第149章 合金鋼

【鐵水冷卻后得到的是生鐵，碳含量一般在2%-4.3%之間。

過高的碳含量使得生鐵比較脆，其韌性較差，不能承受較大的衝擊和變形。

例如，直接用鐵水澆鑄成型的鐵器，若受到外力撞擊容易斷裂。

並且因為含有過多雜質，一些雜質元素在生鐵凝固過程中會富集在某些區域，影響這些區域的收縮與凝固，使表面變得不平整。

使得生鐵難以作為高精度器具材料使用。

而要將生鐵變成鋼，最主要的目的就是去除生鐵之中的矽、錳、硫、磷等雜質元素，同時適當降低碳含量。

將高爐煉出的鐵水導入鍊鋼爐中，向生鐵水中吹入氧氣或加入氧化劑（可以是生鏽老化的鐵器，或者鋼材在加熱、軋制等加工過程中表面脫落的氧化物）。

氧氣與生鐵中的碳發生反應，生成一氧化碳或二氧化碳氣體逸出，從而降低碳含量。

再加入生石灰、螢石（即氟化鈣，與銀、鉛礦伴生，螢石因色彩斑斕、質地晶瑩，常被古人當做寶石或觀賞石）等造渣材料，這些材料與鐵水中氧化生成的雜質（如二氧化矽、氧化錳等）反應，形成爐渣。

爐渣可以吸附和裹挾這些雜質，通過排渣操作將其從鐵水中分離出去，從而進一步凈化鐵水。

到了這一步，鐵水實則已經變成了鋼水。

不過在脫碳過程中鋼水被一定程度氧化，需要再加入脫氧劑，如矽鐵、錳鐵、鋁等。

這些脫氧劑與鋼水中的氧反應，生成穩定的氧化物可被撈出，減少鋼水中的氧含量，提高鋼的質量。

到了這一步，鋼水已經可以經過澆鑄或鍛造成為各種鋼製品。

而後世經過摸索和實驗，積累了很多合金知識。

在這一步往往會根據不同的用途，向鋼水中添加不同比例的各種合金元素，如鉻、鎳、鉬、釩等。

例如，添加鉻可以提高鋼的耐腐蝕性，形成不鏽鋼。

添加鎳可以改善鋼的韌性和強度，成為特種鋼，從而滿足不同的工業應用需求。

再比如大炮炮管的合金鋼就是多種金屬元素組合成的。

成分為：碳含量在0.30%-0.60%之間的中碳鋼。

1%-3%的鉻。

2%-4%的鎳。

0.2%-0.6%的鉬。

0.1%-0.3%的釩。

槍管所需的合金鋼，也與此配方相近，不過出於成本和重量考慮，一些稀有金屬的添加量會有所下調。

有了成體系的大規模鍊鋼手段后，以往的低質量農具、刀具、鐵甲都可以作為氧化劑加入鋼水中重塑為性能優異的鋼材。

只要通過模具澆鑄成各種想要鋼材，再根據不同需求進行淬火，最後打磨掉鋼材在冷卻過程中於表面形成的銹跡，便可獲得大量統一制式的鋼製品。

比如鋤頭和鏟子的刃口，經過水淬后可以使刃口獲得更高的硬度。

而刀具的淬火可以採用油淬。

油的冷卻速度比水等淬火介質慢，可以提高刀具刃口的韌性。

使其在砍剁骨頭等硬物體時，承受較大的衝擊力而不崩刃或折斷。

槍管也可以採用油淬。

滿足其在射擊過程中對耐磨性和強度的要求。

又考慮到槍管在射擊過程中，要承受子彈高速通過時的摩擦以及火藥燃氣產生的高壓。

所以淬火之後，還要進行一次回火，通過加熱使合金內部的原子進行一定程度的擴散和重排，有效降低內應力，避免槍管過熱時變形阻礙射擊。

（鍊鋼，或者說工業化必不可缺的，耗費最多的就是焦煤。

天幕在這段視頻的最後播放出後世大型露天或淺層易開採的煤礦分佈圖。

例如我國最大的露天煤礦，山西朔州地區，即古代朔縣與平魯縣交界的地方，總面積376平方公里，該區域內煤儲量極為豐富，總量達126億噸。

霍林河露天煤礦，位於內蒙古自治區霍林郭勒市境內，地處科爾沁草原腹地。該煤田長約60公里、寬約9公里，面積540平方千米，主要煤炭資源為優質褐煤，儲量132.8億噸。

內蒙呼倫貝爾市鄂溫克族自治旗伊敏河鎮，儲量49.73億噸，外圍儲量126億噸，煤質為低硫、低磷優質褐煤，露天可采原煤儲量為23億噸。

黑龍江漠河市古蓮河露天煤礦，探明地質儲量為1.3億噸，累計探明儲量1.32億噸，其中精查區資源儲量為6500萬噸，詳查區資源儲量為6700萬噸，尚有預測遠景儲量3000萬噸。

黑龍江雙鴨山市寶清縣朝陽露天煤礦，該煤礦已探明褐煤儲量8億多噸，規劃開採面積76.8平方公里，可采儲量7.8億噸……）】

朱棣時期的工部尚書宋禮停下筆，擦了擦額頭因壓力溢出的汗珠。

“陛，陛下，天上說的那些鉻、鉬、鎳什麼的金屬元素，臣愚鈍，沒能看懂……”

朱棣盯着天幕，頭也不回地道：

“沒人逼着你看懂，這些後世學問過於高深，也沒人能看懂。

但後世子孫已經替我們把路給蹚出來了，讓我們這些前人也明白過來，物力是無窮的，只要參透物力，挖掘物力，只要一直朝着這個路子走下去，這些學問我們遲早也會一點一點摸索出來的。

朕且問你，這高爐鍊鋼之法，你工部可有把握弄出來？”

宋禮回道：

“後世的鍊鋼之法，最為關鍵的就是參透了除雜就是鍊鋼的關鍵。

以往我們的鐵匠要打造一把上等的百鍊鋼刀出來，需要將生鐵反覆鍛打加熱幾十次，耗費兩個工匠近十天時間才能打造一把鋼刀出來。

上等鋼的產出尤為稀少，耗費頗多。

要澆鑄出一門鐵炮來，動用的人力物力，耗費的錢糧更是叫人直看了心疼。

現今鍊鋼的法門已經知悉，我們只要煉出了焦煤替代木炭，便能用螢石、生石灰、鐵鏽將鐵水變成鋼水。

屆時無論大炮、火槍、農具、刀劍、馬蹄鐵，我們都能用鋼水輕易澆鑄出來。

今後煉鐵鍊鋼再不是難事，耗費還能大減。

要不了幾年，我大明的軍隊就能全軍着甲，齊備鋼刀、火槍。

再將以前澆鑄的那些笨重威力小的老炮也給融了，少說也能造個四五千門鋼製大炮。

用料更少的沒良心炮，幾年時間也定能造個上萬門出來。

那是我大明的軍隊出征都不能算是出征了，怕是得改稱圈地才是。”

看着這個工部尚書反倒給他這個皇帝畫起餅來了，朱棣笑道：

“少要跟朕弄這些虛的，朕只看成果，給你一個月時間，將這鍊鋼的技術給弄出來，一個月後朕要看到鋼鑄成的大炮，不得有誤。”

宋禮：“臣定不辱命！”