第149章 合金钢

【铁水冷却后得到的是生铁，碳含量一般在2% - 4.3%之间。

过高的碳含量使得生铁比较脆，其韧性较差，不能承受较大的冲击和变形。

例如，直接用铁水浇铸成型的铁器，若受到外力撞击容易断裂。

并且因为含有过多杂质，一些杂质元素在生铁凝固过程中会富集在某些区域，影响这些区域的收缩与凝固，使表面变得不平整。

使得生铁难以作为高精度器具材料使用。

而要将生铁变成钢，最主要的目的就是去除生铁之中的硅、锰、硫、磷等杂质元素，同时适当降低碳含量。

将高炉炼出的铁水导入炼钢炉中，向生铁水中吹入氧气或加入氧化剂（可以是生锈老化的铁器，或者钢材在加热、轧制等加工过程中表面脱落的氧化物）。

氧气与生铁中的碳发生反应，生成一氧化碳或二氧化碳气体逸出，从而降低碳含量。

再加入生石灰、萤石（即氟化钙，与银、铅矿伴生，萤石因色彩斑斓、质地晶莹，常被古人当做宝石或观赏石）等造渣材料，这些材料与铁水中氧化生成的杂质（如二氧化硅、氧化锰等）反应，形成炉渣。

炉渣可以吸附和裹挟这些杂质，通过排渣操作将其从铁水中分离出去，从而进一步净化铁水。

到了这一步，铁水实则已经变成了钢水。

不过在脱碳过程中钢水被一定程度氧化，需要再加入脱氧剂，如硅铁、锰铁、铝等。

这些脱氧剂与钢水中的氧反应，生成稳定的氧化物可被捞出，减少钢水中的氧含量，提高钢的质量。

到了这一步，钢水已经可以经过浇铸或锻造成为各种钢制品。

而后世经过摸索和实验，积累了很多合金知识。

在这一步往往会根据不同的用途，向钢水中添加不同比例的各种合金元素，如铬、镍、钼、钒等。

例如，添加铬可以提高钢的耐腐蚀性，形成不锈钢。

添加镍可以改善钢的韧性和强度，成为特种钢，从而满足不同的工业应用需求。

再比如大炮炮管的合金钢就是多种金属元素组合成的。

成分为：碳含量在0.30% - 0.60%之间的中碳钢。

1% - 3%的铬。

2% - 4%的镍。

0.2% - 0.6%的钼。

0.1% - 0.3%的钒。

枪管所需的合金钢，也与此配方相近，不过出于成本和重量考虑，一些稀有金属的添加量会有所下调。

有了成体系的大规模炼钢手段后，以往的低质量农具、刀具、铁甲都可以作为氧化剂加入钢水中重塑为性能优异的钢材。

只要通过模具浇铸成各种想要钢材，再根据不同需求进行淬火，最后打磨掉钢材在冷却过程中于表面形成的锈迹，便可获得大量统一制式的钢制品。

比如锄头和铲子的刃口，经过水淬后可以使刃口获得更高的硬度。

而刀具的淬火可以采用油淬。

油的冷却速度比水等淬火介质慢，可以提高刀具刃口的韧性。

使其在砍剁骨头等硬物体时，承受较大的冲击力而不崩刃或折断。

枪管也可以采用油淬。

满足其在射击过程中对耐磨性和强度的要求。

又考虑到枪管在射击过程中，要承受子弹高速通过时的摩擦以及火药燃气产生的高压。

所以淬火之后，还要进行一次回火，通过加热使合金内部的原子进行一定程度的扩散和重排，有效降低内应力，避免枪管过热时变形阻碍射击。

（炼钢，或者说工业化必不可缺的，耗费最多的就是焦煤。

天幕在这段视频的最后播放出后世大型露天或浅层易开采的煤矿分布图。

例如我国最大的露天煤矿，山西朔州地区，即古代朔县与平鲁县交界的地方，总面积376平方公里，该区域内煤储量极为丰富，总量达126亿吨。

霍林河露天煤矿，位于内蒙古自治区霍林郭勒市境内，地处科尔沁草原腹地。该煤田长约60公里、宽约9公里，面积540平方千米，主要煤炭资源为优质褐煤，储量132.8亿吨。

内蒙呼伦贝尔市鄂温克族自治旗伊敏河镇，储量49.73亿吨，外围储量126亿吨，煤质为低硫、低磷优质褐煤，露天可采原煤储量为23亿吨。

黑龙江漠河市古莲河露天煤矿，探明地质储量为1.3亿吨，累计探明储量1.32亿吨，其中精查区资源储量为6500万吨，详查区资源储量为6700万吨，尚有预测远景储量3000万吨。

黑龙江双鸭山市宝清县朝阳露天煤矿，该煤矿已探明褐煤储量8 亿多吨，规划开采面积76.8 平方公里，可采储量7.8亿吨……）】

朱棣时期的工部尚书宋礼停下笔，擦了擦额头因压力溢出的汗珠。

“陛，陛下，天上说的那些铬、钼、镍什么的金属元素，臣愚钝，没能看懂……”

朱棣盯着天幕，头也不回地道：

“没人逼着你看懂，这些后世学问过于高深，也没人能看懂。

但后世子孙已经替我们把路给蹚出来了，让我们这些前人也明白过来，物力是无穷的，只要参透物力，挖掘物力，只要一直朝着这个路子走下去，这些学问我们迟早也会一点一点摸索出来的。

朕且问你，这高炉炼钢之法，你工部可有把握弄出来？”

宋礼回道：

“后世的炼钢之法，最为关键的就是参透了除杂就是炼钢的关键。

以往我们的铁匠要打造一把上等的百炼钢刀出来，需要将生铁反复锻打加热几十次，耗费两个工匠近十天时间才能打造一把钢刀出来。

上等钢的产出尤为稀少，耗费颇多。

要浇铸出一门铁炮来，动用的人力物力，耗费的钱粮更是叫人直看了心疼。

现今炼钢的法门已经知悉，我们只要炼出了焦煤替代木炭，便能用萤石、生石灰、铁锈将铁水变成钢水。

届时无论大炮、火枪、农具、刀剑、马蹄铁，我们都能用钢水轻易浇铸出来。

今后炼铁炼钢再不是难事，耗费还能大减。

要不了几年，我大明的军队就能全军着甲，齐备钢刀、火枪。

再将以前浇铸的那些笨重威力小的老炮也给融了，少说也能造个四五千门钢制大炮。

用料更少的没良心炮，几年时间也定能造个上万门出来。

那是我大明的军队出征都不能算是出征了，怕是得改称圈地才是。”

看着这个工部尚书反倒给他这个皇帝画起饼来了，朱棣笑道：

“少要跟朕弄这些虚的，朕只看成果，给你一个月时间，将这炼钢的技术给弄出来，一个月后朕要看到钢铸成的大炮，不得有误。”

宋礼：“臣定不辱命！”