不锈钢传奇

2015-07-01 14:25
小学科学 2015年6期
关键词:块儿布雷钢材

钢铁是人类社会生产力进步的

重要标志物。人类文明按照工具材料来划分,基本上经历了三大阶段:石器时代、青铜器时代和钢铁时代。钢铁的各种优良性能使得人类文明快速发展,步入崭新的阶段。然而,钢铁容易锈蚀的问题也始终困扰着人类。不锈钢的发明解决了这一难题,而这种材料的问世,也有一个歪打正着的传奇故事。

一战风云

进入20世纪,整个欧洲都笼罩在一片愁云惨雾之中。第一次世界大战即将打响,每一个国家都在为这场大战的到来摩拳擦掌,用心备战。

钢铁是制造战争武器的重要材料,现代战争中称雄称王的武器,无不需要大量使用钢铁进行制造。

在刚刚过去的19世纪,现代炼钢法已经发展得十分成熟。钢这种金属是铁和数量受一定控制的碳的混合物。它容易生产,而且非常坚硬。工程师们把钢广泛用在19世纪生产的许多新机器上。但是,钢存在一个大问题:它容易生锈。那些经持续敲打和暴露在湿气中的钢铁,很快就会被腐蚀,锈迹斑斑。

特别是用于制造武器的钢铁,一旦生锈,可是要命的事儿,绝对马虎不得。因此,很多国家的工程师都在想尽办法解决钢铁生锈的难题。

无心插柳

不过,世上的事往往就是无心插柳柳成荫,这些科学家绞尽脑汁都难以解决的问题,却被一个并没有考虑防锈的人无意中搞定了。这个人叫作亨利·布雷尔利,身为一名英国冶金专家,他当时的主要任务是为英国军方研制一种更耐磨、更耐高温的枪膛钢材,好让英国士兵在即将到来的大战中占得先机。

冶炼钢铁需要在铁中加入一些其他的化学元素,依据其含量的比例,就能获得人们所需的硬度、强度、韧性、塑性并且具有耐磨、耐热、耐酸等机械性能、物理性能和化学性能的金属材料。这些配方都需要不停地进行试验,以验证其效果。

在第一次世界大战即将爆发的历史背景下,布雷尔利肩头的担子可是一点儿也不轻。他带领助手,不分昼夜地进行多种配方的冶炼试验,但炼出的钢经测试检验都未能达到制造枪膛材料的要求。

此时已经是1912年,距离第一次世界大战只有2年时间了。

令人惊奇的发现

虽然研发工作一直没有什么大的进展,不过布雷尔利并不气馁,他一次次地重新研究与修正添加化学元素的配比,继续进行制造枪膛用钢的冶炼。

在一次又一次地失败后,布雷尔利让助手将那些不符合要求的钢块儿都丢弃到试验场的墙角边。随着时间的推移,废钢也越堆越高,渐渐变成了一座颇为壮观的“钢山”。

“可怜”的钢山无人问津,历经日晒雨淋,很快就变得锈迹斑斑。老这么乱扔乱放也不太好吧?于是,试验人员决定对这批废弃钢材进行清理。在搬运和清扫的过程中,有的人发现,有个别的几块钢材竟然没有丝毫锈迹,在一大堆暗红色的废钢中间显得光彩熠熠,格外耀眼。

为什么这几块钢材没有出现锈迹?布雷尔利满腹狐疑,他捡起这些奇异的钢块儿,反复观察了好久,也感到诧异不解。为揭开这个谜团,他决定对这几块“怪钢”进行更进一步地研究。

新发现能改变世界

要想揭开钢块儿不锈之谜,布雷尔利必须将此前所进行的试验过程进行全面、仔细地回忆,并反复查阅炼钢试验记录。然而,布雷尔利进行过的相关试验太多了,他已经很难追溯到这几块钢的确切冶炼时间,更不要说这些钢材中其他元素的比例记录了。

虽然英国军方给布雷尔利下达的指令是研发高强度钢材,并没有明确要求他进行不锈钢材试验,但布雷尔利凭借一名优秀冶金学家的直觉认为,他眼下的这个新发现,也许才是能够真正改变世界的发明。

于是,布雷尔利将自己的一部分时间和精力投入到了新课题的研究中。后来的事实证明,他的这一判断和决策,为人类开启了一个新的时代。

发现神秘配方

为了查明神秘不锈钢材的化学元素成分含量,布雷尔利决定重新对其进行化验。检测分析后的结论令布雷尔利欣喜若狂:这是一种在某次试验中偶然冶炼出的全新铁铬合金,其中除了铁以外,还含有0.24%的碳和12.8%的铬。布雷尔利继续对这种铁铬合金进行深入研究后发现,水、酸、碱等腐蚀性物质对铁铬合金都没有明显的腐蚀作用。也就是说,试验结果有力地证明,偶然诞生的铁铬合金的确具有任何时候都不易锈蚀的特点!

不锈钢就这样诞生了!

一步之遥

1915年,布雷尔利的不锈钢在美国获得了专利,第二年又拿下了英国专利。紧接着,布雷尔利再接再厉,创办了一家生产不锈钢餐具的工厂,其出产的不锈钢餐具深受人们欢迎,很快便风靡全世界。今天,不锈钢材料被广泛应用于各个领域,布雷尔利也赢得了极高的声誉,被尊称为“不锈钢之父”。

有趣的是,布雷尔利其实并不是不锈钢的第一个发现者。在20世纪初,法国的居耶和波鲁兹两位工程师已经发现,在铁中掺入铬之后得到的金属具有抗腐蚀性,甚至美国人赫莫斯也搞出了不锈钢。而同时期的德国冶金专家舒特劳斯和毛勒亦发现,在冶炼中加入铬可制成不会生锈的钢材。

然而,所有这些人都没有对自己的偶然发现刨根究底,他们在距离“不锈钢之父”仅仅一步之遥的地方,停下了自己的脚步。

瞧,有时候,发明的故事就是这么具有戏剧性。

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