上游充通大淫 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 1896 1935 987 2006 通识教育核心课程材料与文明(MT901) 钢铁/硅 赵冰冰 材料科学与工程学院 2016年
材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering 1896 1935 1987 2006 钢铁/硅 赵冰冰 材料科学与工程学院 2016年 通识教育核心课程 材料与文明(MT901)
古代炼铁 AO TONG 最早使用陨铁（约商代）木炭还原铁矿石(~1000度)鼓风机的应用，更 高温度还原铁矿石 共利姓 材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering
材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering 古代炼铁 最早使用陨铁 （约商代） 木炭还原铁矿石(~1000度) 鼓风机的应用，更 高温度还原铁矿石
@ 我国用铁矿石直接炼铁 √春秋时期发明块炼铁，在较低温度还原固态铁矿石，获得海绵铁，锻打成铁块 √春秋晚期(BC6世纪)，炼出可供浇铸的液态生铁，铸成铁器 口生铁的出现，是因为烧陶窑和冶铜炉的温度较高，具备了高温冶铁的条件 ▣高温炼铁炉中，铁矿石还原、渗碳，得到含碳3~4%的液态生铁 √战国初，掌握脱碳、热处理技术，使与铁化合的碳(FC)以石墨析出，发明韧性铸铁 口铁器以农具、手工工具为主，兵器则青铜、铁、钢兼而有之 】「孟子」：“许子以铁耕乎？”，反映BC4世纪正在推广铸铁农具 口战国后期，发明可重复使用的“铁范”（用铁制成的铸造金属器物的空腹器） 口兴隆战国铁器遗址：出土农具铁模，冶铸技术由泥砂造型进入铁模铸造阶段 ▣今山东临淄和河北邯郸铁矿，春秋战国时期已有开采 材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering
材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering 我国用铁矿石直接炼铁 春秋时期发明块炼铁，在较低温度还原固态铁矿石，获得海绵铁，锻打成铁块 春秋晚期(BC 6世纪)，炼出可供浇铸的液态生铁，铸成铁器 生铁的出现，是因为烧陶窑和冶铜炉的温度较高，具备了高温冶铁的条件 高温炼铁炉中，铁矿石还原、渗碳，得到含碳3~4％的液态生铁 战国初，掌握脱碳、热处理技术，使与铁化合的碳(Fe3C)以石墨析出，发明韧性铸铁 铁器以农具、手工工具为主，兵器则青铜、铁、钢兼而有之 「孟子」：“许子以铁耕乎？”，反映BC 4世纪正在推广铸铁农具 战国后期，发明可重复使用的“铁范”(用铁制成的铸造金属器物的空腹器) 兴隆战国铁器遗址：出土农具铁模，冶铸技术由泥砂造型进入铁模铸造阶段 今山东临淄和河北邯郸铁矿，春秋战国时期已有开采
国 √西汉时期，采用煤作为炼铁的燃料，比欧洲早1700多年 出现坩埚炼铁法 发明“炒钢法”新工艺，将生铁“炒”成熟铁，或钢 兴起“百炼钢”技术 √东汉(25~220)光武帝时，发明水力鼓风炉（水排），比欧洲早1100多年 口河南巩县汉代冶铁遗址：发掘20多座冶铁炉和锻炉。炉型庞大，结构复杂，有 鼓风装置和铸造坑 √「中华百科要览」：中国最早用煤炼铁，汉试用，宋、元普及。明用焦炭冶炼生铁 材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering
材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering 西汉时期，采用煤作为炼铁的燃料，比欧洲早1700多年 出现坩埚炼铁法 发明“炒钢法”新工艺，将生铁“炒”成熟铁，或钢 兴起“百炼钢”技术 东汉(25~220)光武帝时，发明水力鼓风炉(水排)，比欧洲早1100多年 河南巩县汉代冶铁遗址：发掘20多座冶铁炉和锻炉。炉型庞大，结构复杂，有 鼓风装置和铸造坑 「中华百科要览」：中国最早用煤炼铁，汉试用，宋、元普及。明用焦炭冶炼生铁
国 BC8~7世纪，北非、欧洲相继进入铁器时代，冶炼海绵铁 中国古代钢铁的发展特点不同于他国 √世界上：长期采用固态还原的块炼铁和固体渗碳钢 √中国：铸铁、生铁炼钢一直是主要方法 明代中叶以前，冶金技术居世界先进水平 14~15世纪，中国铁产量曾超过2000万斤，折合约1.2万吨 西方最先开始工业革命的英国，约晚两个世纪，才达到这个水平 15世纪前，生铁没有在中国文明以外的地区大量使用 材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering
材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering BC 8~7世纪，北非、欧洲相继进入铁器时代，冶炼海绵铁 中国古代钢铁的发展特点不同于他国 世界上：长期采用固态还原的块炼铁和固体渗碳钢 中 国：铸铁、生铁炼钢一直是主要方法 明代中叶以前，冶金技术居世界先进水平 14~15世纪，中国铁产量曾超过2000万斤，折合约1.2万吨 西方最先开始工业革命的英国，约晚两个世纪，才达到这个水平 15世纪前，生铁没有在中国文明以外的地区大量使用
「山海经·五藏山经」：春秋战国时代，产铁之山37处 秦，产铁区设铁官 汉，武帝在49个产铁区设置铁官 √「新唐书地理志」：唐产铁之山104处，元和初年(806~810)铁年收入200万丘 √宋，36个州有铁矿、铁场，年总收入550多万丘 √明，铁矿产地130处，明初官铁年收入1800余万斤 √「明史食货志」：“铁冶所，凡十三所，岁输铁七百四土六万馀丘” √清代前期(1644~1840年)，铁矿产地134处 前期，铁矿主要由民间经营。佛山、汉中有大型铁场。佛山冶铁业兴盛时工人达 3000 同治13年(1874)，海防议起，直隶总督李鸿章、船政大臣沈葆桢请开采煤铁以济军 需，上命于直隶磁州、福建台湾试办 1877,李鸿章命盛宣怀筹划探矿办厂，盛雇请英国地质专家勘探，重新发现明代被 废弃的大冶铁矿 光绪8年(1882)，两江总督左宗棠言北洋筹办防务，制造船炮及机器轮船，请开办江 苏利国驿煤铁 材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering
材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering 「山海经·五藏山经」：春秋战国时代，产铁之山37处 秦，产铁区设铁官 汉，武帝在49个产铁区设置铁官 「新唐书·地理志」：唐产铁之山104处，元和初年(806~810)铁年收入200万斤 宋，36个州有铁矿、铁场，年总收入550多万斤 明，铁矿产地130处，明初官铁年收入1800余万斤 「明史·食货志」 ：“铁冶所，…凡十三所，岁输铁七百四十六万馀斤” 清代前期(1644~1840年)，铁矿产地134处 前期，铁矿主要由民间经营。佛山、汉中有大型铁场。佛山冶铁业兴盛时工人达 3000 同治13年(1874)，海防议起，直隶总督李鸿章、船政大臣沈葆桢请开采煤铁以济军 需，上命于直隶磁州、福建台湾试办 1877，李鸿章命盛宣怀筹划探矿办厂，盛雇请英国地质专家勘探，重新发现明代被 废弃的大冶铁矿 光绪8年(1882)，两江总督左宗棠言北洋筹办防务，制造船炮及机器轮船，请开办江 苏利国驿煤铁
钢 生铁、韧性铸铁的大规模生产，导致生铁制钢的发明 我国“先炼铁、后炼钢”的两步法技术，比其它国家早1600多年 BC476,河北易县燕下都遗址：留存的钢剑中有淬火组织 矛、箭铤中有正火组织 河南洛阳：留存的白口铸锛经脱碳退火，表面已脱碳成钢 BC206,中国的炒钢、百炼钢技术日益成熟 BC113,河北满城西汉中山靖王刘胜墓留存经过渗碳处理的佩剑 材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering
材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering 生铁、韧性铸铁的大规模生产，导致生铁制钢的发明 我国“先炼铁、后炼钢”的两步法技术，比其它国家早1600多年 BC 476，河北易县燕下都遗址：留存的钢剑中有淬火组织 矛、箭铤中有正火组织 河南洛阳：留存的白口铸锛经脱碳退火，表面已脱碳成钢 BC 206，中国的炒钢、百炼钢技术日益成熟 BC 113，河北满城西汉中山靖王刘胜墓留存经过渗碳处理的佩剑 钢
钢 我国古代创造了3种炼钢法 铸铁脱碳钢在氧化气氛中加热含碳3~4%的低硅铸铁，脱碳，避免形成石墨，韧 性铸铁工艺发展成铸铁脱碳成钢技术 两汉，铸铁脱碳钢制品材质大体相同，经历较长时期的发展，应用较广泛 宋、元后，尚无铸铁脱碳钢制品出土 √炒钢向熔化的生铁鼓风、搅拌，氧化其中的碳， 制成熟铁；再经渗碳、锻打成钢 始于西汉末年，东汉已相当普及 炒钢的发明，是炼钢史上的一次技术革命，比英国早1600多年 √灌钢利用液态生铁对熟铁进行扩散渗碳炼钢。早称“宿铁”，后世称灌钢或团钢 南北朝时，灌钢得以推广开来，用于农具制作 使用木风箱和焦炭炼铁、生铁炼钢等，标志着古代中国冶金技术的卓越水平 √17世纪初，欧州始用生铁炒炼熟铁 √18世纪中叶，英国利用水力鼓风对熔化的生铁脱碳，成为低碳熟铁 仍用海绵铁渗碳制钢 √19世纪中叶，英国有炒熟铁炉3400座，每炉产铁达到1.6吨 当时熟铁产量占中国以外世界熟铁产量的学半程学院 School of Materials Science and Engineering
材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering 我国古代创造了3种炼钢法 铸铁脱碳钢 在氧化气氛中加热含碳3~4%的低硅铸铁，脱碳，避免形成石墨，韧 性铸铁工艺发展成铸铁脱碳成钢技术 两汉，铸铁脱碳钢制品材质大体相同，经历较长时期的发展，应用较广泛 宋、元后，尚无铸铁脱碳钢制品出土 炒钢 向熔化的生铁鼓风、搅拌，氧化其中的碳，制成熟铁；再经渗碳、锻打成钢 始于西汉末年，东汉已相当普及 炒钢的发明，是炼钢史上的一次技术革命，比英国早1600多年 灌钢 利用液态生铁对熟铁进行扩散渗碳炼钢。早称“宿铁”，后世称灌钢或团钢 南北朝时，灌钢得以推广开来，用于农具制作 钢 使用木风箱和焦炭炼铁、生铁炼钢等，标志着古代中国冶金技术的卓越水平 17世纪初，欧州始用生铁炒炼熟铁 18世纪中叶，英国利用水力鼓风对熔化的生铁脱碳，成为低碳熟铁 仍用海绵铁渗碳制钢 19世纪中叶，英国有炒熟铁炉3400座，每炉产铁达到1.6吨 当时熟铁产量占中国以外世界熟铁产量的一半
钢 中国古代钢铁技术对其他国家的影响 战国时传到朝鲜，汉代传到日本。铁制农具此时传越南 张骞通西域后，把生铁冶铸技术带到中亚和西亚 「汉书·大宛传」：从大宛（帕米尔以北，今费尔干纳盆地至塔 什干)至安息（今伊朗）都不知铸铁，由汉代官兵教他们铸器 罗马博物学者PIiy(27~97)认为，最优良、最卓越的钢是中国产品 材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering
材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering 中国古代钢铁技术对其他国家的影响 战国时传到朝鲜，汉代传到日本。铁制农具此时传越南 张骞通西域后，把生铁冶铸技术带到中亚和西亚 「汉书·大宛传」：从大宛(帕米尔以北，今费尔干纳盆地至塔 什干)至安息(今伊朗)都不知铸铁，由汉代官兵教他们铸器 罗马博物学者Pliny (27~97) 认为，最优良、最卓越的钢是中国产品 钢
钢 剑始创自黄帝时代。「黄帝本纪」：帝采首山之铜铸剑 「管子地数篇」：山发而出金，蚩尤受而制之，以为剑铠 自黄帝至东周，多以铜铸剑。青铜剑在商朝已大致成形 春秋时期，吴越两国以铸剑精良闻名于世，举世无匹 剑身的表面处理技术精湛，花纹神秘华丽，2500年后仍寒光四射、锋锐如新 这种处理技术至今仍然是谜 √青铜兵器锻冶技术累积到一定程度，产生摺叠铟技术 「吴越春秋」：干将“采五山之铁精，六合之金英”，以铸铁剑。三月不成。莫邪 “断发剪爪，投于炉中，使童男童女三百人鼓橐装炭，金铁乃濡，遂 成剑”，制成“干将”、“莫邪” 铸剑师欧冶子、干将，铸就千古名剑：干将、莫邪、湛卢、巨阙、纯钩、龙渊、太 阿、工布、鱼肠等 「吴越春秋」载薛烛剑： 纯钩剑“文如列星之行，其光如水之溢塘” 太阿剑“巍巍翼翼如流水之波” 工布剑“文若流水不绝” 材料科学与工程学院 √战国后期，青铜剑、铁剑并用 School of Materials Science and Engineering
材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering 剑始创自黄帝时代。「黄帝本纪」：帝采首山之铜铸剑 「管子地数篇」：...山发而出金，蚩尤受而制之，以为剑铠 自黄帝至东周，多以铜铸剑。青铜剑在商朝已大致成形 春秋时期，吴越两国以铸剑精良闻名于世，举世无匹 剑身的表面处理技术精湛，花纹神秘华丽，2500年后仍寒光四射、锋锐如新 这种处理技术至今仍然是谜 青铜兵器锻冶技术累积到一定程度，产生摺叠钢技术 「吴越春秋」：干将“采五山之铁精，六合之金英”，以铸铁剑。三月不成。莫邪 “断发剪爪，投于 炉中，使童男童女三百人鼓橐装炭，金铁乃濡，遂以 成剑”，制成“干将”、“莫邪” 铸剑师欧冶子、干将，铸就千古名剑：干将、莫邪、湛卢、巨阙、纯钩、龙渊、太 阿、工布、鱼肠等 「吴越春秋」载薛烛剑： 纯钩剑“文如列星之行，其光如水之溢塘” 太阿剑“巍巍翼翼如流水之波” 工布剑“文若流水不绝” 战国后期，青铜剑、铁剑并用 汉代后，铜剑渐被钢铁剑替代 钢