说晚清不可能炼钢,太片面了。中国炼钢的历史已经有2000年了。怎么能说清朝不可能炼钢呢?
在古代中国,钢主要用于武器制造,如刀、剑、矛等。从现代技术来看,都属于“常规武器钢”。
就拿有着2600年历史文化底蕴的龙泉剑来说吧:龙泉剑一剑能破六块叠加的铜板,而且刃口不卷。原因是它是由高碳钢制成的。
我想问一下,如果到清朝还不能炼钢,那么历史上著名的冷兵器,包括龙泉剑,都是从哪里来的?
至于铁和钢的区别,我们可以这样理解:纯铁是一种简单的金属,而钢是铁与其他元素和金属熔融而成的合金。
比如铁丝是用高纯度的铁制成的,俗称“熟铁”;枪管由含有镍、铬、钼、碳等元素的钢制成,被称为“常规武器用钢”或“炮钢”。
在古代,受冶铁技术的限制,把高纯度的熟铁炼成钢确实很难,限制因素主要是温度。
比如春秋时期,冶铁的温度只能达到1180℃左右(相当于烧制陶器的温度),而纯铁的熔点是1500℃,这就意味着那个时期的人们很难直接冶炼钢铁,所以人们只能通过锻造和敲打来获得钢铁。
比如铸剑车间连续垂直敲打铁片的工艺,本质上就是将铁提纯,通过锻造去除大量杂质,然后与坚硬的生铁混合进行锻造。两者一起软化后,就得到韧性和硬度兼备的钢。
那么问题来了——古代人在未来是如何解决冶铁温度的问题,从而直接获取钢铁的?我们从以下几点来分析。
▼下图是制作家用刀具用的优质云南玉刚。有人认为玉刚是日本的特产,其实不是。我国汉代高炉冶炼的粗钢是玉钢,是制作冷兵器的优良钢材。用熟铁锻造后,可以得到制作冷兵器所需的“常规兵器用钢”。
鼓风机、煤和高炉的应用,为中国古代炼钢技术的发展奠定了基础。吹风机
很早以前,中国汉代的人们就发现了空气体对火的助燃作用,于是发明了手拉风箱,这是中国一直沿用到清末的鼓风机。它不仅应用于冶金领域,还广泛应用于普通人的炉灶。
手摇鼓风机的出现标志着人们已经掌握了冶炼中的供氧技术。由于风箱能向冶炼炉内施加一定压力的空气体,使炉内燃料燃烧更完全,释放更多的能量,所以提高了炼铁的温度。
煤
中国是世界上第一个发现和使用煤的国家。在辽宁新乐古文化遗址,就有煤工艺品(距今7200年),但当时煤是用来雕刻工艺品的,而不是作为燃料。
到了汉代,人们开始广泛利用煤的燃料价值。因为发热量远大于木炭,所以毫无悬念地首先应用于冶炼领域。
煤的发热量也叫煤的热量。每公斤标准煤可释放7000卡热量(优质煤可达10000卡),即29307千焦能量,而一公斤木炭完全燃烧后可释放5300卡热量。
这意味着当煤被用作炼铁的燃料时,熔炼炉将获得更高的温度,提炼出的铁将大约是纯净的。
鼓风炉
我国最早出现在西汉时期。通过同时使用鼓风机和煤,50米高的古代高炉的炉温可以提高到1300℃。从这个时期开始,我国已经可以通过冶炼直接获得钢材(含碳量为0.02%~1.7%的粗钢)。
由于粗钢是介于生铁和熟铁之间的产品,其物理性能与刀剑等冷兵器还是有差距的。因此,人们在粗钢中加入浇钢、炸钢等后处理技术,才能得到符合要求的“常规武器用钢”。这种炼钢技术和现代锻造技术没有本质区别。
可见,我国炼钢用钢的历史非常悠久,钢铁产能几千年来都是世界第一。直到第一次工业革命,钢铁产能才逐渐落后于世界水平。
▼下图是20世纪60年代的大型土著炼钢遗址。这么小的高炉,是中国古代人用了几千年的炼钢技术。炼钢和用钢不比西方国家晚,甚至炼钢技术领先世界几千年。可见中国古代人并不知道如何炼钢,只是现代人不知道如何炼钢而已。
铁和钢的区别钢是在不同的性能要求下将铁熔化制成的合金。它们是纯铁和合金铁的区别,也体现在用途上。
比如铺设铁路轨道,需要很高的耐磨性、耐压性、抗脆断性和抗疲劳断裂性。熟铁的特点是有一定的柔韧性和延展性,而生铁的特点是硬度和耐磨性,但是太脆了。
为了同时满足抗压和耐磨的要求,冶炼时将生铁和熟铁一起熔化,从而得到满足铁路铺设要求的钢轨合金钢。
所以我们可以这样理解钢:它是一种以铁为基础,根据不同用途,加入不同比例的其他元素和金属制成的“混合铁”。
我们以镍基铁镍合金钢为例:这种钢的特点是初始磁导率高,最大磁导率高,应用广泛。镍含量为35-90%,铁含量仅为8-20%,其他金属如钼、铜、铝为0.7-4%。
从这些特殊用途来看,铁相当于一种基本元素,然后经过不同的工艺冶炼成不同的钢,就像面粉一样,是馒头,是烤面包。里面加点馅,蒸出来当馒头,煮出来当饺子。
如果你还不明白这里铁和钢的区别,想想面包和面粉的区别,或者饺子和面粉的区别。当然,蛋糕和面粉的区别也很恰当,可以举一反三。
▼下图是技术人员给出炉的差速重熔炮钢做标记。炮钢是一种以铁为主要元素的高性能合金。除了铁(155mm榴弹炮),还添加了镍(3%~3.5%)、碳(0.3%~0.35%)、硅(> 0.35%)和钼(0.5%)。
综上所述,可以得出以下结论:第一,我国从西汉时期就开始使用高炉炼钢。第一次工业革命前,中国钢产量连续几千年世界第一。所以“清末不会造钢”的说法是片面的,应该说“清末不会造钢现代化”。
二、铁和钢的区别铁是含有一定量杂质的单质金属,而钢是根据不同的要求,在铁的基础上,加入其他元素和金属的不同比例的合金。
也可以理解为铁是以铁为主要成分的金属,而钢是以其他具有主要性能的金属为主要成分的合金金属。
所以我们也可以把钢叫做“合金铁”,只是叫起来太麻烦,不如“钢”这个词直接。
比如“不锈钢”,如果非要叫“合金铁”,那就得叫“铁基镍铬钼合金铁”,真的很麻烦,很混乱。
▼下图是清代高级军事将领的制式武器腰刀。其叶片由高性能常规兵器钢浇注而成,代表了中国古代炼钢的最高技术水平。中国古代冶炼钢铁的主要目的是制造武器。因为各个朝代都有大规模的战争,古代钢铁的产量在世界上已经持续了几千年,但在近代却落后了100多年。现在中国钢产量重回世界第一,年产量其他。