《人类科学技术史-340》钢铁时代的到来

钢铁时代的到来

在18世纪与19世纪之交的近百年时间内，钢铁技术实现了巨大变革。特别是19世纪中叶的十几年，贝塞麦炼钢法、托马斯炼钢法、西门子-马丁炼钢法，三大炼钢技术的发明，使转炉炼钢和平炉炼钢迅速发展起来，并与原有的高炉炼铁技术一起构成现代钢铁技术体系。1900年，法国人海罗尔特采用电弧炉炼钢成功，增添了用电炼钢的新技术。

19世纪后30年，钢铁工业以惊人的速度发展。炼铁、炼钢、铸锭、轧制等一系列生产工艺也逐渐成龙配套。1870年-1900年，全世界钢产量从51万吨跃至2850万吨，30年增加了50倍以上；铁的产量从1400万吨提高到4100万吨，增加了2倍。在这一时期钢铁工业发展最快的是美国。美国抓紧时机，大规模引进欧洲的炼钢技术，到1889年，美国的钢产量超过欧洲各国，在世界排名榜上占据了头把交椅。1870年以前，英国的钢铁产量最高，占世界总产量的一半以上，有"世界的铁工厂"之称。1880年后，增长缓慢，占世界总产量的比例相对下降。尽管当时在英国有不少技术发明，但因企业界的保守而不能迅速投入使用，也就不能很快发挥应有的效益。1870年，美国进入垄断资本主义阶段，从1880年起，其钢铁产量占世界总产量的比例不断上升，到1890年，美国的钢铁产量已居世界第一位。1890-1900年，美国垄断资本逐渐形成，1901年，摩尔根财团建立了钢铁托拉斯，垄断了美国的钢铁生产。1919年，美国的钢产量已占世界总产量的59.2％。1870年，德国完成了产业革命，钢铁产量已超过法国。1873年后，在德国出现了钢铁企业联合组织——卡特尔，使德国的钢铁产量得到大幅度提高。

随着炼钢技术的发展，逐步分化出炼制特种钢的技术。1856年，英国的马歇炼出了可用于制造刀具的高碳钨锰钢。1882年，哈德菲尔德(1859-1940）发明了具有良好耐磨性能的锰钢。1885年，德国的迈尼斯迈发明了无缝钢管。1898年和1906年美国的泰勒(1856-1915)和怀特分别研制成功可用于制造高速金属切削刀具的以钨和铬为主要合金成分的现代高速钢。1900年前后又发明了可制造发电机，电动机和变压器的硅钢片。1913年美国人布里尔利偶然发现镍铬合金钢不生锈，由此发明了不锈钢。

19世纪末，钢铁成为工业各方面最基本的生产材料。钢铁作为建筑材料，在18世纪就已开始，到19世纪有不少桥梁是用钢铁建造的。其中最具代表性的铁桥有3座。一是美国人埃底设计的桑特.路易斯大桥。其中央跨度为158米，两端各为153米，是一座公路、铁路两用铁桥。二是宝尔克菱大桥，是美国的诺布菱设计的，是一座连结纽约的曼哈顿和布尔库林两区的钢丝斜拉吊桥。其独特的设计和施工技术被称之为"空中线法"。这种方法的跨度可达到500米以上。这座桥的建成用了13年时间，成为19世纪最大的工程之一。诺布菱父子为此作出了不寻常的贡献。第三座铁桥是英国东部的佛斯桥，全长2.5公里，桥长1000米，跨度超过500米，桥的中央有3座钢塔座落在岩礁上，每个塔高105米，每个桥基受力10万吨。此桥1890年3月4日建成，共用了7年时间，其规模之宏伟超过了美国的宝尔克菱大桥，位居当时世界之首。

钢铁用之于建筑，突破了传统的建筑材料，几千年的土、木、砖、石受到了挑战。1851年，在伦敦举行的第一届国际博览会，英国专门建筑了水晶宫。这座面积7.2万平方米的三层建筑，把玻璃和钢铁用作主要材料，仅铁柱就用了3300根，铁梁用了2300根，总计用铁7300吨。由于钢铁部件采用工厂预制，所以整个建筑工期用了不到半年。当巴黎举办1889年的国际博览会时，法国人以埃菲尔铁塔的建成，作为向博览会的献礼，迎接来自世界各地的宾客，显示了他们高超的建筑技术。

当最早的水泥——波特兰水泥问世之后，钢铁与水泥的结合，使建筑技术又发展到一个新阶段——钢筋混凝土结构阶段。法国园艺家莫尼埃(1828-1906）为增加混凝土的强度，以防止其破裂，采用了在混凝土中放置钢筋的作法。起初他用此法制做花盆，效果很好，后来又建造了贮水池和桥梁，于是他取得了这项发明的专利权。1884年，法国人对它详加研究，后广泛应用于建筑。其后，瑞士于1890年建造了跨度为40米的钢筋混凝土拱桥。法国巴黎在1894年，建造了一座钢筋混凝土结构的教堂。美国的辛辛那提在1903年建成了一座16层的混凝土建筑，以后美国又建成了228米高的摩天大楼。

钢铁不仅是工业的生产材料，而且成为重要的军用物资。历史上早就出现了用钢铁打制刀、枪、剑、戟，以作武器的情况，这里我们不去说它。我们只说火药发明之后，到了近现代在钢铁大发展的情况下，在现代战争中钢铁所占有的地位和重要作用。

火药的发明，枪、炮的出现，改变了以往近身搏杀的战争方式。美国的马克沁本是电气工程师，由于战争的需求他转而去研制速射武器。1887年他发明了速射机枪。当马克沁带着机枪到俄国表演试验时，俄国人不相信这种只有一根身管的怪异武器能达到600发／分的射速。当马克沁一扣扳机，未用半分钟打光了333发子弹时，俄国人惊讶得目瞪口呆。马克沁发明的机枪在实战中获得了"陆战之王"的桂冠，成为现代战争中的常备武器。大炮也是近现代战争中出现的主要武器，从过去的铸铁炮到1907年法国发明的155毫米的加农炮，经过不断地改进，使现代战争由枪战过渡到了炮战。19世纪末，由于内燃机的发明，出现了将矛与盾集于一身，攻与防二者皆能的新式作战武器——坦克。英国在1915年试制成功世界上第一辆坦克"小游民"，并很快生产出第一批坦克。当初的坦克是以内燃机为动力，采用了履带式拖拉机的底盘，钢铁装甲厚度为5-10毫米，并装配有两门57毫米口径的火炮和4挺轻机枪。

在第一次世界大战中，坦克初上战场便大显威风。它造成了德军的恐惧，并使英军获得松姆河战役的胜利。在1917年，英法联军集中了474辆和604辆坦克，分别在"康布雷"和"亚眠"战役中对德军发起攻击，并取得重大胜利。可以说坦克是导致第一次世界大战结束的第一个因素。从此这种钢铁战车成为陆地战争的主要打击力量。

19世纪60年代，随着蒸汽机的推广使用，蒸汽军舰开始取代木帆战舰。这一变化，对钢铁工业是个极大的促进。火炮用于装备军舰后，相应要求提高战舰的装甲水平和使用大马力的蒸汽机。1860年，英国第一艘蒸汽装甲舰下水。到1864年，英国已作好战斗准备的22艘军舰中，有一半是装甲舰。其他国家在海上优势的竞争中也不甘落后，相继使军舰披上了铁甲。在舰船的发展中，一面是火炮的威力不断增大，一面是装甲的厚度和防护性能在不断提高。在美国南北战争期间，交战双方的舰队在海战中炮弹都未能击穿对方的装甲，由此可见钢铁装甲的牢固。到19世纪70年代，蒸汽军舰达到了较高水平，动力达到6000至8000马力，装甲厚度达到200至300毫米，并装备有75吨至100吨重的线膛炮，能发射300至2000磅重的炮弹。在建造舰船的竞争中，大型战列舰于本世纪初投入现役。1905年，英国造出了排水量达18000吨的"无畏"号战列舰。舰上装有80至120门大口径火炮，分3层安置在炮台甲板上，其中口径为305至406毫米的特大口径火炮就有8-12门，分别装在3-4个炮台上。在战斗中，它能以强大的火力攻击敌舰，又能以空前的厚度装甲保护自己，因而成为舰队的主力。德国紧随其后，也造出了可与"无畏"号匹敌的战列舰。

后来，海上军事优势的争夺，使潜艇和航空母舰又成为竟相追逐的目标。虽然潜艇的出现较早，但真正能用于实战的潜艇是美国在1899年设计和制造的。当在水面行进时，靠汽油引擎驱动，当潜入水中时，靠蓄电池为马达供电驱动，而蓄电池必须在潜艇浮出水面后才能由汽油引擎为其充电。航空母舰的出现比潜艇要晚，1917年英国海军建造了专载作战飞机的大型军舰——航空母舰。第二年美国也完成了第一艘航空母舰的设计工作，但由于国会的反对未能施工建造，因而在1919年将运煤船"富匹特"号改装成航空母舰，命名为"兰格利"号。

在第一次世界大战爆发后，英德双方不可避免地发生了海上冲突。当时英国拥有战列舰68艘，巡洋舰58艘，驱逐舰和鱼雷艇301艘，潜艇78艘。德国拥有战列舰40艘，巡洋舰7艘，驱逐舰和鱼雷艇144艘，潜艇28艘。在1916年5月的日德兰海战中，英德双方共投入军舰250艘，在长达10海里的战线上，激战6个小时，双方发射的炮弹计达5000多吨，其中280至380毫米口径的重炮就发射了8000发炮弹。在这场规模空前的海战中，英国损失了3艘战斗巡洋舰，3艘轻巡洋舰和8艘驱逐舰。德国则损失了1艘战列舰，1艘战斗巡洋舰，4艘轻巡洋舰和5艘驱逐舰。另在大战期间。德国的潜艇对协约国实施封锁，用鱼雷击沉协约国和中立国的军舰、商船5000余艘。足见第一次世界大战的海上战争，是一场死拼钢铁的大炮战，是以钢铁作后盾的大搏杀。

除此之外。在铁路铺设、机械制造等方面也需要大量的钢铁。到19世纪末，钢铁生产不仅在数量上迅猛增长，而且品种日益增多，质量不断提高。

钢铁开始在人类生活、生产的各个方面发挥巨大的作用，从此世界进入了"钢铁时代"。钢铁技术的大发展，又反过来促进了钢铁冶炼的科学研究。19世纪40年代，开始了对高炉原理的研究，同时出现了多种对钢铁材料进行化学分析的方法。60年代以后，用于分析钢铁材料性质的物理方法也已发展起来。1864年，英国冶金学家索比(1826-1908)首创了显微镜分析法，发现了钢铁的显微组织，并拍摄了许多金相照片，逐渐弄清了复杂的铁碳组织状态。1876年，吉布斯从他的热力学方程建立了"相律"，发表了关于多相体系平衡的论文。1900年鲁兹波姆把吉布斯的相率应用到冶金上，到19世纪末20世纪初，产生了一个新的学科——金相学。