又到了精彩刺激的科普環節。
今天和大家聊聊金屬行業,金銀銅鐵,和鋼。
聊聊什麼是鋼,什麼是鐵。
石器時代,青銅時代,鐵器時代,是怎麼形成呢?
這主要來源於人對堅硬物質的追求。
石器時代很好理解,就是利用堅固的岩石製作成石矛,石斧,主要的目的是用來狩獵,可在石器時代中,如何加工出一柄合格的石矛呢,首先要有一把堅固的石錘和石鑿,錘和鑿必須比矛頭堅硬,纔不會矛沒砸出來,錘子到碎了。
在這個基礎上,金屬便被人所發現。
含金屬的礦石,自然比一般的石頭更加堅硬,於是銅便被發現了。
因爲銅和鐵不一樣,鐵礦石在自然界中是無法天然形成的,但銅和金卻可以,首先是純銅被發現,用來製作堅硬的銅錘,銅鑿。
然後金銀也被陸續發現。
金銀銅,這三種金屬都是可以獨立形成很大一塊的,像前文提到的狗頭金和天然銅塊。
這些都是單質金屬。
所以便奠定了黃金和白銀的地位。
貴金屬,便形成最貴重的東西。
然後學會了利用火,進入了陶器時代,人類發現了泥土經過高溫燒製,可以變成陶器,學會了最初級的冶煉技術,下一步就開始冶煉銅礦了,把銅礦石裡的雜質去除,將小塊的銅進行熔鍊,鑄造,但銅的硬度不夠,所以又加入了錫礦石與銅礦石一起熔鍊,獲得更加堅硬的青銅。
就進入了青銅時代。
但早期的青銅時代,是沒有鐵的,是冶煉技術的問題,銅和金的熔點只需要1000攝氏度左右,但鐵需要1500度左右,人即使很早就發現了鐵礦石,但溫度搞不上去,提煉不出來。
人對於鐵的利用,是來自隕石。
含鐵量高的隕石,在通過大氣層之後,急速燃燒,在下墜的過程中冶煉出純鐵,埃及法老圖坦卡蒙的墓裡,就曾出土過一件隕鐵匕首,由於無法自主提煉,所以隕鐵在一段時間內,是世界上最爲貴重的東西。
然後到了公元1300年左右,兩河流域的赫梯帝國,在與埃及的對抗中強大起來,他們是世界上首先利用煤炭的國家,煤的燃燒肯定比木柴強多了,在這基礎上,又用草木灰和石英砂發明了耐火磚,再加上鼓風機,終於將爐溫達到了鍊鐵的需求,起初的目的,是爲國王煉製隕鐵,終於成功了。
又開創性的熔鍊鐵礦石,終於得到了鐵。
並藉助鐵器,建立了當時世界上最爲強大的軍隊。
煤炭的利用,幫助歷史進入了鐵器時代。
而中國這邊要晚了一些,大約在春秋時期,纔開始出現了生鐵冶煉,大規模的應用要等到東漢時期,這裡有個關鍵的知識點,鐵爲什麼需要反覆捶打呢?
因爲鐵元素有個特點,他在地球上是不以單質存在的。
那什麼是單質存在呢?純銅,純金,天然銅塊,天然金塊,這種就是單質存在的東西。
除了隕鐵之外,你是絕對無法找到一塊天然純鐵的。
必須要熔鍊。
而古代人要煉製一塊鐵,有多難呢,這是一個相當漫長的過程,首先是溫度方面,春秋時期的工匠,爲了提高燃燒的溫度,首先發明瞭木炭,將木柴點燃過後用沙土覆蓋起來,進行悶燒,得到高品質的木炭,然後在製造爐子的時候也是費盡腦筋,首先需要篩選最細膩的泥土,拿來反覆過濾,揉捏,得到最細膩的精土,精土造爐時,還要加入一定比例的稻杆,草木灰,燃燒過後,讓泥窯具有一定的透氣性,不至於熱脹冷縮讓爐子炸裂。
有了高品質的木炭和耐高溫的爐子過後,就是礦料了。
礦石要仔細的研磨成礦砂,然後用磁鐵將礦砂裡的鐵給選出來,做成細料,再加入灰石等助溶劑,放進爐子裡進行煅燒。
爐子下面還要加入鼓風機。
而這個過程通常會持續兩三天的時間,就像用河沙燒玻璃一樣,最後燒去雜質,纔得到一塊海綿狀的東西,海綿鐵。
但這並不是純鐵,裡面還有非常多的雜質,有很多微量元素,例如碳,硫,磷,硅,錳,鎢,釩,鎳等等化學元素。
其中一些是有利的,而一些是有害的,例如碳元素能增加鐵的硬度,鎳元素可以抗氧化不會生鏽,鎢元素能增加刀劍的堅硬和鋒利程度。
而磷和硫這兩種元素則是有害的,會讓鐵的表面凹凸不平,形成氣泡,所以必須把這些雜質給剔除出去。
就需要反覆的加熱,捶打,把這裡面的雜質給敲打熔鍊出去。
這就是鍛打的概念。
所謂百鍊成鋼,百鍊鋼,就是這麼個意思了。
但介於以前的技術低下,所以鐵的品質完全無法精確掌控,湊巧這一批礦石含鎳或者含鎢,這批鐵打造出來的兵器,就會格外的出色。
而湊巧另一批礦石,沒有這些元素,品質就會低下一等。
所以完全看運氣。
到了東漢時期,曹操打製5把百鍊鋼刀,動用三百多人,花了足足三個多月的時間,號百辟刀,分別名青龍,白虎,朱雀,玄武,熊罡,就是用百鍊鋼的方法造成的,這一批刀的質量就特別好。
而與之對應呢,劉備還造了蜀八劍,名字分別叫東極,西極,南極,北極,不周,方土,波母,編駒,劉備自己用了一把,其他的分別賜給樑王,魯王,劉嬋,諸葛亮,關羽,趙雲,張飛,稱呼爲蜀國八神兵。
其中的七把劍都在戰亂中遺失了,唯獨趙雲劍流傳了下來。
清朝末年,慈禧太后專政,她居然是趙雲的鐵粉,生平最喜歡聽趙雲的戲,四川有位高官就刻意去挖了趙雲的墓,把趙雲劍給挖了出來送給慈禧,被慈禧當做寶貝收藏,死後當陪葬品下葬東陵。
1928年,軍閥孫殿英盜掘東陵時,又把它給挖了出來。
蜀有八劍,然後東吳方面,孫權也造了吳六劍,白虹,紫電,辟邪,流星,青冥,百里。
然而同臺PK,蜀八劍和吳六劍,都是被百鍊刀一砍就斷。
元素的無法精準控制,反而成就了這一時期百鍊鋼的巔峰,出了很多著名的兵器,像倚天劍,青虹劍,七星寶刀,青龍偃月刀,方天畫戟,丈八蛇矛,龍膽亮銀槍等等,都是當中的佼佼者。
也可謂滿滿的中二氣息。
而到了近現代呢,鋼鐵的鑄造方法已經非常系統了。
生產流程,也有了很大改變。
流程的第一步,有兩個單位,煉焦廠和燒結廠。
煉焦廠負責把煤炭用悶燒法,加工成焦炭,獲得更好的燃燒力。
燒結廠,則負責把採來的鐵礦石破碎成渣,得到鐵礦砂,但這個時候的鐵礦砂,含鐵量是很低的,需要進一步加工,把礦砂加入灰石,碳酸鈣等助溶劑,燒製成圓球一般的球團礦,或者燒結礦,把生料變成熟料。