時(shí)勢(shì)造英雄

李明洋

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展歷程伴隨著一系列的發(fā)明與發(fā)現(xiàn)，每一次發(fā)明或發(fā)現(xiàn)的背后都可能有著一段讓人津津樂(lè)道的故事。這些故事經(jīng)過(guò)作家的修飾和媒體的傳播，往往演變成一段段傳奇。比如我們小時(shí)候聽(tīng)到耳朵起繭的“牛頓的蘋(píng)果”、“瓦特的茶壺”、“愛(ài)因斯坦的小板凳”……這些故事都非常有趣，能讓小孩子們對(duì)科學(xué)技術(shù)產(chǎn)生好奇。不過(guò)作為成年人，我們所需要的不再是這種激發(fā)孩童向往科學(xué)的故事，而是真實(shí)的歷史。

關(guān)于不銹鋼的發(fā)明，也曾有過(guò)類(lèi)似的故事。據(jù)說(shuō)英國(guó)人哈利·布雷爾利（Harry Brearley，1871-1948）承接了為英國(guó)軍方研制耐磨耐高溫的炮管鋼材，但在試驗(yàn)了無(wú)數(shù)種成分的鋼材后一無(wú)所獲。有一天，布雷爾利決定把丟棄在院子一角的試驗(yàn)品清理一下，結(jié)果在一堆銹跡斑斑的鋼材中發(fā)現(xiàn)了一塊锃光瓦亮、毫無(wú)銹跡的鋼材——不銹鋼就這樣誕生了！講述這個(gè)故事的人或許希望借此展現(xiàn)科學(xué)研究的偶然性以及人生的戲劇性，或許也希望讀到這個(gè)故事的人不要放過(guò)生活中任何一個(gè)可能的機(jī)會(huì)。不過(guò)，真實(shí)的歷史遠(yuǎn)比勵(lì)志的故事來(lái)得復(fù)雜，偶然性的背后有著時(shí)代的必然，戲劇性的背后也有著辛勤的汗水。

無(wú)心插柳還是有意栽花？

1913年8月20日，本是一個(gè)再普通不過(guò)的夏日。然而，多年以后，當(dāng)退休在家的布雷爾利書(shū)寫(xiě)自傳的時(shí)候，他一定會(huì)回憶起這個(gè)日子，回憶起他在顯微鏡下觀察樣品的那一瞬間。

時(shí)間要再往前倒退6年。1907年，謝菲爾德2家相鄰的鋼鐵企業(yè)——托馬斯·弗思公司（Thomas Firth & Sons）和約翰·布朗公司（JohnBrown & Company）合資建立了弗思-布朗研究室（Firth Brown Research Laboratories），并聘請(qǐng)當(dāng)時(shí)年僅36歲的布雷爾利擔(dān)任第一任研究室主任。布雷爾利得到雇主的極大信任，他被賦予絕對(duì)自主的權(quán)力，可以自由選擇研究方向，甚至可以拒絕任何他不感興趣的課題。

1912年5月，布雷爾利造訪了位于倫敦北郊恩菲爾德（Enfield）的英國(guó)皇家輕武器工廠（Royal Small Arms Factory，RSAF Enfield）。這座工廠始建于1816年，百年來(lái)一直致力于軍用火槍、步槍和佩劍的生產(chǎn)及研發(fā)。大名鼎鼎的李-恩菲爾德步槍?zhuān)↙ee-Enfield Rifle）就是由該廠設(shè)計(jì)制造的。這種步槍作為英軍的制式步槍?zhuān)钡蕉?zhàn)之后仍在裝備軍隊(duì)。然而，盡管該廠的工程師們?cè)诓綐屧O(shè)計(jì)上大獲成功，但有一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題始終困擾著他們——槍管的壽命。射擊是一個(gè)在極短時(shí)間內(nèi)完成的簡(jiǎn)單動(dòng)作，但就是在這看似簡(jiǎn)單的過(guò)程中，槍管內(nèi)發(fā)生了劇烈的變化，產(chǎn)生了高溫高壓的環(huán)境，甚至還留下了一些殘留物。在這種極端條件下，槍管的內(nèi)壁非常容易被磨損、燒蝕和堵塞，從而導(dǎo)致其壽命的縮短。布雷爾利此次造訪，也正是為了解決這一問(wèn)題。

根據(jù)過(guò)去研究鉻鋼的經(jīng)驗(yàn)，布雷爾利認(rèn)為鉻含量較高的鋼很可能是解決這一問(wèn)題的方案，因?yàn)殂t鋼往往具有較好的耐蝕性，在當(dāng)時(shí)已經(jīng)被用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣閥。為了確定性能最優(yōu)的鉻鋼的成分，布雷爾利制作了一系列鉻含量在6%～15%之間且具有一定碳濃度梯度的鉻鋼。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的試驗(yàn)，終于在1913年8月20日這一天，當(dāng)布雷爾利將編號(hào)為1008，含鉻12.8%、含碳0.24%、含錳0.44%、含硅0.20%的鋼樣置于金相顯微鏡下之時(shí)，他驚喜地發(fā)現(xiàn)這種材料幾乎沒(méi)有被硝酸腐蝕。而這就是后來(lái)被稱(chēng)為“不銹鋼”的材料。

布雷爾利發(fā)現(xiàn)不銹鋼絕不像很多故事里描述的那樣是無(wú)意、巧合、偶然的，而是他根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)通過(guò)長(zhǎng)期試驗(yàn)獲得的結(jié)果。將這一偉大發(fā)現(xiàn)歸功于運(yùn)氣是對(duì)布雷爾利工作的不尊重；當(dāng)然，如果僅僅歸功于布雷爾利，同樣也是對(duì)前人工作的不尊重，因?yàn)樗钦驹诰奕说募绨蛏稀?/p>

站在巨人的肩膀上

早在1797年，法國(guó)化學(xué)家沃克蘭（LouisNicholas Vauquelin）就在來(lái)自西伯利亞的紅鉛礦中發(fā)現(xiàn)了鉻的氧化物，并于第2年提取了鉻單質(zhì)。他將其命名為“chromium”，這是一個(gè)源自希臘語(yǔ)“chromos”的單詞，意為“色彩”，因?yàn)殂t的化合物有著各種各樣的顏色。

鉻被發(fā)現(xiàn)后就迅速進(jìn)入了法拉第（Michael Faraday）的視野。眾所周知，法拉第以他在電磁學(xué)方面的研究而著稱(chēng)，不過(guò)他同時(shí)也是合金鋼研究的先驅(qū)者。他嘗試著將各種金屬元素添加到鋼鐵中，包括銀、鉑、銠、鎳、鉻等，了解它們對(duì)于鋼鐵性能的影響。不過(guò)，他最多只添加過(guò)3%的鉻，發(fā)現(xiàn)對(duì)于切削性能有所提升，但沒(méi)有表現(xiàn)出明顯的抗蝕性。

沃克蘭的發(fā)現(xiàn)和法拉第的早期研究不過(guò)是人類(lèi)利用鉻元素改善鋼鐵性能的開(kāi)始。真正實(shí)現(xiàn)了工業(yè)應(yīng)用的是法國(guó)人貝爾蒂埃（Pierre Berthier）。他于1821年發(fā)現(xiàn)了鉻鐵的耐腐蝕性，并且通過(guò)將木炭、氧化鐵和氧化鉻在坩堝中混合加熱進(jìn)行生產(chǎn)。貝爾蒂埃甚至提出可以將鉻鐵用于制作餐具——這與一個(gè)世紀(jì)后的布雷爾利不謀而合。不過(guò)，由于當(dāng)時(shí)的冶煉技術(shù)的局限，生產(chǎn)出來(lái)的合金具有較高的含碳量，脆性較大而難以利用。

直到冶金學(xué)家們掌握了煉鋼的方法之后，對(duì)鉻鋼的研究才盛行起來(lái)，在19世紀(jì)末20世紀(jì)初形成了一股潮流。1892年，英國(guó)冶金學(xué)家哈德菲爾德（Sir Robert A. Hadfield）探究了含鉻1%～9%、含碳1%～2%的鉻鋼在硫酸中的溶解情況。1895年，德國(guó)人戈德施密特（Hans Goldschmidt）發(fā)明了一種生產(chǎn)低碳鉻的專(zhuān)利。在20世紀(jì)的前10年中，法國(guó)人吉耶（Leon Guillet）和波特萬(wàn)（Albert Portevin）、英國(guó)人吉森（W.Giesen）、德國(guó)人蒙納爾茨（PhilipMonnartz）和博徹斯（W. Borchers）等一批科學(xué)家和工程師的努力促進(jìn)了人類(lèi)對(duì)鉻鋼的了解和應(yīng)用。幾乎與布雷爾利的發(fā)現(xiàn)同時(shí)，其他品種的不銹鋼也被各國(guó)的冶金學(xué)家開(kāi)發(fā)出來(lái)：德國(guó)克虜伯（Krupp）的毛雷爾（E.Maurer和施特勞斯（B. Strauss）開(kāi)發(fā)了含碳低于1%、含鉻15%～40%、含鎳20%的奧氏體不銹鋼；美國(guó)的丹齊曾（C.Dantsizen）開(kāi)發(fā)了含鉻14%～16%、含碳 0.07%～0.15%的鐵素體不銹鋼……歷史的洪流滾滾向前。隨著時(shí)間推移，研究不斷深入，不銹鋼不再只是某一種材料，而成為一個(gè)擁有多個(gè)系列的大家族。布雷爾利的發(fā)現(xiàn)，正是歷史浪潮之巔最耀眼的浪花。

方興未艾的工業(yè)研發(fā)

盡管在布雷爾利之前和同時(shí)有很多人都在對(duì)鉻鋼進(jìn)行研究，其中不少人也發(fā)現(xiàn)了鉻鋼良好的耐蝕性能，特別是本文前面提及的那些名字，都是在不銹鋼發(fā)展史上值得書(shū)寫(xiě)的人。但如今我們說(shuō)起“不銹鋼之父”，卻都毫無(wú)例外地指向了布雷爾利。最主要的原因在于，布雷爾利是真正意識(shí)到不銹鋼的商業(yè)價(jià)值的人，也正是他將不銹鋼從實(shí)驗(yàn)室推向了生產(chǎn)線，進(jìn)而推向千家萬(wàn)戶(hù)。

在1913年那次驚喜的發(fā)現(xiàn)之后，布雷爾利很快將這種材料制成槍管，送交恩菲爾德皇家輕武器工廠進(jìn)行測(cè)試。不過(guò)很遺憾的是，盡管新發(fā)現(xiàn)的材料能夠很好地抵抗酸性溶液的腐蝕，但面對(duì)槍炮射擊時(shí)的惡劣環(huán)境仍然是無(wú)能為力，無(wú)法作為槍管用鋼。這樣的結(jié)果，對(duì)于一位科研人員而言或許意味著項(xiàng)目的失敗，需要考慮的是調(diào)整思路從頭再來(lái)。但布雷爾利卻敏銳地聯(lián)想到這種材料在餐具制造業(yè)中的前景，而他所在的謝菲爾德，正是英國(guó)餐具制造業(yè)的中心。碰了幾次灰之后，布雷爾利得到了莫斯萊公司（Messrs.R.E. Moseley）的老板斯圖爾特（Ernest Stuart）的支持，這種材料也正式被命名為“不銹鋼”（stainless steel）。很快，不銹鋼制的餐刀進(jìn)入了市場(chǎng)，并且迅速得到了謝菲爾德地區(qū)的認(rèn)可。隨著大批訂單涌入斯圖爾特的工廠，其他的生產(chǎn)商也紛紛加入這一領(lǐng)域。不銹鋼一時(shí)成為刀具廠商和鋼鐵廠商中間最火熱的話題。

從實(shí)驗(yàn)室到餐桌，不銹鋼的產(chǎn)業(yè)化只用了一年的時(shí)間。這在各行各業(yè)的研發(fā)（R&D）已經(jīng)十分普遍的現(xiàn)代人看來(lái)似乎毫不意外，但對(duì)于20世紀(jì)初的鋼鐵工業(yè)而言，卻幾乎是天方夜譚。在當(dāng)時(shí)，企業(yè)在內(nèi)部設(shè)立用于研發(fā)的實(shí)驗(yàn)室，還算是比較新鮮的事物。原先的技術(shù)創(chuàng)新，或者是來(lái)源于科學(xué)家的個(gè)人興趣，或者是基于工匠的經(jīng)驗(yàn)積累。但是在2次工業(yè)革命的刺激下，人們逐漸認(rèn)識(shí)到科學(xué)知識(shí)的“有效性”，于是科學(xué)家開(kāi)始向產(chǎn)業(yè)界發(fā)展，實(shí)業(yè)家也開(kāi)始有意識(shí)地資助研究和教育。學(xué)者和工匠終于走到一起，思考共同關(guān)注的技術(shù)難題。從19世紀(jì)下半葉開(kāi)始，法國(guó)和德國(guó)的化工企業(yè)就開(kāi)始建立自己的工業(yè)實(shí)驗(yàn)室。鋼鐵企業(yè)相對(duì)有所滯后，因?yàn)橐苯饘W(xué)的理論發(fā)展得相對(duì)較晚。不過(guò)“鋼鐵之都”謝菲爾德卻是緊跟時(shí)代潮流的。盡管在世紀(jì)之交，英國(guó)的鋼鐵產(chǎn)量先后被美國(guó)和德國(guó)趕超，但謝菲爾德的鋼鐵企業(yè)卻在特種鋼領(lǐng)域一枝獨(dú)秀，始終保持著世界領(lǐng)先的地位，這與其在研發(fā)和教育上的持續(xù)投入是密不可分的。布雷爾利所在的弗思-布朗研究室就是謝菲爾德的縮影。也只有謝菲爾德成熟的產(chǎn)業(yè)環(huán)境才允許布雷爾利迅速將不銹鋼投入生產(chǎn)，而德國(guó)和美國(guó)的研究者們只能望塵莫及。

自學(xué)成才的冶金學(xué)家

一個(gè)人的命運(yùn)，當(dāng)然要考慮到歷史的進(jìn)程，但是個(gè)人的奮斗也同樣不容忽視。布雷爾利并不是唯一研究鉻鋼或者鋼鐵耐蝕問(wèn)題的冶金學(xué)家，但最后獲得商業(yè)成功的卻只有他一人。因此，在分析完不銹鋼產(chǎn)生的時(shí)代背景之后，我們很有必要檢視一下布雷爾利的人生軌跡，這其中或許就隱藏著他成功的奧秘。

布雷爾利出生在一個(gè)鋼鐵“世家”，祖父是鄉(xiāng)下的鐵匠，父親是鋼鐵廠的工人。由于家境困難，作為家中9個(gè)孩子里的第8個(gè)，他幾乎沒(méi)有接受過(guò)正規(guī)的教育，而是從小就出沒(méi)于車(chē)間，很早就接觸到了鋼鐵行業(yè)的方方面面。到12歲時(shí)，布雷爾利有了一份正式的工作——在弗思公司的實(shí)驗(yàn)室里清洗容器。在此期間，他得到了化學(xué)分析師泰勒（James Taylor）的賞識(shí)。在泰勒的影響和鼓勵(lì)下，他開(kāi)始去上夜校，并重新拿起了書(shū)本，開(kāi)始學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)和化學(xué)，并最終成為實(shí)驗(yàn)室的助理。從這里開(kāi)始，布雷爾利逐漸成長(zhǎng)為專(zhuān)業(yè)的化學(xué)分析師，寫(xiě)出了自己的專(zhuān)著，創(chuàng)立了自己的小公司，負(fù)責(zé)管理一個(gè)工業(yè)實(shí)驗(yàn)室，并在這里做出了他此生最偉大的工作——發(fā)現(xiàn)不銹鋼。

今天，我們很難相信一個(gè)自學(xué)成才的人能夠做出什么驚人的發(fā)現(xiàn)，因?yàn)槿缃竦目茖W(xué)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了一個(gè)高度專(zhuān)門(mén)化的階段，未經(jīng)高等教育的人完全不可能像布雷爾利一樣“逆襲”，從清潔工一躍成為研發(fā)主管。然而，這些非同一般的經(jīng)歷卻讓布雷爾利具備了一些科班出身的科學(xué)家或工程師所不具備的特質(zhì)。最首要的一點(diǎn)是他開(kāi)闊的思維。我們已經(jīng)知道有很多人都在研究鉻鋼并發(fā)現(xiàn)其耐腐蝕的性質(zhì)，卻極少有人將這種性質(zhì)與不生銹聯(lián)系在一起。實(shí)際上，直到一戰(zhàn)前后，人們?nèi)匀徽J(rèn)為鋼鐵的銹蝕是不可避免的，認(rèn)為這是一種自然的屬性，甚至很多資深的冶金學(xué)家也抱有同樣的觀點(diǎn)。餐具的使用者們也覺(jué)得清除餐具表面的銹跡是一件再正常不過(guò)的事情，而廠商則認(rèn)為使用不銹鋼制造餐具會(huì)使得商品的需求量大大降低。這也是布雷爾利最初想要將不銹鋼產(chǎn)業(yè)化時(shí)碰壁的重要原因。從這里同樣可以看出，布雷爾利的成功絕非偶然的靈光一現(xiàn)，如果沒(méi)有他在工業(yè)界長(zhǎng)期積累的經(jīng)驗(yàn)，如果沒(méi)有他的堅(jiān)持和爭(zhēng)取，不銹鋼也很難如此迅速地進(jìn)入市場(chǎng)。布雷爾利身上的另一種特質(zhì)，是他對(duì)于實(shí)踐的高度重視。

作為一個(gè)自學(xué)成才的冶金學(xué)家，布雷爾利其實(shí)是不大看得上學(xué)院派的，反倒是對(duì)像他祖父和父親那樣工作在生產(chǎn)一線的勞動(dòng)者更加尊重。他在工作中試圖將科學(xué)方法和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)結(jié)合起來(lái)，一方面他會(huì)關(guān)注最新的冶金學(xué)和金相學(xué)的進(jìn)展，在他自己撰寫(xiě)的專(zhuān)著中也會(huì)加以介紹；另一方面他也充分利用自己從澆鑄工人那里學(xué)到的經(jīng)驗(yàn)作出判斷。在莫斯萊公司的泰勒支持布雷爾利進(jìn)行不銹鋼餐具生產(chǎn)的期間，曾出現(xiàn)過(guò)2次質(zhì)量問(wèn)題，但布雷爾利根據(jù)自己對(duì)于熱處理溫度的精確把握，順利地解決了產(chǎn)品的脆性問(wèn)題。

在冶金史上，布雷爾利或許是對(duì)人類(lèi)的日常生活產(chǎn)生影響最大的冶金學(xué)家。他的成就得到了時(shí)人的認(rèn)可，也得到了后輩的紀(jì)念。1920年，布雷爾利曾被授予貝塞麥金質(zhì)獎(jiǎng)?wù)?，這是冶金領(lǐng)域的最高榮譽(yù)。1939年，謝菲爾德市授予他榮譽(yù)市民的稱(chēng)號(hào)。如今，在謝菲爾德的唐谷體育場(chǎng)（Don Valley Stadium）附近還矗立著一座以哈利·布雷爾利命名的日晷，代表著謝菲爾德對(duì)他的紀(jì)念。如果您有機(jī)會(huì)見(jiàn)到這座日晷，希望您到時(shí)候想到的不是“這家伙真幸運(yùn)”，而是能感慨道是“偉大的時(shí)代造就了偉大的人”。

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