接下來就是煉鋼了。
高爐、鼓風機、水力鍛錘、炒鐵爐,這些東西還在楊德思的認知內,但煉鋼法的改進還是讓楊德思吃驚不已,雖然以前听楊思辰詳詳細細地說過,但親眼看到卻是另一番感悟了。
楊思辰用高鋁粘土燒制了很多大土鍋,水泥磚窯場的主管徐財旺,以前曾在瓷窯干過,這事兒他是當仁不讓。先把粘土粉碎加水過篩成細泥,再像塑瓷胎那樣在飛速旋轉的木盤上手工成型,最後放到專門的高溫窯中燒制十個小時,土鍋就新鮮出爐了。
只是楊德思不明白,這些土鍋子能拿來煉鋼嗎?那不和炒菜差不多了。
明代的鋼,主要有炒鋼、百煉鋼、灌鋼三種工藝。
炒鋼實際上就是炒鐵,楊思辰那炒鐵爐就能生產,其實出的主要是熟鐵,還有少量中低碳鋼,質量很不穩定;百煉鋼用炒鋼作為原料,加熱後反復折疊鍛打,或用數種成分不同的原料反復疊鍛得到的,工藝復雜成本高,只適合制造寶刀寶劍;灌鋼法在《夢溪筆談》有記載︰「世間鍛鐵所謂鋼鐵者,用柔鐵屈盤之,乃以生鐵陷其間,封泥煉之。鍛令相入,謂之團鋼,亦謂之灌鋼。」
這三種煉鋼工藝都不適合大規模工業化生產鋼鐵。
楊思辰要煉的,是坩堝鋼。自從ch n秋時發明坩堝煉鋼法以來,到漢朝最為興盛,正是用坩堝煉鋼法煉出的鋼鐵制成堅固的魚鱗甲、鋒利的環首刀,才有了戰無不勝的大漢軍,才有了將匈奴從蒙古高原打到歐洲的輝煌勝利,才有了「犯漢者,雖遠必誅」的赫赫聲威!
也許是五胡亂華的動蕩和屠殺,也許是其它什麼莫名其妙的原因,坩堝法在南北朝的時候在華夏失傳了,反而牆內開花牆外香,在印度得到發展,印度阿三們用此法煉制的烏茲鋼,制作的大馬士革軍刀鋒利無比,曾經斬下無數東征的十字軍的頭顱。
坩堝鋼硬度相當大,同時韌x ng和經過反復鍛打的水紋鋼相比好得多。可以鍛壓成整體式板甲,經過高溫回火後即可使用,相比這個時代的魚鱗甲,在防護x ng能不變的情況下重量卻只有後者的三分之一!
華夏傳統制弓以干、角、筋、膠、絲、漆,合稱「六材」︰「干也者,以為遠也;角也者,以為疾也;筋也者,以為深也;膠也者,以為和也;絲也者,以為固也;漆也者,以為受霜露也。
干,包括多種木材和竹材,用以制作弓臂的主體,多層疊合。干材的x ng能,對弓的x ng能起決定x ng的作用。干材以柘木為上,次有檍木、柞樹等,竹為下。角,即動物角,制成薄片狀,貼于弓臂的內側。制弓主用牛角,以本白、中青、未豐之角為佳;「角長二尺有五寸,三s 不失理.謂之牛戴牛」,這是最佳的角材(一只角的價格就相當于一頭牛,故稱之為牛戴牛)。筋,即動物的肌腱,貼博于弓臂的外側。筋和角的作用.都是增強弓臂的彈力,使箭sh 出時更加勁疾,中物更加深入。選筋要小者成條而長,大者圓勻潤澤。膠,即動物膠,用以粘合干材和角筋。《考工記》中推薦鹿膠、馬膠、牛膠、鼠膠、魚膠、犀膠等六種膠。膠的制備方法一般是把獸皮和其他動物組織放在水里滾煮,或加少量石灰堿,然後過濾、蒸濃而成。據後世制弓術的經驗,以魚組織、特別是齶內皮和魚膘制得的魚膠最為優良。這個時代的華夏弓匠用魚膠制作弓的重要部位,即承力之處.而將獸皮膠用于不太重要的地方,如包覆表皮。絲,即絲線,將傅角被筋的弓管用絲線緊密纏繞,使之更為牢固。擇絲須s 澤光鮮,如在水中一樣。漆,將制好的弓臂涂上漆,以防霜露濕氣的侵蝕,而且要求擇漆須s 清。
這樣制作一張弓往往需要半年時間,而且成本高昂。
往共析鋼里加入錳(軟錳即二氧化錳是很容易找的,即把軟錳添進鋼里一起煉制),含量按重量算大概千分之五到千分之八,即可得到上好的彈簧鋼。這樣的彈簧鋼經過熱鍛後慢速冷卻,再經過中溫回火,便可以使x ng能進一步優化。鋼材先經人工鍛打出大致的形狀,然後趁熱用鍛床鍛壓,可一次成型壓出弓臂,然後再進行後續熱處理,最後冷卻掛弦制成鋼弓,威力比傳統工藝制作的木制復合弓還要強悍,大批量生產後成本卻只有後者的六分之一,同時耗費工時大概只有後者的四十分之一!
至于弩,則是一種冷兵器時代重要的遠程武器,它是從弓發展而來,但比弓威力更強悍,sh 程更遠,在華夏數千年的古代戰爭中被大量運用,直到火器出現後。漢朝弩的強度以「石」來計算。張弓引滿一石的弩相當提起一石(約三十千克)重物所用的力。據漢簡和古文獻記載,漢弩分一、三、四、五、六、七、八、十石諸種。漢弩的強度都要經過嚴格校驗,在居延漢簡中曾發現過檢驗已受損傷的弩的強度的記錄,其中十石弩又稱為大黃弩、黃肩弩或大黃力弩,強度最大。參據《夢溪筆談》所記的宋朝一種蹶張的「偏架弩」估算,漢朝強弩的sh 程可達一百三十丈左右。漢朝名將李廣于公元前一百二十一年與匈奴作戰時,在眾寡懸殊的情況下,以大黃弩sh 殺對方將領而扭轉戰局。大漢帝國甚至還組成了以弩手為主的步兵兵團——「材官」,其最高統帥的官號有的就稱「強弩將軍」。
然而由于弩的發sh 比較費時,而且持弩的士兵又不便兼用其他武器,所以弩手常在其他士兵掩護下編成「上弩」、「進弩」、「發弩」等組,輪番連續發sh 。在「守隘塞口」中,更能發揮其威力。
南北朝以後騎兵大規模縱橫馳騁之時,由于強弩不便在馬背上使用,遂逐漸衰落。明朝以後,由于火器迅速發展,弩不再受重視。《天工開物》中甚至認為弩是「守營兵器,不利行陣」。
不過按宋代神臂弩四石六斗拉力,一尺三分的做功距離,這樣的大弩,大約可以使二十多克的箭可以達到140~150m/s的初速度——這相當于這個時代的火槍彈丸初速的四五成左右。
為了盡量減少迎風面積以減少阻力,同時在限制箭體的長度的情況下增加箭體的質量,箭幾乎全部由鋼鐵直接加工而成。
楊思辰計算過16~26g的箭的各種情況,照這些數據,神臂弩的作戰能力不比這個時代的火槍差多少。從不過後勤補給和訓練成本的角度來看,裝備弩遠比裝備這個時代的火槍劃算得多,而且弩和弓箭是一脈相承的,會開弓就會用弩,單單這一點上,就使得士兵的訓練時間就比火槍短得多。
楊思辰按照後世思路設計的鋼弩的x ng能就更不用說了——sh 速比這個時代的火槍快一倍以上,有效sh 程更是達到了一百七十丈,比這個時代最好的火槍要遠一倍半還多!滑膛燧發槍的sh 程雖然能達到四百米,但是一百米以外幾乎沒有j ng度可言,對付二百米左右的目標就算是排槍sh 擊也不能保證殺傷力。
而參照後世解放軍著名的肉搏利器——三稜軍刺改進的三稜破甲箭在中遠sh 程上的威力甚至比這個時代的火槍子彈還大!
不過現在楊家鐵廠還沒有鍛床,自然是不能制造鋼弩,不過打造些刀劍問題不大。
…………
石灰、碳粉、鐵片,全裝在坩堝里,像是盤披薩餅。被送進了烘箱,哦不,是耐火磚做的坩堝爐。底部進風,頂部煙囪抽風,煤炭堆到坩堝四周——燃料和鋼鐵不接觸,所以使用便宜的煤炭。點火之後兩個時辰,鐵片完全化作了鋼水,和碳粉融為一體;造渣用的石灰粒浮在鋼水的表面,把磷、硫等有害物質盡可能的吸附到自己身上。
等它自然冷卻,連鍋端出來,把坩堝砸碎,敲掉鋼渣,得到了非常純淨的鋼餅。這是碳含量被嚴格控制在0.77%左右的共析鋼,它在紅熱狀態下自然冷卻,到723攝氏度時內部生成多邊形珠光體組織,片狀的鐵素體和滲碳體平行排列,從金相學上看,其強度硬度和加工x ng能都很優秀,特別適合調質。
「從鋼錠上截下一塊,直接打成劍,不用百煉疊鍛。」
曹素遵照楊思辰的指示,很快打出了劍型——不用百煉法,直接成型的速度快的很。
該淬火了。曹素夾起鋼劍,準備像師父那樣局部淬火,只把劍刃放進水里。
「全放進去。」楊思辰說道。
曹素回頭一看,楊思辰的神情不容置疑,他一狠心,把劍全放進水里。
「嘶—」的一聲響,一半是紅熱的鋼劍激起的水蒸氣,一半是圍觀工人們倒抽一口涼氣︰剛才那打成劍的鋼餅,人人都看出是舉世無雙的好鋼,但楊思辰不許多層疊鍛,不能成百煉鋼,大家都有點惋惜;現在看到這麼淬火,這劍必然發脆,一旦與其他兵刃相踫,非常容易斷碎。豈不是浪費一塊好鋼了麼?真是暴殄天物啊!
難道,楊大少爺還有回天之術?大家有點不甘心,盼著楊思辰再出妙招。直到楊思辰命令把鍛爐熄滅了,眾人這才死心,哀嘆著慢慢散去。
正在此時,只見楊思辰c o起劍胚插到已經熄滅的爐火中,攪動幾下又拿出來。「好了,現在可以拿去打磨開鋒,絕對是一柄神兵利器。」楊思辰說著,臉上露出了神秘的微笑。
這、這是什麼意思?張驢兒將信將疑的拿到砂輪機上,一邊澆水避免退火,一邊打磨開鋒。不一會兒,粗磨出了鋒刃,楊思辰急著試驗,讓他不用細磨了,安上個簡易的劍柄就和楊德思打制的百煉寶劍互斫。
百煉寶劍匹練也似地森森劍光。向楊思辰手上地丑劍卷去。兩劍相交。只听得「叮當」一聲響。半截兒劍尖墜于地上
百煉寶劍啊!百煉!自干將莫邪以來,制劍師的最高頂峰,就這麼輕而易舉的被踩在腳下了?楊德思愣愣的看著斷掉的百煉劍,一時痴了。
作為生活在二十一世紀這個知識大爆炸的時代的人,楊思辰很容易發現百煉鋼存在的致命缺陷。
鋼的軟硬,與碳素密切相關,含碳量高則硬,低則軟。刀劍兵器,最理想的情況是外硬內軟,外硬則刃口鋒利,內軟則劍身彈x ng好、不易折斷。偏偏百煉鋼在反復鍛打過程中,鋼鐵外層接觸空氣,碳被氧化,鋼質因碳素降低而變軟;內部不與氧氣接觸,碳素減少得不多。如此一來,形成外軟內硬的結構,刃口軟不夠鋒利,劍身脆硬而不夠強韌。
誠然,百煉鍛打有助于除去鋼鐵內部的渣滓,減少殘留渣滓的尺寸,從而使其成分趨于均勻,組織趨于致密,細化晶粒,改善鋼的x ng能;但是含碳量分布不協調,是它不可避免的缺陷。聰明的華夏工匠用局部淬火部分解決了這個難題——鋼件經過淬火,從金相學上看,維氏硬度400左右的奧氏體,轉變為1000左右的馬氏體,簡單的說,就是變硬了。
楊德思打成鋼劍,淬火時,他穩穩的平夾劍身,只把劍尖和兩側的刃部浸入水中,一陣白霧滋滋響著騰起,這樣就只有鋒刃部經過淬火變硬,劍脊仍然相對柔軟,這樣就得到了外硬內軟的寶劍。
百煉鋼加工中反復折疊鍛打,層與層之間形成了氧化膜,多次折疊又造成金屬疲勞,所以鋒利的同時,也變得很脆,經不起大力踫撞。而共析鋼在淬火中形成堅硬的馬氏體,硬度極高;楊思辰在爐火熄滅後把劍插進去,使劍身加溫到500-600度,這叫做回火。淬火後回火,鋼鐵內部形成回火索氏體,變得更加堅固、強韌、鋒利無匹。這種將淬火和高溫回火綜合在一起的熱處理工藝,叫做調質。
經過調質處理的共析鋼,和百煉鋼相比,在技術上超越了兩千年,他們的踫撞會有什麼樣的結果,不言而喻。
楊思辰把這些知識用這些普通鐵匠听得懂的語言,教授給這些鋼鐵廠工人。大家都豎起耳朵,唯恐听漏了一個字,像楊德思這種站在本時代冶煉技術算是頂尖的人物,更是眼前豁然開朗,覺得楊思辰替自己打開了一扇全新的度