“百炼成钢”这个成语,通常用来比喻经过长期艰苦的锻炼,变得非常坚强。但是从字面意义上解释,“百炼成钢”是指生铁经过反复锤炼才能成为坚韧的钢。那么,究竟为何百炼才能成钢呢?
首先我们要知道钢的主要成分是什么?钢是以铁为主要成分,与碳和其他元素共同构成的合金。根据含碳量,铁可分为生铁和熟铁。生铁含碳量在2.11%至4.5%之间,熟铁含碳量在0.0218%以下,而钢的含碳量介于两者之间(0.0218%至2.11%)。因此,我们可以通过除去部分碳将生铁提纯,或是在熟铁中加入碳的方式,来制造钢。
现代炼钢方法主要以生铁为原材料。19世纪下半叶,人们不断尝试,发明了多种炼钢的方法,如贝塞麦转炉炼钢法、西门子平炉炼钢法等。其生产过程基本类似,都是将生铁融化为铁水,然后在铁水中加入一些物质,如氧气、铁矿石等,使其与铁水中的碳发生反应,从而降低铁水中的碳含量,之后再将提纯过的铁水灌入模具,冷却后就制成了钢。
现代炼钢依靠标准化作业精准把控整个流程,炼钢过程较为高效。但是对古人来说,炼钢就复杂多了。
炼钢的原材料——生铁对古人来说并不易得。铁元素主要以氧化物的形式存在于铁矿石中。要使铁矿石还原为生铁,现代工艺是用焦炭、煤、重油、天然气等燃料在高炉内燃烧,产生大量热量和还原气体,为铁矿石的还原提供必要条件。而古人炼制生铁,通常在相对较低的温度下进行。具体方法是把铁矿石和木炭一层叠一层地放入炼炉中,用低温慢慢焙烧。在这种条件下,木炭发生不完全燃烧反应生成的一氧化碳,就能将铁矿石中的氧化铁还原成铁单质,冷却后形成铁块,就可以获得生铁。这种炼铁方法被称为块炼铁。然而这种方法炼得的铁,铁质较为疏松,还不能正常使用。为改善这一状况,古人发现了高温下通过反复锻打提高铁硬度的方法。
我国古代最优质的钢材为百炼钢。百炼钢,顾名思义,就是通过上百次锤炼而成的钢。其过程是把铁加热到一定温度,然后反复锻打,将铁中的杂质物清除,使其组织和成分也在锻打的过程中变得更加均匀、致密。用百炼钢制成的工具性能优异,因此,古代刀、剑常用百炼钢锻制。
这些反复锤炼得出好钢的方法反映了古人的智慧。宋代沈括在《梦溪笔谈》中记载:“但取粗铁,煅之百余火,每煅称之,至累煅而斤两不减,则纯钢也,虽百炼不耗矣。”有的时候,可以见到铁匠师傅们在反复锤炼一块烧红的铁之后,会放到冷水里,等冷却后,继续烧红,然后捶打,周而复始,要反复很多次。其中,将烧红的铁放到冷水里冷却的过程叫淬火。淬火的目的是强化钢件,充分发挥钢材的性能,提高其耐蚀性等。
关键词: 百炼才能成钢
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