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東莞市億隆模具鋼材有限公司
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你了解鋼嗎,什么冶金,鋼鐵,熱處理,鑄造-2

  • 作者:億隆模具鋼
  • 發布時間:15-11-14 14:16
  • 點擊數:122
  • 文章來源:億隆模具鋼材有限公司
------東莞市億隆材有限公司
        鋼是謎樣物質
        我告訴布萊恩,現代剃刀也是合金制成的,而且是一種非常特別的合金,我們的祖先花了幾千年還是不了解它——它就是鋼。鋼是加了的鐵, 比青銅還硬,而且成分一點也不稀有。幾乎每塊巖石都含鐵,而炭更是生火的燃料。我們的祖先不知道鋼是合金,更不知道以木炭形式出現的, 不只是加熱和鍛造鐵的燃料,還能嵌入鐵晶體里。炭在加熱黃銅時不會產生這種現象,加熱錫和青銅時也不會,只有對鐵會如此。我們的祖先一定覺得這種現象非常神秘,我們也是在學會了量子力學后,才明白背后的道理。
  
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        鋼里的碳原子并未取代晶格內的鐵原子,而是擠在鐵原子之間,把晶體拉長。
        還有一個麻煩:要是鐵里摻了太多碳,例如比例達到百分之四而非百分之一,形成的鋼就會極為易碎,根本無法用來制作工具和武器。這會是很大的麻煩,因為火里的含碳量通常不低,鐵加熱太久甚至液化后,晶體內就會摻入大量的碳,形成易碎的合金。高碳鋼制成的刀劍在戰斗中很容易折斷。
        一直到20 世紀,人類在徹底掌握合金形成的原理后,才明白為什么有些煉鋼法行得通,有些不行。過去的人只能靠著嘗試錯誤,找出成功的煉鋼法,然后代代相傳,而且這些方法往往是行內機密。但這些不外傳的方法實在太過復雜,因此就算遭到竊取,成功復制的概率也非常低。某些地區的冶金技術非常聞名,可以制造出高質量的鋼,當地文明也因而發達。
         
         鋼鐵是珍貴的軍事力量
         1961 年,牛津大學的里士滿(Ian Richmond)教授發現了一處古羅馬坑洞, 這坑洞大約是公元89 年時挖掘的,里頭埋了763,840 根兩英寸長的小釘子(1 英寸約合2.54 厘米)、85,128 根中釘子、25,088 根大釘子和1344 根16 英寸長的超大釘子。所有的釘子都由鐵和鋼制成的,而不是純金,大多數人應該都對此滿失望的,但里士滿教授并不會,他一心追問:古羅馬軍團為什么要掩埋7 噸的鋼和鐵?
        古羅馬軍團當時在蘇格蘭一處名叫英赫圖梯(Inchtuthil)的地方, 駐扎在阿古利可拉將軍建筑的前進碉堡里。英赫圖梯位于古羅馬帝國的邊界,軍團的任務是捍衛邊疆,不讓他們視為蠻夷的凱爾特人進犯。
        這支軍團在當地駐扎了6 年才撤離,同時遺棄了碉堡。撤退前他們想方設法不留下任何有利于敵人的東西,因此銷毀了所有糧食和飲水容器, 還放火把碉堡夷為平地。但他們還不滿意,因為碉堡灰燼中有鐵釘殘留, 鐵釘太過珍貴,不能讓凱爾特人挖走。古羅馬就是靠著鐵和鋼打造了灌溉渠道、船只與刀劍,從而建立了帝國。把鐵釘留給敵人,等于奉送對方武器,因此他們在南撤之前挖了一個大坑,把鐵釘都埋起來。除了武器和盔甲,他們可能還帶走了一些小鐵器,包括代表古羅馬文明巔峰的“諾瓦齊力” (novacili),也就是剃刀。靠著諾瓦齊力和手握剃刀的理發師,這群古羅馬軍人得以儀容整齊、不帶胡髭地班師回朝,不跟趕走他們的蠻族混為一談。
         煉鋼有如謎團難以把握,許多傳奇因之而起,而不列顛在古羅馬軍團撤退后的統一及復興,更與其中一則永恒傳奇脫不了關系,那就是亞瑟王的王者之劍。據傳那把劍具有魔力,誰擁有它就能統治不列顛。由于當時的刀劍經常折斷,讓武士在戰場上因手無寸鐵而無法自衛,不難理解一把高品質的鋼劍為何能成為文明戰勝野蠻的象征。因此,煉鋼過程當然高度儀式化,而這也解釋了古人為何覺得鋼鐵具有魔力。
        情況在日本最為明顯。鑄造武士刀不僅需要數星期的時間,而且是一種虔誠的儀式。天叢云劍是日本名劍,武尊倭建命靠著它呼風喚雨,擊敗敵人。雖然故事中摻雜了許多幻想故事與儀式,但某些刀劍能比其他武器更硬、更利十倍,卻不是神話而是事實。15 世紀時,日本武士制作的鋼刃已經獨步全球,而且稱霸世界五百多年,直到20 世紀冶金科學大幅躍進才被超越。
 
         武士刀完成不可能的任務
         武士刀使用的特殊鋼材稱為玉鋼,是由太平洋火山鐵砂制成的。這些鐵砂的主要成分為磁鐵礦,是制作指南針的材料。煉造玉鋼的土爐稱為“吹爐”,寬、高各1.2 米,長3.6 米。首先在吹爐里“點火”,讓黏土變硬, 成為陶瓷,接著再仔細鋪上數層鐵砂和黑炭,讓它們在吹爐里燜燒。整個過程大約費時一周,需要四到五人輪流照看,并用風箱把空氣灌入爐內, 確保爐火溫度夠高。最后工匠會把瓷爐敲碎,從灰燼和殘余的鐵砂及炭屑中取出玉鋼。這些鋼料的顏色晦暗,非常粗糙,但特點是含碳量的范圍很廣, 有些很低,有些很高。
        日本武士工匠的創新之處在于有能力分辨高碳鋼和低碳鋼,前者硬而易碎,后者軟而強韌。工匠完全憑借外觀、觸感和撞擊時的聲音來判斷兩者。一旦分類完成,他們就用低碳鋼制作刀身,讓刀非常強韌,甚至有彈性, 在打斗中不會輕易折斷。至于刀鋒則使用高碳鋼來制造,它雖然易碎但非常堅硬,因此可以磨得極為銳利。工匠用銳利的高碳鋼包覆強韌的低碳鋼, 以此完成了許多人眼中的不可能任務,制作出的武士刀,經得起與其他刀劍對砍、耐得住和盔甲碰撞,且常保鋒利,能輕松斬人首級。這種武士刀是兩全其美的最佳武器。
        人類直到工業革命,才有能力制造出比武士刀更強且更硬的鋼料。這一回輪到歐洲國家開始進行更大、更夸張的工程,例如建造鐵路、橋梁和船艦,而他們使用的材料是鑄鐵,因為鑄鐵可以大量制造,并可以使用模具鑄形。只可惜鑄鐵在某些狀況下非常容易破裂。由于工程愈來愈宏大, 使得破裂意外愈來愈常發生。
       最嚴重的一次意外發生在蘇格蘭。1879 年12 月28 日晚上,全球最長的鐵道橋——泰河橋突然被冬季強風吹垮,致使載有75 名乘客的客運火車墜入泰河,所有人均不幸罹難。這場災難證實了許多人先前的疑慮:鑄鐵不適合興建橋梁。現在不僅需要做出和武士刀一樣強韌的鋼材,而且必須能大量制造。
  
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        貝塞麥法掀起工業革命
        英國科學促進會在某日開會時,一位名叫貝塞麥(Henry Bessemer) 的工程師起身發言,說他做到了前述的要求。這位來自謝菲爾德郡的工程師宣稱,他可以制造鋼水,而且方法不像日本武士的那么復雜。一場革命就此蓄勢待發。
        貝塞麥法非常簡單,簡直天才到了極點。他把空氣灌入熔鐵,讓空氣中的氧和鐵里的碳發生化學反應形成二氧化碳,以此把碳帶走。這種方法需要有化學知識才想得到,這使得煉鋼頭一次成為科學事業。此外,氧和碳的化學反應非常劇烈,會釋出大量熱能,讓爐內溫度升高,使鋼保持滾燙并呈現液態。這套方法直截了當又可以工業量產,正是我們想要的答案。
        貝塞麥法只有一個問題,就是它不管用,至少試過的人都這么說。氣憤的鋼鐵制造商很快開始嚷著退錢,他們向貝塞麥買下使用權,投下大筆資金購買設備,結果血本無歸。
        貝塞麥毫無辦法。他其實也搞不清楚他的方法為何有時管用,有時無效。不過他還是繼續嘗試,并且在英國冶金家馬希特(Robert Forester Mushet)的協助下努力改良他的方法。貝塞麥的原始步驟是移除碳到殘留量正確為止,也就是剩下大約百分之一的碳。但這個做法很危險,因為每家煉鋼廠購買的鐵礦來源不同。因此,馬希特建議先移除全部的碳,然后再把百分之一的碳摻回。這方法管用了,而且可以再現。
        貝塞麥試著推銷他的新方法,然而鋼鐵制造商這回完全不理他,以為這又是騙局一場。他們堅稱不可能用鐵水煉鋼,宣稱貝塞麥是大騙子。貝塞麥最后別無選擇,只好自己開設煉鋼廠。幾年后,貝塞麥鋼鐵公司制造出的鋼鐵比競爭對手便宜許多,產量更是驚人,逼得對手只好向他購買使用權。從此貝塞麥富甲一方,機器時代也自此正式到來。
        布萊恩會是貝塞麥第二嗎?他會不會碰巧發現了一個可以運用磁場或電場重組刀鋒晶體結構的方法,雖然他不知其所以然,但卻非常管用呢? 畢竟我們聽過太多嘲笑先知,結果卻自取其辱的故事。許多人都笑說,比空氣重的機器怎么可能在天上飛,但我們現在都搭飛機到處跑。電視、手機和計算機的構想也都曾遭人奚落。

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