從礦石到鋼鐵
鋼和鐵是孿生兄弟，它們的基本成分都是鐵，差別在于含碳的量不同，而含碳量的多少對鋼鐵材料的性能有著顯著的影響。做鐵鍋用的材料叫生鐵，含碳最多，達(dá)1.7%以上，它又硬又脆，一敲就碎。鐵勺是用熟鐵做的，含碳在0.2%以下，韌而不脆。切菜刀的鋒利刀刃是鋼做的，含碳在O.2%到1.7%之間，韌性和硬度都挺好。
兩千多年前，我國就有煉鐵成鋼技術(shù)。相傳，春秋戰(zhàn)國時(shí)候，浙江武康（今德清縣）一帶住著一對夫婦，男的叫干將，女的叫莫邪，善于煉鐵鑄劍，他們鑄出的劍，劍刀鋒利，寒光逼人。后人為了紀(jì)念他們，把他們煉鐵的那座山，取名莫干山。
現(xiàn)代的鋼鐵，是用鐵礦石在高爐中煉出來的。1100℃的高爐里，發(fā)生了一場氧的爭奪戰(zhàn)：從熱風(fēng)爐里，送來的熱空氣流，使?fàn)t底的焦炭熊熊燃燒，變成二氧化碳，隨著空氣往上跑；在爐子中部，二氧化碳遇到赤熱的焦炭層，變成一氧化碳。在鐵礦石里，鐵和氧緊緊結(jié)合在一起，但是，氧和一氧化碳更容易結(jié)合些。這樣，一氧化碳奪走了鐵礦中的氧，生成二氧化碳，而鐵被還原出來了。打開爐底的出口，灼熱的鐵水像火龍奔流而出。
煉鋼，實(shí)際上就是把生鐵中的一部分碳除掉，使它的含碳量降低到規(guī)定的范圍內(nèi)。
煉鋼的爐子有轉(zhuǎn)爐、平爐和電爐三大類。它們各有特點(diǎn)，可以用來煉成各種各樣的鋼。將白熾的鐵水倒進(jìn)轉(zhuǎn)爐或平爐，從爐底呼呼地 鼓進(jìn)熱空氣，當(dāng)溫度達(dá)1800℃時(shí)，生鐵里的大部分碳遇到氧氣燃燒起來，變成二氧化碳跑掉了；部分的鐵和其他雜質(zhì)，如硅、磷、硫等，進(jìn)入爐渣中。鋼水的成分達(dá)到要求后，就可以出鋼。電爐煉鋼要消耗大量的電能，因此成本較高，適于冶煉高級鋼種。磷和硫是鋼中的有害雜質(zhì)，它們會(huì)使鋼的性能變脆，因此無論采用哪一種冶煉方法，都必須嚴(yán)格控制鋼中的磷、硫含量。
刀槍不入的錳鋼
解放軍戰(zhàn)士戴的鋼盔，是用高錳鋼造的，既堅(jiān)硬，韌性又好，一般彈片和子彈都打不穿。
這種鋼雖則20O多年前就有了，但那時(shí)誰也不愿用它。因?yàn)樵跓掍撝袚饺脲i，鋼雖然變硬了，但也變跪了。鋼中加入錳越多就越脆。如果鋼中的錳含量達(dá)到3.5%，那就脆得如同玻璃，一碰就碎。
后來，英國年輕的冶金學(xué)家海費(fèi)德，想看看鋼中摻了錳后，究竟會(huì)脆到什么程度。于是，他進(jìn)行一次又一次的試驗(yàn)。當(dāng)鋼中的含錳量增加到13％時(shí)，奇怪，錳鋼變得既堅(jiān)硬又富有韌性！從此，錳鋼身價(jià)百倍，成了重要的工業(yè)材料?，F(xiàn)在，鐵路鋼軌交叉處，掘土機(jī)的鏟斗、鋼磨、滾珠軸承，常用高錳鋼制造。在軍事上，還用來制作坦克和戰(zhàn)車的裝甲等。 高錳鋼還有一種奇怪的特性，當(dāng)加熱到850℃左右的時(shí)候，會(huì)變得十分柔軟，很容易加工。高錳鋼含錳14%以上時(shí)，還不會(huì)被磁鐵所吸引。因此，人們用它來做軍艦上舵室和一切接近羅盤的鋼鐵機(jī)件。因?yàn)榱_盤附近的鋼鐵機(jī)件一旦有了磁性，就會(huì)使指南針失靈指偏方向。
除了高錳鋼之外，人們也常常在結(jié)構(gòu)用鋼和彈簧用鋼中加入微量錳，以使強(qiáng)度大大提高而將其韌性控制在合理的范圍之內(nèi)。深受年輕人喜愛的錳鋼自行車，其車身就是用這種錳鋼制造的，由于鋼材的強(qiáng)度提高，可使鋼管的壁厚變薄，從而大大減輕車身重量，使騎行更加輕快。
削鐵如泥的合金鋼
《水滸傳》里有個(gè)楊志賣刀的故事，說楊志的那口寶刀，把一疊二十文銅錢，只一刀，就齊齊地截成了兩疊！這固然有些夸張，但是我國古代寶刀、寶劍的鋒利，確實(shí)是有名的?？脊艑W(xué)家發(fā)現(xiàn)，古代的刀、劍都含有鎢。
鎢，是所有金屬中最不怕熱、熔點(diǎn)最高的一種。因此，在鋼中加入鎢制成的鎢鋼，也具備了鎢的這種優(yōu)良特性。用普通的鋼做車刀，熱到250℃以上，便會(huì)變軟，自然無法切削金屬了；然而，鎢鋼做的車刀，即使溫度高達(dá)1000℃，也堅(jiān)硬如初。除了車刀，還有高速旋轉(zhuǎn)的機(jī)軸，耐高溫的槍筒、炮管，都得用鎢鋼來制造。
在第一次世界大戰(zhàn)中，英國初次使用坦克的時(shí)候，憑著厚厚的鋼甲，在戰(zhàn)場上勢如破竹?？墒牵镁安婚L，德軍的炮彈竟打穿厚厚的鋼甲，使英軍的坦克失去優(yōu)勢。英國人仔細(xì)分析了德軍的彈頭，發(fā)現(xiàn)其中也加入了鎢。事后，英軍在鋼中加入了一些鉻、錳、鎳、鉬等元素，做成新型的坦克鋼板，厚度只有原來的三分之一，可是德軍的炮彈卻不能擊穿它。
這是為什么呢？原來，鉻能提高鋼的硬度和強(qiáng)度，而鎳可以增加鋼的韌性和可塑性。如果在鋼中既加入鉻，又加了鎳，便得到性能優(yōu)良的鎳鉻鋼了。
現(xiàn)在，世界上已經(jīng)能生產(chǎn)幾千種脾氣奇特的合金鋼，以滿足工業(yè)生產(chǎn)的各種需要。硅鋼（又名矽鋼）是制造變壓器的好材料。它不像用普通的鐵制作的鐵芯，常常會(huì)發(fā)熱，消耗大量的電能；而用硅鋼，幾乎不會(huì)消耗電能。釩鋼異常銳利，用來制造炮彈頭，可擊穿40厘米厚的優(yōu)質(zhì)鋼板。含鎳36%合金鋼，在100℃以內(nèi)的溫度中，幾乎不膨脹或收縮，很適宜制造精密量具。
垃圾堆里發(fā)現(xiàn)的不銹鋼
光亮奪目的不銹鋼，是從垃圾堆里發(fā)現(xiàn)的。
在第一次世界大戰(zhàn)時(shí)，英國科學(xué)家亨利布里爾利受英國政府軍部兵工廠委托，研究武器的改進(jìn)工作。那時(shí)，士兵用的步槍槍膛極易磨損，布里爾利想發(fā)明一種不易磨損的合金鋼。后來，他往鋼中加入各種各樣的元素，做了好多試驗(yàn)，都沒有成功。他失望地把它們拋進(jìn)垃圾堆。過了很久，奇怪的現(xiàn)象發(fā)生了：垃圾堆里大部分廢鐵都銹蝕了，只有幾塊含鉻的鋼仍舊是亮晶晶的。布里爾利撿出來詳細(xì)研究，發(fā)現(xiàn)含碳0.24%、含鉻12.8%的鉻鋼，任憑日曬雨淋也不易生銹，又不像一般鋼鐵那樣怕酸堿。因?yàn)殂t鋼太貴、太軟，不能造槍，于是，他辦了一個(gè)餐刀廠，生產(chǎn)不銹鋼餐刀，轟動(dòng)了歐洲。1916年他取得英國專利，并開始大量生產(chǎn)，成了不銹鋼之父。
后來人們還發(fā)現(xiàn)，在不銹鋼中除了加入鉻以外，再加入少量的鎳、鉬、鈦、銅、硅和一些稀土金屬，能進(jìn)一步提高它的抗銹本領(lǐng)。現(xiàn)在，不銹鋼已發(fā)展成為一個(gè)合金大家族，品種不下數(shù)百種。
現(xiàn)在，科學(xué)家們又研制成彩色不銹鋼。它是普通不銹鋼經(jīng)著色和固化工藝獲得的。將普通不銹鋼浸沒于含鉻酸的熱溶液中，其表面就被溶液浸蝕，形成薄而透明的氧化膜，因它能吸收一定波長的光而呈現(xiàn)一定的色彩。有趣的是，浸泡的時(shí)間不同，氧化膜的色彩也不一樣。如果溶液加熱到70℃，浸15分鐘就成藍(lán)色；浸18分鐘可獲金黃色，22分鐘變紫色，24分鐘呈綠色。然后，放在鉻酸硫酸水溶液中作電解處理，氧化膜顏色就被固定下來。
當(dāng)然，不銹鋼也不是絕對不銹的。在受到一些強(qiáng)腐蝕劑侵蝕時(shí)，它也會(huì)生銹，只是不會(huì)像一般鋼鐵銹得那么厲害。
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