劉慧慧 鐵和鋼在人們的生活中無處不在，是制造生產(chǎn)工具,、生活工具以及戰(zhàn)爭(zhēng)工具的重要材料,，鋼產(chǎn)量甚至一度成為綜合國(guó)力的標(biāo)志。 人類對(duì)鐵的認(rèn)識(shí)始于隕石 鐵礦石是地殼主要組成成分之一,，鐵在自然界中分布極為廣泛,，但人類發(fā)現(xiàn)和利用鐵卻比黃金和銅要遲。主要是由于天然單質(zhì)狀態(tài)的鐵在地球上非常稀少,，而且它容易氧化生銹,，加上熔點(diǎn)又比銅高得多，就使得鐵比銅難于熔煉。 人類最早發(fā)現(xiàn)的鐵是從天空落下來的隕石,，隕石中含鐵的百分比很高,，是鐵和鎳、鈷等金屬的混合物,，在融化鐵礦石的方法尚未問世的時(shí)候,，人類不可能大量獲得生鐵，鐵被視為一種帶有神秘色彩的珍貴金屬,。 人類對(duì)隕鐵的認(rèn)識(shí)經(jīng)歷了漫長(zhǎng)曲折的歷程,。古代兩河流域的蘇美爾人把鐵稱為“天上的銅”，公元前2000年赫梯人的楔形文字有一段文獻(xiàn)記載了當(dāng)時(shí)的金屬產(chǎn)地,，特別強(qiáng)調(diào)說鐵是采自天上的,。同一時(shí)期的埃及紙草書也記錄了天上落下石塊和鐵塊，埃及人建造金字塔時(shí)就應(yīng)用了隕鐵,，還將其稱為“天鐵”,。古希臘大詩人荷馬在《伊利亞特》中記載，在一次競(jìng)技會(huì)上曾把一塊粗糙的鐵作為獎(jiǎng)品贈(zèng)給優(yōu)勝者,。那時(shí)希臘還處于青銅時(shí)代,，這塊粗糙的鐵很可能就是隕鐵。古代阿拉伯人曾說過：“鐵是出產(chǎn)在天上的,?！弊≡诒睒O的愛斯基摩人直到19世紀(jì)還用隕鐵鍛打魚叉,。 我國(guó)史書記載了700多次隕石降落,，其中公元前368年(秦獻(xiàn)公十七年)、公元1064年(北宋治平元年),、公元1321年(元至治元年),、公元1350年(元至正十年)記錄了鐵隕石?？梢姽爬衔拿骱茉缇驼J(rèn)識(shí)到了隕石來自天外,，并已經(jīng)會(huì)使用隕鐵了。 鐵曾與黃金同價(jià) 在西亞的一些游牧部落里流傳著一個(gè)神話般的傳說,，鐵既然是從天上降下來的,，那么天空一定是個(gè)大鐵盤。盡管先人傳說鐵只有天上才有,，但還是有一些不遵從祖訓(xùn)的年輕人試圖在人間發(fā)現(xiàn)鐵,。西亞的赫梯人最早會(huì)冶煉和使用鐵器。公元前1290年,，埃及國(guó)王致信赫梯國(guó)王要求提供一些鐵,，赫梯國(guó)王回信答應(yīng)給他提供一把劍，但要求用黃金來交換，可見當(dāng)時(shí)鐵是一種非常貴重的金屬,。赫梯國(guó)王還在信中炫耀說：“在我們的國(guó)土上,，鐵和塵土一樣平凡?！?/p> 早期的冶鐵技術(shù)大多是采用固體還原法,，冶煉時(shí)將鐵礦石和木炭一層一層地堆放在煉鐵爐中，點(diǎn)火燃燒,，產(chǎn)生一氧化碳,，從而使鐵礦石中的氧化鐵還原為單質(zhì)鐵。早期的鐵由于冶煉溫度很低而性能很差,，是含大量碳氧雜質(zhì)的合金,，古人稱之為“惡金” 。 赫梯國(guó)王把鐵視為專利,，不許外傳,，以至在一段時(shí)間里，鐵的產(chǎn)量極少,，貴如黃金,，其價(jià)格竟是黃銅的60倍。鐵器只被當(dāng)作珍貴禮品在一些國(guó)家的宮廷里傳送,。而赫梯人打擊敵人最有效的武器是戰(zhàn)車,，在戰(zhàn)場(chǎng)上，他們驅(qū)趕披著鐵甲的馬拉戰(zhàn)車沖鋒陷陣,，所向披靡,，使來敵聞風(fēng)喪膽。 春秋戰(zhàn)國(guó)出現(xiàn)鑄鐵農(nóng)具 冶鐵技術(shù)的發(fā)明,，標(biāo)志著奴隸時(shí)代的結(jié)束和封建社會(huì)的開始,。商代用隕鐵制作了鐵刃銅鉞，說明那時(shí)對(duì)鐵的性質(zhì)和鍛打嵌鑄的技術(shù)已經(jīng)有了一定的認(rèn)識(shí)和掌握,，但當(dāng)時(shí)尚不知人工煉鐵,。 最早大量生產(chǎn)鐵并將其應(yīng)用的是赫梯帝國(guó)，到了公元前1200年,，鐵已在中東各地廣泛運(yùn)用,，但在當(dāng)時(shí)并未取代青銅在應(yīng)用上的主要地位。 我國(guó)在春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)發(fā)明了鑄鐵技術(shù),，河北興隆縣壽王墳出土了大量戰(zhàn)國(guó)時(shí)的鐵范,，其中有較復(fù)雜的復(fù)合范和雙型腔，還采用了難度較大的金屬型芯,，反映了當(dāng)時(shí)的鑄造工藝已有較高水平,。戰(zhàn)國(guó)時(shí)發(fā)明的用柔化退火制造可鍛鑄件的技術(shù)和多管鼓風(fēng)技術(shù)是冶金技術(shù)的重要成就,，比歐洲早兩千年左右。 生鐵的生產(chǎn)效率高,，鑄造性能又較好,，這為廣泛使用鐵器提供了方便。但在冶煉生鐵的初期,，由于溫度還不夠高,，硅含量也較低，致使生鐵中的碳在冷卻凝固時(shí)不能成為石墨狀態(tài),，煉出的生鐵性脆而硬,，鑄造性能雖好但強(qiáng)度不夠，這種生鐵人們稱它為“白口鐵”,，它只能鑄造某些農(nóng)具,。從河北興隆燕國(guó)礦冶遺址出土的大批鋤、范等,，就是由白口鐵鑄成的,。 為了克服白口鐵的脆性，人們創(chuàng)造了白口鑄鐵柔化處理技術(shù),，就是將白口鑄鐵長(zhǎng)時(shí)間加熱,，使碳化鐵分解為鐵和石墨，消除了大塊的滲碳體,，這對(duì)減少脆性,、提高韌性可以起良好的作用。處理后的白口鐵就變成了展性鑄鐵,。湖南長(zhǎng)沙出土的戰(zhàn)國(guó)鐵鏟,、河南輝縣出土的戰(zhàn)國(guó)中期鐵帶鉤、河北易縣燕下都出土的戰(zhàn)國(guó)晚期鐵镢,、鐵鋤等,，都屬于這種展性鑄鐵,。 戰(zhàn)國(guó)中期以后,，鐵器已取代銅器成為主要的生產(chǎn)工具?！豆茏印ずＭ跗氛f“一女必有一針,、一刀”“耕者必有一耒、一耜,、一銚”,。正是鐵器的普遍應(yīng)用，極大地推動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)發(fā)展,，使奴隸制向封建制轉(zhuǎn)變,，造就了戰(zhàn)國(guó)時(shí)期經(jīng)濟(jì)繁榮,、百家爭(zhēng)鳴的昌盛局面。 西漢大規(guī)?！鞍贌掍摗?/p> “鐵不煉不成鋼”——從鐵到鋼,，無疑是質(zhì)的升華。現(xiàn)在已知最早制造鋼的地方是東非,，約在公元前1400年,。在公元前4世紀(jì)，伊比利亞半島就出產(chǎn)了像利刃彎刀這種鋼兵器,，而古羅馬軍隊(duì)則在用諾里庫姆出產(chǎn)的鋼兵器,。 中國(guó)人在春秋晚期戰(zhàn)國(guó)時(shí)代就懂得用淬火來硬化鐵器?？脊殴ぷ髡咴诤祥L(zhǎng)沙楊家山春秋晚期的墓葬中發(fā)掘出一把銅格“鐵劍”,，通過金相檢驗(yàn)證明是鋼制的。這是迄今為止中國(guó)最早的鋼制實(shí)物,，它說明煉鋼在中國(guó)已有2500多年的歷史,。 《史記·禮書》和《茍子·議兵篇》中談到，楚國(guó)的宛（今河南省南陽）出產(chǎn)的兵器刃鋒像“蜂刺”一樣厲害,。當(dāng)時(shí)西方古羅馬士兵使用的刀劍是熟鐵制作的,，在戰(zhàn)場(chǎng)上交鋒時(shí)一刺便彎，再刺之前非要放在地上用腳踩直不可,。公元1世紀(jì)時(shí)歐洲人普利尼曾經(jīng)說：“雖然鐵的種類多而又多,，但是沒有一種能和中國(guó)的鋼媲美?！?/p> 西漢時(shí)興起了大規(guī)模的“百煉鋼”,，增加了反復(fù)加熱鍛打的次數(shù)，這樣既可加工成型,，又使夾雜物減少,、細(xì)化和均勻化。河北滿城一號(hào)西漢墓出土的劉勝佩劍,、鋼劍和錯(cuò)金寶刀,，就是“百煉鋼”的產(chǎn)物?！鞍贌挸射摗薄扒уN百煉”成語由此而來,。 西漢中期出現(xiàn)了炒鋼，鋼的組織更加均勻,。山東蒼山縣東漢墓出土的煉環(huán)首鋼刀,，就是用炒鋼鍛打而成。炒鋼的發(fā)明打破了先前生鐵不能轉(zhuǎn)為熟鐵的界限,，是中國(guó)古代鋼鐵技術(shù)史上又一重大事件,。 兩晉南北朝時(shí)期出現(xiàn)了以灌鋼為主的煉鋼技術(shù),。宋代的沈括在其《夢(mèng)溪筆談》中載有：“用柔鐵屈盤之，乃以生鐵陷其間,，泥封煉之,，鍛令相入，謂之團(tuán)鋼,，亦謂之灌鋼,。”即在煉鋼爐中把熟鐵條屈曲地盤繞著,，把生鐵塊嵌在盤繞著的熟鐵條之間,，用泥把爐密封起來燒煉，待煉成后再加鍛打,。 明代延續(xù)了這種灌鋼的冶煉方法,，但操作略有不同。明末宋應(yīng)星著的《天工開物》載：“凡鋼鐵煉法,，用熟鐵打成薄片如指頭闊,，長(zhǎng)寸半許，以鐵片束包尖（夾）緊,，生鐵安置其上,，又用破草覆蓋其上，泥涂其底下,?！?/p> 中國(guó)的鋼鐵技術(shù)在宋代已達(dá)到了年產(chǎn)上萬噸的水平。日本從中國(guó)的吳越之地學(xué)會(huì)了手工鋼的鍛鐵技術(shù),，從此開始了出口手工鋼（就是日本刀）的歷史,。 轉(zhuǎn)爐煉鋼令世界進(jìn)入鋼鐵時(shí)代 歐洲人學(xué)會(huì)冶煉鋼鐵比較晚，直到1850年全歐洲仍然煉不出優(yōu)質(zhì)鋼,，全歐洲出產(chǎn)的鋼鐵加起來不如印度出產(chǎn)的一部分,。但現(xiàn)代煉鋼法卻源于1856年英國(guó)人貝塞麥發(fā)明的酸性底吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法。 貝塞麥?zhǔn)莻€(gè)有趣的人,，20歲發(fā)明郵票印刷的新方法,，后來投入煉鋼法研究，成為一名冶金學(xué)家,。他發(fā)現(xiàn),，將融化的生鐵放進(jìn)轉(zhuǎn)爐內(nèi)吹入高壓空氣,，便可燃燒掉生鐵所含的硅,、錳、磷,、碳而煉成鋼,。他首創(chuàng)了這種大量產(chǎn)鋼的方法,，此后歐洲、美洲都引進(jìn)了這一先進(jìn)方法,，世界從此進(jìn)入鋼鐵時(shí)代,。 由于空氣與鐵水直接作用，貝塞麥煉鋼方法因而具有很快的冶煉速度,，成為當(dāng)時(shí)主要的煉鋼方法,。1879年英國(guó)人托馬斯發(fā)明了堿性空氣底吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法，成功解決了冶煉高磷生鐵的問題,。 第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后的20世紀(jì)50年代,，世界鋼鐵工業(yè)進(jìn)入了快速發(fā)展時(shí)期，在這一時(shí)期開發(fā)成功的氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)和鋼水澆鑄工藝,，對(duì)隨后鋼鐵工業(yè)的發(fā)展起到了非常重要的作用,。 1952年，氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法發(fā)明成功,，由于具有反應(yīng)速率快,、熱效率高以及產(chǎn)出的鋼質(zhì)量好、品種多等優(yōu)點(diǎn),，該方法迅速被日本和西歐采用,。在20世紀(jì)70年代，氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法已經(jīng)取代平爐法成為主要的煉鋼方法,。 20世紀(jì)80年代中后期,，西歐、日,、美等相繼開發(fā)成功了頂?shù)讖?fù)吹氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼方法,。氧氣由頂部氧槍供入，同時(shí)由爐底噴口吹入氬,、氮等氣體對(duì)熔池進(jìn)行攪拌,。目前世界上較大容量的轉(zhuǎn)爐，大多數(shù)采用了頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝,。 歷史故事 刀劍“削鐵如泥”全憑淬火 三國(guó)時(shí)蜀漢著名的兵器制造家蒲元在斜谷口（今陜西周至縣西南）“镕金造器,，特異常法”，為諸葛亮鑄刀三千口,。刀鑄成以后,，為了檢驗(yàn)質(zhì)量，蒲元讓士兵用竹筒灌滿鐵珠,，舉刀猛砍,，如截芻草，竹筒斷而鐵珠裂,，人們交口稱贊蒲元鑄造的鋼刀是能夠“斬金斷玉,，削鐵如泥”的“神刀”,。無論是夸張還是事實(shí)，中國(guó)傳統(tǒng)的刀劍工藝在當(dāng)時(shí)確實(shí)是屬于世界頂尖水平的,。 要想鍛制出這樣的“神刀”,，最后一道工序淬火至關(guān)重要。淬火,，就是先把打好的鋼刀放在爐火上燒紅,，然后立刻放入冷水中適當(dāng)蘸浸，讓它驟然冷卻,。這樣反復(fù)幾次,，鋼刀就會(huì)變得堅(jiān)韌而富有彈性了。淬火工序看起來容易,，但操作起來極難掌握得恰到好處,，燒熱的火候、冷卻的程度,、水質(zhì)的優(yōu)劣,，都有很大關(guān)系。淬火淬得不夠,，則刀鋒不硬,，容易卷刃；淬火淬過頭,，刀鋒會(huì)變脆,。 據(jù)《諸葛亮別傳》講，蒲元對(duì)淬火用的水質(zhì)很有研究,。他認(rèn)為“蜀江爽烈”,，適宜于淬刀，而“漢水鈍弱”,，不能用來淬刀,，涪水也不可用。他在斜谷口為諸葛亮造刀,，專門派士兵到成都去取江水,。由于山路崎嶇，坎坷難行,，所取的江水打翻了一大半,，士兵們就摻入了一些河水。水運(yùn)到后當(dāng)即被蒲元識(shí)破,，“于是咸其驚服,，稱為神妙。”在1700年前,，蒲元就發(fā)現(xiàn)了水質(zhì)的優(yōu)劣會(huì)影響淬火的效果,，這實(shí)在是了不起的成就,，而歐洲到近代才開始研究這個(gè)問題,。 |
|
|
