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合金钢的早期发展史

历史学家用石器时代、铜器时代、铁器时代划分人类历史的进程,可见材料是人类文明

的标志。如果允许把这种考虑进一步引伸的话,在19世纪后半叶转炉、平炉现代炼钢方法的

出现使钢的产量猛增,人类就可以说进入了钢器时代。人民的生活,一个国家的工农业与国防,

无不与钢密切相关,因此人们习惯于用钢产量衡量一个国家的国力,用每人每年消耗的钢材衡

量一国人民的生活水平。合金钢在机械、物理、化学性能方面都要比碳钢优越,可以说是钢

器时代的突出代表和一个国家现代化程度的标志。一个国家如果没有自己的合金钢系统,就

不可能建立一个完整的工业体系。

早在史前时期,人们就使用铁陨石制造武器、工具和手饰,因此可以说铁镍合金是人

类使用最早的一种合金钢,尽管那时人们并不知道镍的存在。到了十八世纪后半叶,一方面钢

的坩埚冶炼法(Huntsman,1740)流行起来,钢的产量及应用范围都有较大的发展,另一方面钴

(1735)、镍(1751)、锰(1774)、钼(1782)、钨(1783)、铬(1798)、铌(1801)、钒(1830)等

元素相继发现并分离出来,这就为合金钢在十九世纪的发展奠定了基础。下面我们重点介绍

合金钢在十九世纪与二十世纪初的几个重要发展进程。

1法拉弟是发展合金钢的先驱

法拉弟是伟大的发明家,他在电磁感应及电化学方面的贡献是现代文明的基础,这是

尽人皆知的。但是,他也是一个伟大的冶金学家,并且他的科学研究生涯还是从合金钢研究开

始的,这一点却不为人所熟知。关于这一点的原因可能有二,一是法拉弟在电磁学方面的辉煌

成就掩盖了他在冶金方面的贡献,二是他在合金钢方面的研究并未直接导致出实用的合金钢,

直到半个世纪后钨自淬钢及高锰耐磨钢才问世。尽管如是,法拉弟在1820-1822年对合金钢

的系统研究在合金钢发展史上的重要地位还是逐渐为人们所认识,并推崇他为合金钢的开发

先锋。

众所周知,法拉弟是因为得到电化学方面的泰斗Davy的赏识而被皇家学院雇用的。

当时Stodart是这个学院的一个年长的成员,他既是一个研究钢制刀具的冶金学家,又是从事

这种买卖的商人。他的商业名片上印有:“J.Stodart,伦敦,Strand401。从印度购进Wootz钢,

经Stodart先生的完善处理(基于多年的试验)而成为欧洲最好的钢,用以制造外科手术刀、剃

刀及其它刀具”。当时,印度的Wootz钢块是公认制做刀具的最好钢料,英国大量进口,并研究

仿制。在这种背景下,法拉弟进入皇家学院,他的第一桩研究工作就是“印度Wootz的分析”

(1819)。显然,他是受了Stodart的影响并有仿制Wootz钢的打算的。接着他与Stodart发表

了两篇有关合金钢的论文:“改善钢的合金试验”(1820),“论钢的合金”(1822)。那时他们

认为钢是一种组元,合金元素是另一种组元,因此称之为钢的合金,而合金钢这个名词要到晚

一些时候才在文献中使用。在1820年,Stodart已六十岁,而法拉弟才29岁,大量试验工作都

是法拉弟进行的。我们今天还有时用炒菜这个词汇形容合金钢配方的试验,法拉弟也不愧为

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这方面的大师。他不但在钢中加入了镍、铬、铜等合金元素(到10%),并且也加入了一些贵

金属,如金(0.61–1.00%),银(0.15–0.46%),铂(0.73–2.50%)及铑(0.40–1.60%)。此外

还有钯及锇,他还试图在钢中加入钛,由于炉温不够高未能将TiO2