刚柔并济

有了它，钢琴能奏出妙韵，喷射机能发出声震，手表能滴答滴答地报时，发动机能在隆隆声中转动，摩天大厦能参天耸立，吊桥能跨越空中。它是什么？

它就是钢。大型的建造工程不能没有钢。巨轮由钢铁造成，能够纵横七海；输油管由钢铁制成，能越过千里长途，把石油和天然气从远方的油井输送到目的地。钢有多种用途，更是跟我们的日常生活息息相关。例如，你每天上班乘的公共汽车，轮胎包着一个钢丝轴；还有你家大厦的升降机，也要靠钢缆才能起落。你戴眼镜的话，眼镜架的铰链不就是钢制的吗？你喝茶的时候，用来搅拌的茶匙不也是钢制的吗？这种又耐用又精巧的金属，其实还有许多用途。钢是怎样炼成的？它怎会这么有用？

碳和晶体

钢是一种合金，也可说是两种好像风马牛不相及的元素——铁和碳——混合而成的物质。纯铁是比较软的金属，不适合用来干粗活。碳不是金属，从钻石到烟囱释放出的煤烟，都不过是这种独特元素的不同形式而已。但是，人把少量的碳混入熔化的铁里，结果就会产生一种跟碳截然不同，而且比铁更坚硬的物质来。

炼钢的关键在于一种叫晶体的东西。你知道铁原来是由晶体 *构成的吗？其实，所有固态的金属都由晶体构成。这种结构令金属有可塑性、有光泽和其他特性。但铁的晶体结构还不止这么简单。

晶体和钢

在炼钢的过程中，其他元素跟熔化的铁混合。在凝固的时候，铁把其他物质溶解，也就是把其他物质吸进铁的晶体结构中。其他金属也能够这样做。那么，铁究竟有什么特别之处呢？

铁的不凡之处，在于它在固态的加热情况下，也能改变晶体的结构。有了这种特性，铁的晶体就能由合变开，然后重归于合。你可以想象自己安坐在精工建造的房子的大厅里，而墙壁却左右移动，地板也上下起落。当铁遇上高温（不至于熔化），然后冷却时，晶体结构就会发生类似的变化。

在晶体变化期间加入碳，就能令合金变软变硬。炼钢的人因应这个特性，用淬火法、回火法和退火法 *等热处理法，去调节钢的硬度。不过，炼钢的方法还有很多。

 加入了锰、钼、镍、钒、硅、铅、铬、硼、钨或硫磺等元素以后，钢不但能变硬或变软，也能更坚韧，增强伸延性、耐蚀性，可切削和屈曲的，带磁性或不带磁性的等等。就像面包师傅运用不同配料和调节烤箱温度，就能烤出各样的面包来。炼钢的人改变合金的搭配，用不同的热处理法，也能炼出很多不同用途的钢铁来。钢的路轨能安全承托1万2000吨的货运列车，但像针头一样大小的钢轴则用来承托手表的平衡轮。

新旧炼钢法

千百年来，冶金工人用铁来打造器具和武器。他们发现，冶炼过的铁（从矿石中提炼出来的铁）如果含有某些杂质，就会更强更硬。他们也知道，铁器放在水里急速冷却，也会变得更硬。时至今日，巨型的熔炉取代了铁匠的壁炉；大型的滚轧机代替了铁匠的锤子和砧台。但现代机器用的基本步骤，仍然跟古时肌肉结实的打铁匠大致一样，都是（1）熔铁，（2）混入炼合金的材料，（3）让钢冷却，和（4）塑造形状及热处理。

请看看右图，数字是挺惊人的，但一间制钢厂一天就能消耗这一切原料。厂房占地广大，矿物堆积如山，才能炼出钢来。

万能精钢

钢铁还有许多“非凡本领”。当你打开大钢琴盖子的时候，你会看见一些强度很高的钢丝，美妙乐韵就是发自这些钢丝的。哈德菲尔德发明的锰钢给人用来制造巨型碎石机，越用力粉碎大石，锰钢的强度也越高。医生的手术刀、盛酒的大桶、制冰淇淋的机器，都是不锈钢的产品。钢铁的功用的确多不胜数。

世界每年生产8亿吨的钢。可是，没有铁，就连一点点的钢也弄不出来，幸好铁是地球上蕴藏量最丰富的元素之一。煤和石灰石也有大量供应，因此钢还能一直生产出来。

下一次，当你用针来做刺绣的时候，当你手持鱼杆抛出鱼钩的时候，当你用钳子的时候，当你拉开钢闸的时候，当你乘坐汽车的时候，或者当你犁田的时候，请想一想，这一切东西都是来自铁和碳的巧妙混合。

［脚注］

［第23页的附栏］

提炼1万吨钢所需的原料

6500吨煤

1万3000吨矿石

2000吨石灰石

2500吨钢屑

15亿公升水

8万吨空气

 ［第24,25页 的附栏或图片］

钢是怎样炼成的

为求精简画面，细节未能尽录

炼钢必须借助热力。我们就以温度计作路标，沿着炼钢的旅程走一趟。

▪ 1400°C 煤在密封的大炉中烤烘，把杂质蒸发，留下一块块乌黑的焦炭，为生产线中较后的工序提供热力和碳。

▪ 1650°C 焦炭、铁矿石和石灰石倾进鼓风炉，遇上一道由火焰和热空气合成的热墙。焦炭点燃起来，产生高热，矿石中无用的物质与石灰石结合，产生了矿渣。铁液化后，沉至炉底。矿渣浮在铁水上，然后被抽掉。炽热的铁水流入瓶状容器，送到下一站。

▪ 1650°C 90吨经过精挑细选的金属屑倾进高9米、呈梨形的硷性吹氧炉。巨型的杓子把灼热的铁水倒在金属屑之上，激起灿烂火花， 同时把水冷式吹管插进炉中，并以超音速吹入纯氧，很快就使铁像热锅里的汤一样沸腾起来。化学反应就在这时候发生。不够一小时，吹氧炉完成任务，300吨钢水给倒进一个一个的杓子里面，继续运送。加入合金后的火热钢水涌进铸造机中，钢开始成形。

▪ 1200°C 热红的钢给滚轧机挤压成理想的厚度。这个艰苦的工序，使钢硬得不能再改变形状。

▪ 室温：钢已经过成形、切割、热滚轧、冷滚轧，也经过酸性液体清洁，再反复加热。温度终于降到室温，不用再加热。钢水已经成为一叠叠钢片。金属工场很快就用它来铺设办公室的管道系统。

炼钢厂的大部分机件既然都是钢铁制的，为什么不会在操作期间给熔掉呢？因为在熔炉、瓶状运输容器和杓子的内壁，都有一层由难熔、耐热的物料制成的砖块。硷性吹氧炉内壁的砖块厚达一米。不过，这些砖块也会因为极热而受损，所以必须定期更换。

［图解］

（排版后的式样，见出版物）

1．炼铁

1400°C 煤 → 焦炭炉

↓

1650°C 石灰石

铁矿石 → 鼓风炉

↓

铁水

2．炼钢

1650°C 金属屑

石灰和助熔剂

氧

↓

硷性吹氧炉

3．冷却

连续铸造

钢锭

钢坯

板坯

4．完成

1200°C 钢铁滚轧法（圆柱状或方柱状）

电镀

冷滚轧法

热滚轧法

室温

［图片］

请留意人的比例

［第23页的图片鸣谢］

All photos on pages 23-5 except watch: Courtesy of Bethlehem Steel