原來(lái)，你是這樣的鐵

幾乎在任何地方，鐵都不能缺席。我們住的房子，開(kāi)的汽車，所有的鐵路、橋梁的建造，都離不開(kāi)鐵。鐵是目前開(kāi)采量排名第一的金屬。鐵還要忙于維持生命，因?yàn)殍F在血紅蛋白中負(fù)責(zé)運(yùn)輸氧氣。有趣的是，如果把鐵看成一種材料，人類歷史上幾乎有99%的時(shí)間都不知道怎么利用它，也不懂得怎么加工。其中的原因或許是，最早被發(fā)現(xiàn)的鐵根本就不屬于地球，而是遙遠(yuǎn)的太空。

來(lái)自星星的鐵

鐵形成于恒星的核聚變，這是一種需要在極高的溫度和壓力下才會(huì)發(fā)生的反應(yīng)。隨著恒星死亡，它鍛造出的鐵就拋灑到太空中去。有些鐵成了小行星的一部分，砸到地球上，就被我們的祖先給撿到了。那些隕石往往是鐵和另一種叫鎳的金屬的合金。這樣的隕石烏黑發(fā)亮，不管落在哪里都很難被忽視。鐵是第一種自然存在的特別堅(jiān)硬的東西，石頭和青銅都不是它的對(duì)手，在古代世界價(jià)值極高。法老圖坦卡蒙下葬的時(shí)候，一把鐵質(zhì)匕首和他埋在了一起，匕首的刀刃就是來(lái)自太空的隕鐵做的。物以稀為貴，黃金一度都比鐵便宜。

地球是個(gè)大鐵球

把鐵當(dāng)作珠寶的日子沒(méi)持續(xù)多久，因?yàn)殍F遠(yuǎn)沒(méi)有人們想得那么稀有?，F(xiàn)在我們對(duì)一件事已經(jīng)比較清楚，那就是鐵在地殼里是第四常見(jiàn)的元素，排在氧、鋁和硅的后面，構(gòu)成地殼總量的5%，儲(chǔ)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于黃金。由于鐵的質(zhì)量不算輕，在地球形成的時(shí)候都沉入了地核，那里的鐵其實(shí)更多。據(jù)信鐵構(gòu)成了整個(gè)地球35%的質(zhì)量，幾乎是地球上儲(chǔ)量最豐富的金屬。這樣看來(lái)，與其眼巴巴地望著天空等待隕石掉落，不如專心低頭挖鐵。

鐵匠征服世界

大約公元前2500年，住在今天土耳其一帶的居民發(fā)現(xiàn)了鐵礦，和天上掉下來(lái)的“黑色金屬”一模一樣。然而他們并沒(méi)有發(fā)財(cái)。這些鐵礦石真的就像石頭一樣，是鐵的氧化物，不能直接拿來(lái)制作刀劍。這可難壞了他們。把鐵從它的礦石中提取出來(lái)需要很高的溫度，爐子也要專門設(shè)計(jì)。人們又花了700多年才摸索清楚要怎么做。一旦實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，鐵就不再稀有，而會(huì)成為鑄造文明的利器。公元前1600年，赫梯帝國(guó)在土耳其北部崛起。赫梯鐵匠掌握了煉鐵技術(shù)，又很好戰(zhàn)，他們揮舞著鐵劍、駕駛著鐵戰(zhàn)車橫掃了古代世界。

碳：必需的雜質(zhì)

然而，煉鐵的麻煩緊跟著就來(lái)了。100%的純鐵幾乎沒(méi)有任何用處。因?yàn)榧冭F太軟，做出來(lái)的刀劍就像軟條糖，干什么都不行。要是往其中添入一點(diǎn)點(diǎn)碳，鐵就會(huì)發(fā)生各種各樣神奇的變化。

鍛鐵：含碳量0.02%以下。比純鐵硬度高，但還沒(méi)有達(dá)到人們正好需要的那種程度。赫梯人煉的鐵屬于鍛鐵。

鑄鐵：含碳量為2%～4%。鑄鐵是熔化的鐵水倒入模具后鑄造成的。鑄鐵夠硬，但延伸性又差了點(diǎn)，容易折斷。公元前500年，戰(zhàn)國(guó)時(shí)代的中國(guó)就在大規(guī)模生產(chǎn)鑄鐵。

鋼：含碳量為0.02%～2%。鋼比純鐵要硬1000倍，在折斷前可以延展，又不會(huì)輕易粉碎。

很顯然，人類在很長(zhǎng)時(shí)間里都不知道該如何精確地把鐵煉成鋼。

古代印度人會(huì)煉鋼

印度人很早就掌握了煉鋼技術(shù)，只是沒(méi)有現(xiàn)代這么大的規(guī)模。大約公元前400年，印度鐵匠發(fā)明了一種方法，恰巧可以使得鐵與正確量的碳結(jié)合得到鋼。鐵匠把小條的鍛鐵和木炭扔進(jìn)用泥巴制作的坩堝，密封起來(lái)，放進(jìn)爐子燒。在爐火的高溫下，鍛鐵熔化并吸收木炭中的碳元素。當(dāng)坩堝冷卻下來(lái)，躺在里面的就是鋼。這種被稱為烏茲鋼的神秘金屬，又再次像珠寶一樣值錢。當(dāng)旁遮普的國(guó)王要他挑選一份禮物時(shí)，亞歷山大大帝略過(guò)金銀，選了30磅鋼。鋼和印度商船一起來(lái)到世界各地。敘利亞的工匠由此造出神話般的大馬士革鋼劍，據(jù)說(shuō)鋒利到可以劈砍空中的羽毛。

不受歡迎的鐵

到18世紀(jì)，歐洲雖然也會(huì)煉鋼了，但都在小作坊進(jìn)行，過(guò)程特別費(fèi)時(shí)，兩個(gè)星期才能得到27千克的鋼。制作刮胡刀或者叉子那樣的小玩意可能沒(méi)問(wèn)題，但要想得到建造鐵橋和車船的鋼，還需要某種大規(guī)模的煉鋼法。由于長(zhǎng)期得不到廉價(jià)的鋼，歐洲只好用鑄鐵來(lái)造橋。然而鑄鐵不是一種牢固的建筑材料。1847年5月，英國(guó)的一座鐵橋倒塌，一節(jié)剛好經(jīng)過(guò)的火車掉進(jìn)水里。1879年12月，英國(guó)泰河鐵路橋倒塌的災(zāi)難性事件導(dǎo)致70多人死亡。鐵在住宅建造領(lǐng)域尤其不受歡迎，人們總是更喜歡用石頭和木頭。世界迫切需要一種便宜快速地把鐵變成鋼的辦法。

煉鋼大師貝瑟默

這個(gè)問(wèn)題被亨利·貝瑟默意外解決了。他是一名英國(guó)工程師和發(fā)明家，但根本看不出具有任何解決重大問(wèn)題的能力。他發(fā)明了許多互相之間毫不相關(guān)的東西。比如用來(lái)冒充鎏金的黃銅噴漆，排字機(jī)的鍵盤，以及一種給甘蔗榨汁的機(jī)器?？死锩讈啈?zhàn)爭(zhēng)爆發(fā)后，他又決定制造大炮，因此需要一種大量生產(chǎn)鋼的辦法。他做了很多試驗(yàn)，在1856年的一天，他往熔化的鐵中鼓入空氣，看看會(huì)發(fā)生什么。經(jīng)過(guò)10分鐘的安靜后，突然火花四濺，把滾燙的爐渣和鐵塊高高拋向空中。貝瑟默記錄說(shuō)那簡(jiǎn)直像火山爆發(fā)。但高溫意外熔掉了鐵中的雜質(zhì)。通過(guò)之后再加入含量精確的碳，很容易就可以造出高質(zhì)量的鋼。今天的煉鋼過(guò)程基本還是如此。經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，貝瑟默成功設(shè)計(jì)了煉鋼爐，只要半小時(shí)就能把25噸鐵變成鋼。

很快，鋼占領(lǐng)了從罐頭到樓房的各個(gè)領(lǐng)域。美國(guó)鋼鐵公司一家就生產(chǎn)了全國(guó)三分之二的鋼。在20世紀(jì)的第一年，美國(guó)生產(chǎn)了1140萬(wàn)噸鋼，比英國(guó)和德國(guó)加起來(lái)還多。鋼支撐起紐約的摩天大樓，成為跨過(guò)舊金山海峽的金門大橋。1930年，當(dāng)時(shí)最高的建筑克萊斯勒大廈落成。不到一年后，它就被帝國(guó)大廈取代，成為曼哈頓永久的象征。帝國(guó)大廈使用了美國(guó)鋼鐵公司提供的6萬(wàn)噸鋼。鋼鐵創(chuàng)造出這個(gè)世界上辨識(shí)度最高的建筑，是當(dāng)之無(wú)愧的工業(yè)革命的脊梁。這一切都是如此令人驚嘆，使得我們幾乎要忘記，鐵和人類的故事是從不巧流落到地球的隕石開(kāi)始的。