Il ferro, l’acciaio e il carbonio: una storia di materia, tecnica e civiltà

La classifica dei materiali che ogni anno scaviamo o estraiamo dal sottosuolo con pompe o esplosivi: 

1. sabbia e ghiaia, 43 miliardi di tonnellate; 
2. petrolio e gas, 8,1 miliardi di tonnellate; 
3. carbone, 7,7 miliardi di tonnellate; 
4. minerali ferrosi, 3,1 miliardi di tonnellate. 

La fame di ferro non sembra volersi placare. La maggior parte del ferro estratto viene trasformato in acciaio, che, nonostante il diverso nome, è semplicemente una delle sue molteplici varianti. 

A fare la differenza è il contenuto di carbonio. Da una parte abbiamo la ghisa, un metallo fragile con un tenore di carbonio intorno al 3-4%; dall'altra il ferro battuto, o «dolce», molto puro - contiene quantità infinitesimali di carbonio - e abbastanza malleabile da poter essere lavorato con un martello. A metà si colloca l'acciaio, che di solito ha meno del 2% di carbonio.

Grazie ai prodigi della scienza dei materiali, oggi abbiamo un'idea più precisa del perché uno scarto apparentemente insignificante nella percentuale di carbonio incida così tanto sul risultato finale. Nell'acciaio gli atomi di carbonio si annidano ordinatamente tra gli atomi di ferro creando un reticolo saldo e robusto. Troppo carbonio e si ha una struttura del reticolo inadeguata, cosa che porta il metallo a spezzarsi più facilmente (come nel caso della ghisa); troppo poco e gli atomi di ferro si sovrappongono l'uno all'altro senza sufficiente resistenza (ferro battuto). Anche se non si direbbe, il ferro deve essere quasi puro, ma non purissimo.

La storia della lavorazione del ferro appare come una sequela di prove empiriche, di artigiani che si trasmettono le proprie conoscenze di generazione in generazione. Un fabbro esperto capace di trasformare a colpi di martello un blocco di ghisa informe in una solida spada di ferro godeva di grande stima in tutto il regno (oggi sappiamo che battendo il ferro si rimuoveva parte del carbonio). Spesso era l'abilità di queste persone a determinare l'esito di una guerra. Nell'antichità gli ittiti della Siria erano rinomati per gli oggetti di metallo, così come i fabbricanti delle spade dei samurai di Kyoto o gli armaioli di Damasco, le cui spade d'acciaio avevano una grana sottilissima che nessuno è mai riuscito a replicare.

Abbiamo scoperto come produrre l'acciaio a livello industriale solo a metà del XIX secolo, quando Sir Henry Bessemer progettò il convertitore che porta il suo nome: un recipiente in cui veniva versato ferro fuso e pompata aria, creando vampate di fuoco che consumavano la quantità opportuna di carbonio.

La storia del ferro comincia molto prima dell'invenzione degli altiforni. Nella tomba di Tutankhamon, insieme al bellissimo scarabeo di vetro giallo, fu rinvenuto un pugnale con un manico d'oro finemente lavorato e decorato con gemme preziose. Ancora più preziosa del manico era la lama, fatta con un metallo che, sorprendentemente, nonostante avesse più di tremila anni non era arrugginito. Si è scoperto in seguito che questo materiale veniva da un meteorite: una lega naturale di ferro, nichel e cobalto forgiata nello spazio e caduta dal cielo. Verosimilmente era stato trovato tra le dune del Sahara, come il vetro del deserto che ornava la collana del faraone.

Sembra che gli ittiti, stanziati in un'area oggi compresa tra la Turchia e la Siria, abbiano iniziato a fondere il ferro e a realizzare armi d'acciaio intorno al 1400 a.C. Le loro conoscenze si diffusero poi in gran parte dell'Asia e in Europa, inaugurando quella che gli antropologi chiamano Età del ferro.