ngói chỉ 17 năm.

Trông nặng nhọc, nhưng thực tế sắt thép nhẹ và thanh thoát hơn nhiều vật liệu khác. Phải cần 40 cây gỗ để làm một ngôi nhà khung gỗ, song chỉ cần tám chiếc ô tô cũ cho một căn nhà khung sắt, diện tích 180 mét vuông. Trong đó phần mái thép chỉ bằng một nửa trọng lượng ngói bê tông, xi măng. Thực nghiệm chỉ ra, cầu thép cũng nhẹ hơn cầu bê tông tám lần. Không chỉ vậy, nhiều loại thép hiện nay còn nhẹ dần. Vào năm 1937, người ta đã phải dùng tới 83 nghìn tấn thép nhằm xây dựng Cầu Cổng vàng California- Mỹ, song nếu hôm nay chỉ cần phân nửa

Với mật độ nguyên tử dày đặc, thép cũng bao bọc và chứa đựng đồ vật rất tốt, nhất là khi làm vỏ hộp thực phẩm thì vẫn giữ nguyên hương vị, màu sắc, dinh dưỡng của thức ăn, đồ uống. Cũng nhờ mật độ này, thép truyền điện và nhiệt cực nhạy, và là chất liệu chính chuyền tải năng lượng mặt trời, gió và sóng biển. Thép cũng là thứ dễ thu hồi, tìm kiếm nhất bằng mắt thường lẫn máy móc so với chất liệu khác. Chỉ cần một cục nam châm sẽ hút được sắt, và một thiết bị cảm biến sẽ phát hiện ra sắt.

Tòa nhà hòa nhạc Walt Disney

Mỗi mảnh sắt thép vừa tháo hay nhấc khỏi chỗ này đã có thể dùng ngay chỗ khác. Hoặc tái chế, nung chảy để phục vụ đa mục đích mà không hư hao. Không dừng ở đó, nó còn được nấu đi, nấu lại nhiều nhất, với 88% và mỗi năm có hơn 630 triệu tấn thép được tái chế làm vật liệu xây dựng, đồ dùng, xe cộ. Và một trong những lần ấn tượng nhất gần đây, ai cũng biết là: Người ta đã thu hồi 24 tấn thép từ Trung tâm thương mại thế giới New York- Mỹ đã bị đổ nát trong trận không tặc ngày 11 tháng 9 năm 2001, để đóng con thuyền USS New York tưởng niệm các nạn nhân. Do tái chế liên tục, thép rất có lợi cho môi trường. Mỗi tấn sắt tái chế sẽ tiết kiệm được 1.125 kilôgam quặng, 630 kilôgam than và 54 kilôgam vôi.

Hiện nay, sắt thép là ngành công nghiệp đứng thứ hai thế giới sau dầu khí. Doanh thu hàng năm là 900 tỷ đô la Mỹ. Các nước đứng đầu ngành thép là Trung Quốc, Nhật Bản, Hoa Kỳ, Ấn Độ, Brazil, Hàn Quốc, Thổ Nhĩ Kỳ… Trong 2016, sản lượng thép thô của thế giới là hơn 1.796 triệu tấn. Trung bình, mỗi người dùng tới 270 kilôgam thép. Đến năm 2050, nhu cầu dùng thép sẽ tăng hơn 1,5 lần do dân số toàn cầu tăng cao.

Trần Hồng Quang