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伟大合金时代:有趣的世界钢铁史

伟大合金时代:有趣的世界钢铁史
2018年07月10日 18:20 森赛作者:森赛

  关于铁的故事早在建造汽车,武器和摩天大楼之前就开始了,它始于星际之间令人诧异的一次次的元素交融,来自于一场人类祖先无意的探索,直到现在,我称呼发布友好留言的朋友为“old iron”(老铁),而铁元素,也是人类体液中不可或缺的重要元素,比如,人是铁,饭是钢这种大众普遍接受的土味保命哲学。

  原作:Jonathan Schifman

  翻译、扩写、编辑:森赛

  图片:MORRIS MACMATZEN

  【硬核历史系 第二期】

  阅读本文需要花费您15分钟

  在人类祖先出现在地球的数十亿年之前,甚至在我们脚下的地球出现之前,炽热的恒星将原子融合成铁和碳。在无数次的宇宙爆炸和重生中,这些物质进入了小行星和其他行星体,随着“宇宙大神”不断搅动着夜壶,它们相互撞击,重组成一块块结石。最终,一些岩石和金属形成了地球,在那里,它将塑造一种喜欢喝奶的灵长类命运。

  在历史中的某一天,一些爱好户外的人类发现了闪闪发光的陨石,主要是铁和镍,它们穿过大气层撞到了地面,爆炸燃烧的巨大声响和火焰,让多毛的祖先尿了整整一晚,下身的毛发都打了结,这也开始了一个困扰祖先的心之迷境。“小刘,你去看看那是什么东西!”,来自群体灵长类先贤的权威号令,让第一次接触到冰冷黑色物质的小刘瑟瑟发抖,但这玩意儿好像砸野兽更疼的意外发现,也让小刘在洞里吹了整整三个月的牛逼。

  几千年来,我们的祖先将使用这种材料,他们不断尝试用更好的方法从视线所及之处掘取铁矿石,并最终将其熔炼成钢。人类将争夺它,用它创造和摧毁国家,通过它发展全球经济,并用它来建立一些世界上最伟大的发明和结构。

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  ▍钢铁侠模型图片

  一、来自天堂的馈赠

  图坦卡蒙有一把铁匕首,这是古代世界中极其珍贵的文物,不仅仅是法老使用的神器。当英国皇家“摸金校尉”领袖--掘坟大师霍华德·卡特在近一个世纪前发现图坦卡蒙墓,并将目光投向这把特别的匕首时,异常的锋刃和几乎不锈的刀身,在东南角的烛光映衬下,发出阵阵寒光,让整个盗墓现场诡异死寂,所有人目瞪口呆,他们当时不知道的是,这把刀的刃来自太空。

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  ▍图坦卡蒙的陨石匕首(来自米兰理工大学)

  这把匕首的刀刃来自陨石,其中的铁镍含量高于从地下挖出并被人类冶炼的普通铁器。

  自卡特重大发现以来的几年时间里,研究人员发现,不仅图坦卡蒙的匕首,而且几乎所有可追溯到青铜器时代的铁器中用到的铁,都是从天而降。

对于我们的祖先来说,这种奇特合金的来源方式,超出了当时的理解范围。古埃及人称它为“biz-n-pt”。在苏美尔文明,它被称为“an-bar”,两者都是“来自天堂的金属”的意思。铁镍合金是柔软的,很容易锤成想要的形状而不会发生破裂。但是供应极其有限,收成只能看天,仅能通过偶尔经过的小型陨石传送到地球,这概率比在野外意外怀孕要低得多,使得这种神奇的金属比宝石或黄金更有价值。

公元前2500年左右,中东的部落成员发现了隐藏在地下的另一种暗色的金属物质来源。它看起来就像是那种来自天堂的金属,但又有些不同。铁与石头和矿物混合在一起,作为矿石的状态呈现。而当时,提取铁矿石远比在野外打野兽时捡到一块狗头金的难度要大。根据1956年出版的《仿制与坩埚》一书,第一批“矿工”在挖掘矿石之前,都会进行某种仪式以安抚来自灵秘境界中的“神奇力量”,古人认为,从地下土壤中发掘出铁,是从精神世界到物质世界的能量转化,为了补偿“神奇力量”的“损失”,部落首领们都会选择牺牲一些像小刘这样的无畏青年,“为了部落!甘洒热血谱春秋!”。

  但从地球上将铁矿石挖掘出来只是成功的一半,古代世界用了700多年的时间才搞清楚如何将这种贵金属通过冶炼与其矿石分开,在此之间,大家一直采用“砸他么就是了”这种大力出奇迹的模式。只有在那时,青铜器时代才真正结束,铁器时代才会开始。

  二、铁通往钢的漫长之路

  要了解钢,我们必须首先了解铁,因为金属元素几乎是一样的。钢含有98%至99%或更高的铁浓度,剩下的是碳-- 一种特殊的添加剂,它对金属的性质会产生重大影响。在建造摩天大楼的承重结构技术突破之前的几千年里,文明的科技树在逐渐点亮,已从原始社会过渡到封建社会的小刘,开始使用冶炼技术不断制造更高纯度的铁,从而越来越接近钢铁。

  公元前1800年左右,黑海沿岸的人们称锻造大师(Chalybes)沙力卜·刘能制造一种比青铜更强的金属,这种金属可以用来制造无与伦比的武器。他们将铁矿石放入炉膛,锤打它们,并将它们烧成软化。在多次重复这个过程后,沙力卜·刘从锻造作坊中取出了坚固的铁制武器,尽管外型有些粗糙,但刘大师凭借更轻、更韧、更硬的铁刀击败了持青铜剑前来挑战的邻村村民。

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  ▍原始冶炼厂示意图

沙力卜·刘制造的产品被称为锻铁,是现代钢铁的几种主要前体之一。他们很快加入了好战的赫梯人军团,创造了古代历史上最强大的军队之一,没有一个周边国家的武器可以与赫梯剑或战车相敌。

钢铁的另一个孪生兄弟,可以说是铸铁,最初是在中国古代制造的。从公元前500年左右开始,中国的金属工人大刘建造了2米多高的熔炉,以燃烧更多的铁矿石和木材,大刘将材料熔炼成液体并倒入雕刻成型的模具中冷却,然后金属溶液就会呈现模具的形状。

  然而,锻铁和铸铁都不是完美的混合物。沙力卜·刘的锻铁仅含有0.8%的碳,因此它没有钢的抗拉强度,而大刘含有2%至4%碳的中国铸铁比钢更脆。黑海的铁匠最终开始将铁棒插入成堆的白热木炭中,这种木炭制成了钢铁涂层的锻铁,但是南亚的一位杰出人才(Kapil)刘·卡皮尔,有了更好的主意,印度生产了第一种真正意义上的钢材。

  公元前400年左右,印度金属工人刘·卡皮尔发明了一种冶炼方法,恰好将完美配比的碳与铁含量结合,关键是一种熔融金属的粘土容器:坩埚的发明。工人们将小型锻铁棒和木炭块放入坩埚中,然后密封容器并将其插入炉中,当他们通过鼓动风箱中的空气升高炉温时,锻铁熔化并吸收木炭中的碳,当坩埚冷却时,纯钢锭就出现在里面了。

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  在德国发现的早期粘土坩埚

印度的铁匠向世界各地运送他们的“乌兹钢”。在大马士革,叙利亚铁匠易卜拉欣·刘使用这种金属锻造了世界上最为著名的,几乎是神话般存在的“大马士革钢”剑,据说它足够锋利,可以在半空中切割羽毛(以及像“权力的游戏”中的瓦雷利亚钢铁一样的超级材料)。印度钢铁一直到西班牙托莱多,在那里铁匠刘爱国为罗马军队制造着承载帝国荣誉和梦想的冷兵器。

在运往罗马的货物中,来自埃塞俄比亚帝国的阿比西尼亚商人担任不光彩的黑中介角色,他们故意误导罗马人说钢铁来自中国,用的是拉丁语“Seres”,因此罗马认为钢铁来自神秘东方,以至于无法通过步行趟过去征服。罗马人称他们购买了“Seric钢”,并将其用作武器装备以外的基本劳动工具和建筑设备。

  铁作为贵金属的日子已经过去了,世界上最凶悍的罗马帝国小战士们现在将装备钢铁,不仅是武器,还有盔甲,他们被称为“Iron Man”(铁血纯爷们 / 鐵男 / 硬派い痴漢)。

  三、圣剑和武士钢

  据传说,“大圣剑”的气势是雄伟而美丽的,这个词的意思是“切钢”,但它却不是钢铁,从亚瑟王时代到中世纪时期,欧洲在钢铁生产方面落后。

  公元476年,随着罗马帝国的衰落,欧洲陷入了混乱。印度的刘·卡皮尔铁匠们仍然孜孜不倦地制造着钢铁,这些耸人听闻的庞大产量,无法可靠地运往欧洲,因为通往欧洲“香料之路”已被阻断,商人们经常遭到骆驼勇士们的伏击,同时,路途的遥远,来去一趟数年之久,让人们也不得不考虑回家后莫名其妙多了几个娃娃的问题。在西班牙的加泰罗尼亚,铁匠们开发出了一种类似于印度的熔炉--“加泰罗尼亚炉”,用它来生产锻铁,其中有很多锻铁被制造成马蹄铁、车轮、车门铰链,甚至是钢制涂层盔甲。

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  ▍中世纪宽剑与维京片刀,De Bohun家族的武器(摄影:Chris Radburn)

  维京汉子们挥舞着这种特制的大剑在海上浪荡,它们是通过扭曲铁棒锻造的,这一过程在大剑的叶片中留下了独特的人字形和编织图案。维京人将这些设计解释为龙纹线圈,就像是亚瑟王的神剑和埃尔西德的提佐纳剑那样的神话。

  然而,世界上最好的剑,是在地球的另一边制造的。日本的刘姓铁匠开发出了一种精湛的技术,可以制造出更为轻巧,也更为致命的锋利刀片。这些武器成了传家宝,可以传承几代人,根据这些的刘姓铁匠说法,造武士刀是一种错综复杂的仪式,八百万神中的某位剑灵可以寄生于剑身当中,因此武士也会把武士刀当作自己的灵魂伴侣。

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  ▍这把存于上野东京国立博物馆的武士刀,被认为是14世纪镰仓时代日本最伟大的武器

  在制造剑之前,日本铁匠们自己会先洗白白喷香香,他们认为如果自己不纯净,那么邪恶的灵魂就会进入刀锋。金属锻造始于锻铁,用木炭加热一大块锻铁,直到它变得足够柔软可以折叠。在冷却后,将铁继续加热并折叠约20次,使刀片呈弧形,并且通过再次锻造和再次折叠,让锻铁继续暴露于碳质炭中,直到金属变成钢。

  铁匠们使用粘土、木炭或铁粉进行下一步工作,沿着刀片刷涂材料以塑造成最终的形状。钢中出现的图案类似于木纹,有旋纹结和涟漪,其中的细节甚至比欧洲大剑的龙鳞更精细,这些制造好的武器,会被命名为日本神话传说中的野兽名字。现在留下的有五把古日本刀,被称为“天下五剑”,在日本被视为国宝和圣物。

  四、铁和煤

  第一台炼生铁的小高炉看起来像沙漏。

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  ▍鼓风炉示意图

  在今天的德国莱茵河谷,炼铁工人开发出了一个大约3米高的装置,底部放置了两个波纹管,以容纳更多的铁矿石和木炭。高炉保温性更加良好,铁吸收的碳也比以往任何时候都多,混合物变成铸铁,可以很容易地倒入模具中。

  这是中国的铸铁大师们已经练习了1700年的炼铁过程,只是容器换成了更大的锅。欧洲炼铁工人们在铸造地面上挖出沟渠,从长长的中央通道伸出,为液态铁腾出空间。这些橙红色战壕就像一窝窝新鲜出炉的烤鹅,因此诞生了一个绰号:生铁。

  冶铁方式的创新正好赶上了西方世界的战争。

13世纪大炮的发明和14世纪枪械的产生,让好战者对金属极其渴望。生铁可以直接倒入炮和枪管模具中,欧洲开始以前所未有的方式“复制”武器。

但铁的繁荣造成了一个问题。随着欧洲大国开始在全球范围内扩展其势力,他们消耗了大量的木材,既用于建造船只,也用于制造炼铁的木炭。根据《钢铁:从矿山到工厂》这本书,一台英国的窑炉每年需要大约97万平方米的树木。大英帝国转而向尚未开发的新世界寻求资源解决方案,并开始运送金属冶炼设备到大西洋彼岸的美国殖民地。但是,殖民地遍地开花的炼铁厂却摧毁了英格兰炼铁厂的生意。

  解决英国燃料问题的答案来自铸铁锅的制造商。亚伯拉罕·达比(Abraham Darby)童年时期大部分时间都在麦芽厂工作,而在18世纪早期,他记得他磨大麦时用到的一种技术:烧煤,一种可燃的化石。虽然其他人曾试图用煤冶炼铁,但达比是第一个将烧煤技术成功应用在冶炼时的人。烧煤产生的热能远远超过木炭,并允许铁匠可以制造更薄的生铁,说白了就是非常适合倒入枪模,从而加快武器的生产。

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  ▍煤炭产业至今都是很多国家的支柱型产业

  英格兰发现了用煤冶炼的力量,但它仍然没有被用来制造钢铁。

  五、钟表匠和坩埚

  本杰明·亨斯曼对铁感到沮丧,谢菲尔德的钟表匠们需要制造精巧的弹簧,而铁的弹性和坚固却无法满足。

  亨斯曼主业是钟表匠,副业是没有经过培训就上岗的眼外科医生,他对铁矿石进行了实验,并测试了不同的冶炼方法。最终他想出了一个与古印度使用粘土坩埚的方法非常类似的解决方案。然而,亨斯曼的技术和之前有两个关键的区别:他使用的是烧煤而不是烧木炭,而且他不是将燃料放入坩埚内,而是将铁和碳混合物加热到煤层上。

  他从冶炼厂制造的铸锭更均匀,更坚固,更不易碎,这是欧洲乃至世界当时所见过的最好的钢铁。到1770年,谢菲尔德成为国家钢铁制造业的支柱。七十年后,1840年前后,整个国家普及了这项技术,整个英格兰的钢铁产业变得光明。

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  ▍1851年,伦敦首届世界博览会情景,可见水晶宫顶大量的钢铁支架

  1851年,首届世界博览会在伦敦举行,这是万国的工业作品展。水晶宫是用铸铁和玻璃建造的,几乎所有内部框架​​都是用钢铁制成的。机车和蒸汽机,喷泉和灯柱,可以从熔融金属铸造的任何东西都在此展出,世界上从未见过这样的东西,人类文明大开眼界。

  六、贝塞麦的突破

  贝塞麦(Henry Bessemer)是一位英国工程师和发明家,因许多有趣的发明而闻名于世,包括金色的黄铜涂料,排版机的键盘和甘蔗破碎机。当克里米亚战争在19世纪50年代在东欧爆发时,他建造了一个新型的细长炮弹。他把它提供给了法国军队,但当时传统的铸铁大炮太脆而无法开火,一发射就炸膛的奇怪设定让法国士兵叫苦不迭,医院在当时收留了很多裆部被炸飞的可怜年轻人,贝塞麦意识到,只有钢这种强度,才能控制更大威力的火药爆炸。

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  ▍亨利·贝塞麦肖像

  坩埚炼钢过程太昂贵,无法生产像大炮一样大的物品,所以贝塞麦开始寻找一种大批量生产钢铁的方法。1856年的一天,他决定将生铁倒入容器中,而不是让它渗入沟内。一旦进入容器内,贝塞麦就会通过底部的穿孔喷射空气,所有人都静静等待着奇迹的发生,沉默了约10分钟,突然火花四溅,熔化的生铁从容器中爆裂出来。“快来人啊,老刘的裆又没了”,当混乱结束时,容器中留下的是无碳纯铁。

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  ▍EF Skinner的油画展示了由南约克郡Penistone钢厂的贝塞麦工艺生产的钢材(约绘于1916年)

  爆炸性冶炼虽然对于当时现场围观人群心理和生理的刺激久久难以磨灭,但当贝塞麦直接在融化的生铁上使用波纹管时,与空气中的氧结合的碳发生爆炸,留下纯铁,这种方法给了他以启发,也可通过添加含碳材料,如铁和锰的合金,使纯铁很容易变成优质钢材。

  贝塞麦建造了一台机器来执行这个程序:“贝塞麦转换器”。它的形状像一个鸡蛋,内部粘土衬里和实心钢外壳。在顶部,当空气冲入炉内时,一个小开口喷出10米多高的火焰,就像是盛开于大英帝国上空的美丽烟花,炫目却又短暂。

  围观的群众都说好,这种新方法在20分钟内生产了5吨钢,这种技术立即应用于整个英格兰的炼铁厂中。

  七、美国钢铁

  在大西洋的另一边,大量的铁矿石矿藏在美国荒野中尚未开发。1850年,美国的铁产量仅为英国的五分之一。但内战结束后,工业家们开始将注意力转向贝塞麦工艺的引进和改良,这引发了一个钢铁工业的变革,它将产生比1849年加州淘金热更多的财富。

  新技术、新能源、新工艺、新变革创造了新的财富积累方式。

  美国人在城市之间建造道路,在河流上建造桥梁,以及铺设在狂野西部中心的铁路轨道。

  安德鲁·卡内基想要建立一切。

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  安德鲁·卡内基肖像(存于美国国会图书馆)

  没有人像卡内基那样完成过美国梦。

  这位苏格兰移民在12岁时抵达美国,定居在匹兹堡的贫民区。卡内基刚开始时,在电报局担任青少年信使。有一天,宾夕法尼亚铁路公司的一位高级官员对这位辛勤工作的青少年印象深刻,聘请卡内基担任他的私人秘书。

  卡内基拥有商业头脑,在铁路行业中崭露头角,在此过程中进行了一系列的精明投资。后来他拥有一座桥梁建筑公司、铁路工厂、机车工厂和一些铁厂的股份。当南方联邦在1865年投降时,30岁的卡内基将注意力转向建造桥梁,他知道耐用的桥梁需要钢。

  在西德尼·托马斯(Sidney Thomas)用石灰基衬里改造贝塞麦转炉之前大约十年,卡内基将贝塞麦工艺带到了美国并购买了无磷铁来生产钢铁。他在宾夕法尼亚州霍姆斯特德建立了一家钢铁厂,为建筑师称为“摩天大楼”的新型建筑制造合金结构。1889年,卡内基的所有资产都以一个名称合并:卡内基钢铁公司。

到此时为止,卡内基钢铁公司生产的钢铁产量几乎是英国全国的一半。其他钢铁公司开始在全国各地兴起,创造了新的城镇,包括康涅狄格州的一个铁矿镇,名为“ 沙力卜 ”,纪念那位古代的铁器制造大神。

钢铁行业突然在美国达到了顶峰,但事情即将在卡内基的公司内发生转变。

  为了降低制造成本,卡内基公司用极低的工资,雇佣了大量童工、黑人和亚裔,1890年时,工人们每周工作84小时,工资不到10美元(合今天约200美元,约1300元人民币)。在热钢厂中,事故很常见,在匹兹堡,空气受到严重污染,到处都是红色的火焰和橙色的铁水,热气蒸腾,工人经常意外死亡,这幅情景让《大西洋月刊》的一位作家称这座钢铁城为“罪恶的地狱之城”。

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  从匹兹堡联合车站的屋顶向西北方向看情景(NASA)

1892年7月,卡内基钢铁公司和代表霍姆斯特德工厂工人的工会之间的关系紧张到了极点。公司主席亨利克莱·弗里克采取强硬立场,威胁要削减工资。这些工人焚烧了弗里克的肖像,弗里克随即用将近5千米长的带刺铁丝网围绕工厂作出回应。随后,工人与工厂间的敌对行动升级,工人们开始罢工,随后被大量解雇,人们给这座“围栏工厂”起了绰号:“弗里克堡”。

大约3000名罢工者控制了这座工厂,想迫使当地执法部门妥协。弗里克从平克顿侦探局雇佣了300名平头刺龙金链的打手来保护工厂,并于1892年7月6日上午发生枪击事件。打手们聚集在河岸边的船上,向工厂内投掷石块并开枪,试图登陆。而罢工者利用他们能找到的任何武器,心灵手巧的工人们凭借过硬的技术素养甚至做出了一些小型火炮,点燃炸药,轰的一下,灰飞烟灭,干死了半船。

  “大哥,不行,闹不过,你这得加钱啊,你他么没说过他们会玩炮啊”,打手头子向弗兰克提出建议。弗兰克也没想到这些都是些个能工巧匠,于是向当地军队请求支援。当一个8500人的国民警卫队营进入城镇并将工厂置于戒严之下时,秩序得以恢复。

  在这次冲突中,有10名工人遇难,打手们成了渣的无法统计。弗里克后来在他的办公室里,被一位同情罢工工人的无政府主义者行刺,但幸免于难。不久之后,他离开公司,1897年,卡内基聘请了一位名叫施瓦布(Charles M. Schwab)的工程师(不是Charles Schwab公司的创始人)担任新任总裁。1901年,施瓦布说服卡内基以4.8亿美元的价格收购了他自己的钢铁公司,施瓦布的新公司与其他工厂合并成为美国钢铁公司。

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  ▍关于这次罢工事件的绘画作品(存于美国国会图书馆)

  美国钢铁业继续爆发到20世纪。

  1873年,美国生产了22万吨钢材。

  1900年,美国钢铁产能是1140万吨,超过英国和德国工业的总和。

  新的美国钢铁公司是世界上最大的公司,生产美国全国三分之二的钢铁产能,这是一个前所未有的生产率,但危机也在逐渐来临。

  八、战争与和平

  与美国钢铁公司(US Steel)的分歧导致施瓦布找到一份新工作,主持另一家快速发展的公司:伯利恒钢铁公司(Bethlehem Steel)。

  1914年,也就是第一次世界大战前的两个月,施瓦布收到了英国战争办公室的秘密消息。几小时后,他通过假名买了一张穿越大西洋的机票。在欧洲,他会见了英国的战争国务卿,他希望能够获得大量订单。英国人希望伯利恒钢铁公司为英格兰建造4000万美元价值的武器,并且保证不与英国的敌人做生意。施瓦布接受了,并参加了接下来的会议,这次与英国海军部的首席大佬温斯顿·丘吉尔会面。丘吉尔列出了订单:立即,马上,快速,建造皇家海军潜艇,来对抗德国U型潜艇。

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  在船坞的英国E级潜艇(它于1918年5月10日在北海沉没,全员死亡)

  但施瓦布遇到了麻烦,美国的中立政策禁止国内公司向战争双方出售武器。伯利恒钢铁公司没有被吓倒,他将潜艇的部件送到蒙特利尔的一个装配厂,表面上是为了进行人道主义重建工作,美国的钢铁从此开始在同盟国的战争中发挥影响。

  当美国于1917年4月正式介入第一次世界大战时,中立政策的意义显然就消失了。1914年战争刚刚开始时,美国生产了2350万吨钢,比14年前钢产量的两倍还多。在1918年的战争结束时,产量再次增加了一倍。美国的钢铁使同盟国在打击协约国的战争中具有决定性的优势。

  战争结束后,美国炼钢业比以往任何时候都更加强大。充满艺术风格的塔楼开始在纽约和芝加哥的天际线中崭露头角,绝大多数钢铁来自两家公司:美国钢铁公司和伯利恒钢铁公司。洛克菲勒中心,华尔道夫酒店,乔治华盛顿大桥和金门大桥等标志性建筑均采用伯利恒钢材建造。1930年,该公司的钢铁进入了当时世界上最高的摩天大楼:克莱斯勒大厦。不到一年之后,由美国钢铁公司提供的6万吨钢铁建造的帝国大厦将比克莱斯勒高出一截,成为曼哈顿经久不衰的象征。

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  ▍帝国大厦正在建设中,背景是克莱斯勒大厦(欧文·布朗宁摄于1930年,现存于纽约历史学会)

  但建造摩天大楼并不是钢铁产能过剩引发的唯一创新。

  这些材料进入了汽车,家用电器和食品罐头生产领域。两家钢铁巨头资产价值高于福特和通用汽车公司。这是真正的钢铁时代,根据剧情需要,麻烦再次来临。

  在1929年美国股市崩盘之后,随着经济陷入大萧条,钢铁生产放缓。美国钢铁工人大量失业,但工厂未全部陷入黑暗,铁路仍然遍布全美各地,罐头食品仍然很受欢迎,随着禁酒令即将结束,出现了一种新的钢铁产品:20世纪30年代由Pabst推出的用于蓝带酿造的钢啤酒罐。

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  ▍这种包装从20世纪40年代初开始使用

  大萧条之后,战争引擎对于金属的狂热需求再次点燃了世界各地的钢铁铸造厂。

第二次世界爆发,德国占领了丹麦,挪威和法国的土地,获得了对新铁矿和钢厂的控制权。突然之间,纳粹能够生产出与美国一样多的钢铁。在东方,日本控制了中国东北地区的铁矿和煤矿。

当珍珠港袭击将美国带入第二次世界大战时,美国政府还在禁止生产大多数的钢铁消费品。世界上主要的工业化国家一头扎进世界大战,开始为几个唯一的目的配给钢铁:船只,坦克,枪支和飞机。

  美国工厂24小时不间断熔化金属,通常主要是女性劳动力。当战后经济再次开始繁荣,很快,美国钢铁的产量就比所有参战国家的总和还要高出三倍多。在二战期间,美国制造的钢材比一战期间的钢材多25倍。美国的钢铁在欧洲盟军的胜利中发挥了决定性的作用。

  战争结束后,美国解除了对钢铁消费品的禁令,此阶段世界上一半以上的钢材都是美国制造的,用于运输建材的汽车行业、家用电器、玩具和钢筋(钢筋)的市场利润率一如既往地充满诱惑。多余的战争机器,如船只和坦克在巨大的熔炉中熔化,生产出的钢材可以在桥梁和啤酒罐中重复使用。

  但在海外,迫切需要重建,并引进新的炼钢技术,即将帮助外国钢铁公司蓬勃发展。

  九、现代钢铁之路

  钢铁工厂在战争期间不停地生产,没有心思去完善冶炼钢的新技术。主要的技术变革,则发生在二战结束前的100年里,这个过程让美国最终成为世界钢铁之王。

  德国科学家和玻璃制造商威廉·西门子居住在英国,在1847年他可以通过回收废材燃烧的热量实现了来延长炉内达到峰值温度的时间。西门子建造了一个带有小型耐火砖管网的新型玻璃熔炉。

  这款熔炉花了将近20年才开始进入到冶金领域,在19世纪60年代,一位名叫皮埃尔·马丁的法国工程师完善了这一设计,并建造了一台西门子炉来冶炼铁。再循环的热量使金属液化的时间比贝塞麦工艺更长,从而使工人有更多的时间来添加更加精确的碳含量来制作铁合金,将材料转化为钢。而且由于额外的热量,甚至废钢也可以熔化。到世纪之交,西门子 - 马丁工艺,也被称为平炉工艺,已经在世界各地流行起来。

  跳到20世纪,一位名叫Robert Durrer的瑞士工程师找到了更好的方法。Durrer在纳粹德国教授冶金学。第二次世界大战结束后,他搬回瑞士并尝试了贝塞麦工艺,他将纯氧气吹入炉内(而不是空气,只有20%的氧气),并发现它可以更有效地从铁水中去除碳。该方法结合了贝塞麦和西门子 - 马丁炉的优点,得益于Durrer的创新,再次降低了生产大量钢材的成本。

  虽然欧洲和亚洲的国家立即采用了氧炼基本工艺,但仍然处于行业领先地位的美国钢厂坚持使用西门子 - 马丁工艺,并在不知不觉中为外国的竞争敞开大门。

  十、不锈钢与美国轧机的衰落

  1912年,一位名叫Harry Brearly的英国冶金学家正在寻找一种方法来延长枪管的使用寿命,他用铬和钢合金进行试验,发现含有一层铬的钢特别耐酸和耐蚀。

  Brearly开始向一位在餐具工作的朋友出售钢铬合金,称其为“不会生锈的钢”,这是一个特别理科的绰号。他的朋友欧内斯特·斯图尔特(Ernest Stuart)需要向公众出售刀具,他提出了一个更有吸引力的名字:不锈钢。

  一家名为维多利亚的公司正在为瑞士军队锻造钢刀,这种来自英国的新型防腐金属吸引了他。该公司迅速将其刀具中的金属改为“inox”,这是合金的另一个词,源自法语中的不锈钢,“inoxydable”维多利亚重新命名为“Victorinox”。今天,你很有可能用过他们生产的那种可以多用的红色小刀。

  不锈钢突然遍布全世界。防腐,闪烁的金属成为手术工具和家居用品的关键材料。克莱斯勒大厦顶部的轮毂盖由不锈钢制成,有助于它们在阳光下保持银色光泽。1959年,工人们在圣路易斯破土动工,建造了不锈钢大拱门,这座大拱门目前仍然是西半球最高的人造纪念碑。

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  圣路易斯的拱门高192米(由DANIEL SCHWEN拍摄)

但正如圣路易斯正在建设通往西方的门户一样,世界其他地区的产量正在逐步超越美国钢铁。到20世纪50年代,海外低工资和氧炼基本工艺的成熟使用,使得外国钢材比美国钢铁便宜,比如,钢铁工业受到更便宜的家用商品合金的影响:铝。

  1970年,美国钢铁公司成为全球最大的钢铁公司,几十年后被日本新日铁取代。中国在20世纪90年代成为世界顶级钢铁制造商,伯利恒钢铁公司于1995年关闭了位于伯利恒的工厂。直到20世纪末,大多数美国钢厂终于采用了氧炼基本工艺。根据世界钢铁协会的数据,截至2016年,美国钢铁产量全球排名第四。

终章、钢铁的可持续发展

世界上大部分的不锈钢都是小型作坊制造的。这些作坊遍布全球,它们不是从头开始制造钢,而是将废钢熔化以便再利用。小型轧机中最常见的炉是一种电弧炉,也是威廉·西门子公司发明的,原理是使用碳电极产生电荷以熔化金属。

  在过去的半个世纪中,小型钢厂的扩散是回收旧钢的关键一步,但要实现完全可持续的冶炼还有很长的路要走。众所周知,炼钢是温室气体的主要排放源之一。当今仍在广泛使用的氧炼基本工艺是在近一个世纪前开发的,当时气候变化的影响未进入到当时科学研究的主要方向。氧炼基本工艺仍然燃烧煤,排放的二氧化碳比电炉多四倍。

  今天,冶金学家正处于开发环保型钢铁生产方法的早期阶段。在麻省理工学院,研究人员正在测试用于冶炼金属的新型电力技术。这些电熔炼技术有可能显著减少温室气体的排放,如果它们可以改进,就可以处理具有更高熔点的金属,如铁和钢。

  值得注意的是,中国政府在近两年内对全国的钢铁产业实施了限制和整改,而讽刺的是,作为世界第二大温室气体排放国,美国在2017年6月1日退出了《巴黎协定》,显然,环保行业目前来看,并不会产生足够打动美国的利润。

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