《钢铁故事》之神奇的材料—钢

世界钢铁协会推出的《钢铁故事》文献通过追溯钢铁业发展进程中难忘的历史瞬间，如从陨铁冶炼铁，到奠定工业革命基石的贝塞麦炼钢法，再到今天正在开发的强度更高，重量更轻、更具多功能性的钢材，带领读者回顾了钢铁对人类历史的巨大贡献并展现了钢铁在塑造人类社会未来所扮演的重要角色。我们将在公众号开辟专栏，分四期为大家一一讲述《钢铁故事》。本期我们首先介绍18世纪前的钢铁工业。

铁器时代的工匠们是在劳动过程中偶然发现了钢

惊喜的发现

19世纪钢铁的工业化生产推动了现代世界的发展。但炼钢的起源要追溯到数千年前，从我们的祖先开始采矿和炼铁时，就开始了炼钢。

4000多年前，古埃及人和美索不达米亚人发现陨铁并利用这个“神的礼物”来作为装饰，2000 多年之后，人们才开始用开采的铁矿石来生产铁。炼铁的历史最早起源于公元前1800年的印度。公元前约1500年，安纳托利亚的赫梯人开始冶炼铁。公元前约1200年，赫梯王国灭亡，各部落带着他们的炼铁知识分散到欧洲和亚洲。从此“铁器时代”开始了。

然而，铁并非钢。几乎可以肯定的是，铁器时代的冶金工人已经发现在其炼铁过程中会偶然产生一个副产品——钢。这些早期的铁匠将木炭燃烧来加热铁矿石，这种工艺可以生产相对纯净的海绵状的铁，称为 “铁坯”，然后可以锤（锻）成形。

这些早期的铁匠注意到，铁留在木炭炉中时间较长后会发生变化，其硬度和强度更高，这些性能无疑更有价值。他们也注意到，经过反复加热，铁的品质改善，可以对材料进行弯曲和捶打制成金属工件。

古老的工艺

“钢”一词最早的出处之一是公元前7世纪希腊历史学家希罗多德（Herodotus）描绘由希俄斯岛的格劳科斯（Glaucus）镶嵌的一只碗的文字中。“一只巨大的纯银碗，镶嵌在钢质托盘上。格劳科斯，一个希俄斯岛人创造了这只碗，这个人发明了镶嵌钢的艺术。”

新技术

当发现了钢及其优越性能后，铁器时代的工匠们制成了工具和武器，如刀具。很快出现了新的工艺，如淬火，即把加工后的钢件浸入水或者油中快速冷却，从而提高其硬度。在塞浦路斯的一次考古中，发现早在公元前1100年工匠就懂得制作淬火硬化的刀具。

但是，在古代炼钢仍然是一项繁琐和困难的工艺，因此稀少的钢铁制品被看作是极其珍贵的。

一个全球性的行业兴起

铁器时代的工匠们并不知道钢铁冶炼的化学过程。冶炼过程十分神秘，最终结果也依赖于铁匠的个人技术。技术比较高超的是南印度的铁匠们。早在公元前3世纪，他们用木炭加热坩埚熔炼熟铁，冶炼出“乌兹钢”，至今这种材料仍以其质量而闻名。

中国的铁匠也冶炼出高品质的钢。中国的炼钢历史可以追溯到公元前2世纪，其炼钢工艺接近于“贝塞麦酸性转炉炼钢法”，这是欧洲在公元19世纪发展起来的一种工艺。在大约公元600-900年，唐朝已经广泛应用钢制农用工具。

此外，随着技术的互通，印度和中国商人开辟了世界钢铁市场。很多历史学家认为，著名的罗马自然科学家和作家，蒲林尼（Pliny）描述的“赛里斯”有世界上最好的钢，指的就是中国。而质量卓越的大马士革剑，是用印度的乌兹钢制的。

传说中的宝剑

战争是早期钢铁发展的推动力。皇家军队，包括中国、希腊、波斯和罗马的军队，需要耐用强大的兵器和盔甲。这其间，罗马人学会了如何对加工硬化的钢铁进行回火处理以降低其脆性，即通过再加热并缓慢冷却的工艺。

到15世纪，钢铁已经在全世界广泛应用。剑的制作尤其凸显了钢的优良特性，刀刃需要有韧性、坚硬且锋利。从大马士革和托莱多宝剑到日本武士挥舞的武士剑，钢都是那个时期制作最好兵器的不二之选。

钢的使用并不局限于军事。很多工具，如斧头、锯子和凿子，逐渐采用钢质尖韧，使其更加高效和耐用。尽管钢的需求不断增加，但炼钢仍然是一个缓慢、耗时并且昂贵的工艺过程。

大马士革钢之谜

据那个时代记载，大马士革剑因其锋利和剑表面的波纹图案而闻名。这种剑是用乌兹钢制成，钢材可能来源于中亚或者南印度，但至今已无人能够复制出这种卓越的钢的特性。

坩埚钢的兴起

几世纪以来，大马士革钢和乌兹钢的特性及如何制得这类钢，引起亚洲和欧洲的冶金工人和学术研究者的好奇。早期穆斯林科学家写了关于大马士革钢及剑的研究著作。从17世纪中期开始，越来越多的欧洲旅行家，如法国的尚·巴堤·塔威尼尔（Jean Baptiste Tavernier）启程东游，参观了印度炼钢的现场，并在其著作和游记中描绘了亲眼所见的情景。

人们对钢的兴趣推动了欧洲大陆钢铁工业的持续发展。早在12世纪，诸如高炉炼钢等工艺已经在亚洲开始出现并广为人知。目前已知最早的高炉工艺遗址之一位于瑞典的拉斐坦（Lapphyttan）。由于当地蕴藏丰富的铁矿，再加上先进的生产工艺和高品味的熟铁原料，瑞典成为整个欧洲大陆高品质铁的主要供应商。

锻造厂的铁匠—来源于伦敦新闻画报，大约1740

生产效率开始提速

那个时代的大部分炼钢工人已学会用渗碳工艺生产钢铁，即通过长时间加热在锻铁棒表层渗入碳粉以增加合金中的碳含量。这个工艺可能需要持续数天或者数周。

在1740年，一位神秘并且极富创造力的英国青年，本杰明·亨斯曼（Benjamin Huntsman），向英格兰北部的刀剪商透露了新的坩埚制铁工艺。应用粘土埚，也就是坩埚，使棒材的熔炼温度足够高，达到渗碳工艺的要求，同时能够将生产出的钢水铸造（倾倒）出均匀、高质量的铸锭，相对过去，该工艺提高了产量。尽管亨斯曼的发明还未实现低成本、高产量地生产高品质钢的目标，仍需要后人继续努力。但正是他的技术推动英国谢菲尔德成为 19 到20 世纪最大的炼钢中心之一。