正文 1.起源(1 / 1)

“黃金屬於貴婦,白銀屬於女仆,青銅則屬於能工巧匠。”

“說得好!”男爵在他的殿堂裏說,“但是,鐵卻淩駕於它們所有之上。”

這段對白出自英國知名作家吉卜林之手。他一生大部分時間都住在一個17世紀的鐵匠舊居裏。20世紀初,吉卜林成為最年輕的諾貝爾文學獎獲得者,達到了事業的頂峰,他那時對鐵的經典論述至今依然適用。從文明起源至2011年,人類製造物品已使用了430億噸鐵。這些金屬製品數量龐大,小到兒童玩具、大到核反應堆,而其中將近一半的產品是1990年以後製造的。現如今大部分鐵最終都煉成了鋼。鐵中含有碳,變為鋼,因而更加堅硬。

據科學家測算,地球質量約為6×1021噸,其中1/3是鐵。但大部分鐵深埋於地下,無法開采。即便如此,按照2011年的產量計算,處於地表可以開采的鐵礦足夠滿足人類未來10億年的原材料需求。在自然界中,鐵總是以化合物的形式呈現,其中最常見的化合物是氧化鐵,常見於赤鐵礦和磁鐵礦等礦產中。在這些礦產中,鐵和氧氣以不同的方式結合在一起,為了將鐵從氧化鐵中分離出來,需要對其進行冶煉。所謂冶煉,就是指將鐵礦石和木炭置於熔爐中,對熔爐加熱,木炭與鐵礦石中的氧氣結合產生二氧化碳逸出,剩下的就是純度很高的鐵了。

人類掌握冶煉技術已經5000年。起初,冶煉技術被用作生產銅和錫,這兩者都是青銅的組成成分。很久以後,人類才利用冶煉技術大量生產鐵,這主要是由鐵的物理和化學性質決定的。冶煉所需要的反應溫度與金屬的熔點有很大關係,鐵的熔點是1530攝氏度,比銅和錫的熔點高得多。此外,從鐵礦中去除雜質(比如鐵礦吸附的黏土和礦物質等外部物質)也比從其他金屬中去除雜質困難。

公元前1200年左右,冶煉技術在美索不達米亞(大概為今伊拉克及附近地區)有了突破性進展。人們研究出新的方法,使熔爐保持足夠高的溫度——大約1200攝氏度,從而使鐵的冶煉成為可能。此外,人們還想出了更好的辦法分離雜質——稱為“熔渣”,即用錘子捶打。這種冶煉方法迅速傳播到地中海東部很多地區。隨著鐵的冶煉技術越來越成熟,鐵供應量也不斷增加,其價格因此下跌,在公元前1000年之前的400年間,價格總計下降了97%。

在同一時期,人類發現了鋼。這是一種“折中”的材料,根據具體用途,碳與其他元素以不多不少、恰到好處的比例結合在一起。人們發現,當鐵與少量的碳結合時,這種材料變得相對柔軟,更容易塑型。當碳的含量增加,這種材料會變硬,也變得更脆。用現在的術語來講,含碳量較低(低於0.5%)的鐵被稱為“熟鐵”,含碳量相對較高(高於1.5%)的鐵被稱為“生鐵”。鋼不是由單一元素構成的合金,而是由鐵的多種變體構成,其性能取決於其化學性質。在當今的煉鋼廠裏,添加少量的、特定的微量元素(如釩、鉻和鎳)是非常重要的。這些構成上的變化改變了鋼的性質,比如使鋼更加耐腐蝕,或者具有更好的導電性能。從公元前1200年開始,人類進入鐵器時代。曆史學家通常認為鐵器時代大約持續了1300年,但事實上鐵器時代從未真正結束。

早些時候,要想準確地界定鋼的組成成分幾乎是不可能的。煉鐵和煉鋼的過程不但緩慢,而且完全憑借經驗。然而,在1000多年的時間裏,中國始終是鋼鐵冶煉的領導者。中國製造了高爐(利用風箱鼓風、利用水力驅動活塞),遠遠領先於其他國家。中國早在公元前200年就已經知道如何製造高爐,這比歐洲早了1600年。中世紀的絕大部分時期,不論是總產量還是人均產量,中國的鐵生產都遙遙領先於歐洲。但是到了17世紀後期,英國逐漸成為鋼鐵冶煉的重要地區。