《人類科學技術史-340》鋼鐵時代的到來

鋼鐵時代的到來

在18世紀與19世紀之交的近百年時間內，鋼鐵技術實現了巨大變革。特別是19世紀中葉的十幾年，貝塞麥煉鋼法、托馬斯煉鋼法、西門子-馬丁煉鋼法，三大煉鋼技術的發明，使轉爐煉鋼和平爐煉鋼迅速發展起來，并與原有的高爐煉鐵技術一起構成現代鋼鐵技術體系。1900年，法國人海羅爾特采用電弧爐煉鋼成功，增添了用電煉鋼的新技術。

19世紀后30年，鋼鐵工業以驚人的速度發展。煉鐵、煉鋼、鑄錠、軋制等一系列生產工藝也逐漸成龍配套。1870年-1900年，全世界鋼產量從51萬噸躍至2850萬噸，30年增加了50倍以上；鐵的產量從1400萬噸提高到4100萬噸，增加了2倍。在這一時期鋼鐵工業發展最快的是美國。美國抓緊時機，大規模引進歐洲的煉鋼技術，到1889年，美國的鋼產量超過歐洲各國，在世界排名榜上占據了頭把交椅。1870年以前，英國的鋼鐵產量最高，占世界總產量的一半以上，有"世界的鐵工廠"之稱。1880年后，增長緩慢，占世界總產量的比例相對下降。盡管當時在英國有不少技術發明，但因企業界的保守而不能迅速投入使用，也就不能很快發揮應有的效益。1870年，美國進入壟斷資本主義階段，從1880年起，其鋼鐵產量占世界總產量的比例不斷上升，到1890年，美國的鋼鐵產量已居世界第一位。1890-1900年，美國壟斷資本逐漸形成，1901年，摩爾根財團建立了鋼鐵托拉斯，壟斷了美國的鋼鐵生產。1919年，美國的鋼產量已占世界總產量的59.2％。1870年，德國完成了產業革命，鋼鐵產量已超過法國。1873年后，在德國出現了鋼鐵企業聯合組織——卡特爾，使德國的鋼鐵產量得到大幅度提高。

隨著煉鋼技術的發展，逐步分化出煉制特種鋼的技術。1856年，英國的馬歇煉出了可用于制造刀具的高碳鎢錳鋼。1882年，哈德菲爾德(1859-1940）發明了具有良好耐磨性能的錳鋼。1885年，德國的邁尼斯邁發明了無縫鋼管。1898年和1906年美國的泰勒(1856-1915)和懷特分別研制成功可用于制造高速金屬切削刀具的以鎢和鉻為主要合金成分的現代高速鋼。1900年前后又發明了可制造發電機，電動機和變壓器的硅鋼片。1913年美國人布里爾利偶然發現鎳鉻合金鋼不生銹，由此發明了不銹鋼。

19世紀末，鋼鐵成為工業各方面最基本的生產材料。鋼鐵作為建筑材料，在18世紀就已開始，到19世紀有不少橋梁是用鋼鐵建造的。其中最具代表性的鐵橋有3座。一是美國人埃底設計的桑特.路易斯大橋。其中央跨度為158米，兩端各為153米，是一座公路、鐵路兩用鐵橋。二是寶爾克菱大橋，是美國的諾布菱設計的，是一座連結紐約的曼哈頓和布爾庫林兩區的鋼絲斜拉吊橋。其獨特的設計和施工技術被稱之為"空中線法"。這種方法的跨度可達到500米以上。這座橋的建成用了13年時間，成為19世紀最大的工程之一。諾布菱父子為此作出了不尋常的貢獻。第三座鐵橋是英國東部的佛斯橋，全長2.5公里，橋長1000米，跨度超過500米，橋的中央有3座鋼塔座落在巖礁上，每個塔高105米，每個橋基受力10萬噸。此橋1890年3月4日建成，共用了7年時間，其規模之宏偉超過了美國的寶爾克菱大橋，位居當時世界之首。

鋼鐵用之于建筑，突破了傳統的建筑材料，幾千年的土、木、磚、石受到了挑戰。1851年，在倫敦舉行的第一屆國際博覽會，英國專門建筑了水晶宮。這座面積7.2萬平方米的三層建筑，把玻璃和鋼鐵用作主要材料，僅鐵柱就用了3300根，鐵梁用了2300根，總計用鐵7300噸。由于鋼鐵部件采用工廠預制，所以整個建筑工期用了不到半年。當巴黎舉辦1889年的國際博覽會時，法國人以埃菲爾鐵塔的建成，作為向博覽會的獻禮，迎接來自世界各地的賓客，顯示了他們高超的建筑技術。

當最早的水泥——波特蘭水泥問世之后，鋼鐵與水泥的結合，使建筑技術又發展到一個新階段——鋼筋混凝土結構階段。法國園藝家莫尼埃(1828-1906）為增加混凝土的強度，以防止其破裂，采用了在混凝土中放置鋼筋的作法。起初他用此法制做花盆，效果很好，后來又建造了貯水池和橋梁，于是他取得了這項發明的專利權。1884年，法國人對它詳加研究，后廣泛應用于建筑。其后，瑞士于1890年建造了跨度為40米的鋼筋混凝土拱橋。法國巴黎在1894年，建造了一座鋼筋混凝土結構的教堂。美國的辛辛那提在1903年建成了一座16層的混凝土建筑，以后美國又建成了228米高的摩天大樓。

鋼鐵不僅是工業的生產材料，而且成為重要的軍用物資。歷史上早就出現了用鋼鐵打制刀、槍、劍、戟，以作武器的情況，這里我們不去說它。我們只說火藥發明之后，到了近現代在鋼鐵大發展的情況下，在現代戰爭中鋼鐵所占有的地位和重要作用。

火藥的發明，槍、炮的出現，改變了以往近身搏殺的戰爭方式。美國的馬克沁本是電氣工程師，由于戰爭的需求他轉而去研制速射武器。1887年他發明了速射機槍。當馬克沁帶著機槍到俄國表演試驗時，俄國人不相信這種只有一根身管的怪異武器能達到600發／分的射速。當馬克沁一扣扳機，未用半分鐘打光了333發子彈時，俄國人驚訝得目瞪口呆。馬克沁發明的機槍在實戰中獲得了"陸戰之王"的桂冠，成為現代戰爭中的常備武器。大炮也是近現代戰爭中出現的主要武器，從過去的鑄鐵炮到1907年法國發明的155毫米的加農炮，經過不斷地改進，使現代戰爭由槍戰過渡到了炮戰。19世紀末，由于內燃機的發明，出現了將矛與盾集于一身，攻與防二者皆能的新式作戰武器——坦克。英國在1915年試制成功世界上第一輛坦克"小游民"，并很快生產出第一批坦克。當初的坦克是以內燃機為動力，采用了履帶式拖拉機的底盤，鋼鐵裝甲厚度為5-10毫米，并裝配有兩門57毫米口徑的火炮和4挺輕機槍。

在第一次世界大戰中，坦克初上戰場便大顯威風。它造成了德軍的恐懼，并使英軍獲得松姆河戰役的勝利。在1917年，英法聯軍集中了474輛和604輛坦克，分別在"康布雷"和"亞眠"戰役中對德軍發起攻擊，并取得重大勝利。可以說坦克是導致第一次世界大戰結束的第一個因素。從此這種鋼鐵戰車成為陸地戰爭的主要打擊力量。

19世紀60年代，隨著蒸汽機的推廣使用，蒸汽軍艦開始取代木帆戰艦。這一變化，對鋼鐵工業是個極大的促進。火炮用于裝備軍艦后，相應要求提高戰艦的裝甲水平和使用大馬力的蒸汽機。1860年，英國第一艘蒸汽裝甲艦下水。到1864年，英國已作好戰斗準備的22艘軍艦中，有一半是裝甲艦。其他國家在海上優勢的競爭中也不甘落后，相繼使軍艦披上了鐵甲。在艦船的發展中，一面是火炮的威力不斷增大，一面是裝甲的厚度和防護性能在不斷提高。在美國南北戰爭期間，交戰雙方的艦隊在海戰中炮彈都未能擊穿對方的裝甲，由此可見鋼鐵裝甲的牢固。到19世紀70年代，蒸汽軍艦達到了較高水平，動力達到6000至8000馬力，裝甲厚度達到200至300毫米，并裝備有75噸至100噸重的線膛炮，能發射300至2000磅重的炮彈。在建造艦船的競爭中，大型戰列艦于本世紀初投入現役。1905年，英國造出了排水量達18000噸的"無畏"號戰列艦。艦上裝有80至120門大口徑火炮，分3層安置在炮臺甲板上，其中口徑為305至406毫米的特大口徑火炮就有8-12門，分別裝在3-4個炮臺上。在戰斗中，它能以強大的火力攻擊敵艦，又能以空前的厚度裝甲保護自己，因而成為艦隊的主力。德國緊隨其后，也造出了可與"無畏"號匹敵的戰列艦。

后來，海上軍事優勢的爭奪，使潛艇和航空母艦又成為竟相追逐的目標。雖然潛艇的出現較早，但真正能用于實戰的潛艇是美國在1899年設計和制造的。當在水面行進時，靠汽油引擎驅動，當潛入水中時，靠蓄電池為馬達供電驅動，而蓄電池必須在潛艇浮出水面后才能由汽油引擎為其充電。航空母艦的出現比潛艇要晚，1917年英國海軍建造了專載作戰飛機的大型軍艦——航空母艦。第二年美國也完成了第一艘航空母艦的設計工作，但由于國會的反對未能施工建造，因而在1919年將運煤船"富匹特"號改裝成航空母艦，命名為"蘭格利"號。

在第一次世界大戰爆發后，英德雙方不可避免地發生了海上沖突。當時英國擁有戰列艦68艘，巡洋艦58艘，驅逐艦和魚雷艇301艘，潛艇78艘。德國擁有戰列艦40艘，巡洋艦7艘，驅逐艦和魚雷艇144艘，潛艇28艘。在1916年5月的日德蘭海戰中，英德雙方共投入軍艦250艘，在長達10海里的戰線上，激戰6個小時，雙方發射的炮彈計達5000多噸，其中280至380毫米口徑的重炮就發射了8000發炮彈。在這場規模空前的海戰中，英國損失了3艘戰斗巡洋艦，3艘輕巡洋艦和8艘驅逐艦。德國則損失了1艘戰列艦，1艘戰斗巡洋艦，4艘輕巡洋艦和5艘驅逐艦。另在大戰期間。德國的潛艇對協約國實施封鎖，用魚雷擊沉協約國和中立國的軍艦、商船5000余艘。足見第一次世界大戰的海上戰爭，是一場死拼鋼鐵的大炮戰，是以鋼鐵作后盾的大搏殺。

除此之外。在鐵路鋪設、機械制造等方面也需要大量的鋼鐵。到19世紀末，鋼鐵生產不僅在數量上迅猛增長，而且品種日益增多，質量不斷提高。

鋼鐵開始在人類生活、生產的各個方面發揮巨大的作用，從此世界進入了"鋼鐵時代"。鋼鐵技術的大發展，又反過來促進了鋼鐵冶煉的科學研究。19世紀40年代，開始了對高爐原理的研究，同時出現了多種對鋼鐵材料進行化學分析的方法。60年代以后，用于分析鋼鐵材料性質的物理方法也已發展起來。1864年，英國冶金學家索比(1826-1908)首創了顯微鏡分析法，發現了鋼鐵的顯微組織，并拍攝了許多金相照片，逐漸弄清了復雜的鐵碳組織狀態。1876年，吉布斯從他的熱力學方程建立了"相律"，發表了關于多相體系平衡的論文。1900年魯茲波姆把吉布斯的相率應用到冶金上，到19世紀末20世紀初，產生了一個新的學科——金相學。