烏茲鋼

精煉后之鐵礦石弄干燥后,放入經(jīng)火硬化的小型粘土坩堝內(nèi). 以炭火之熱量而定出坩堝之尺寸,一般生產(chǎn)出來(lái)之鐵錠重約一公斤. 把含炭之材料如:麻栗樹(shù)(teak)、木炭、毛竹及某些特選而他們認(rèn)為是神圣之植物的葉,例如名(Huginay)及(Tangada)樹(shù)之果實(shí)加入坩堝中. 坩堝是密封的再用炭火燃燒. 印度有最優(yōu)良之鐵礦:在印度坩堝系統(tǒng)用的是最好的鐵礦石,印度亦由此而聞名于世. 經(jīng)人工選用搗碎到粉末狀礦石,用淘洗法反復(fù)清洗,這樣礦石從雜質(zhì)中分離出來(lái),就像淘金人從其他雜質(zhì)中分離出黃金的顆粒一樣. 雖然波斯人及其他人已經(jīng)觀察了印度鐵匠,并對(duì)熔化過(guò)程亦非常熟識(shí),但因?yàn)闆](méi)有這種凈化及含量豐富的鐵礦所以始終不能夠用這種方法重新生產(chǎn)這種高質(zhì)鋼.

持續(xù)加熱時(shí)間從24到48小時(shí)不等,當(dāng)溫度從1000攝氏度升到1200攝氏度，礦石會(huì)轉(zhuǎn)變成多孔的鐵質(zhì),并留在坩堝之底部. 坩堝在封閉狀態(tài)下,碳(carbon)來(lái)自燃燒的炭(charcoal)和葉并熔化在鐵質(zhì)內(nèi). 毛竹含氧化矽(Silica)甚多可助溶化. 在此過(guò)程中鐵不會(huì)達(dá)到其熔點(diǎn),通過(guò)固體之?dāng)U散過(guò)程(solid diffusion process),碳被吸收. 持續(xù)長(zhǎng)時(shí)間的鑄造(casting)緊接著慢慢冷卻到800攝氏度-約12至24個(gè)小時(shí). 這樣的設(shè)計(jì)是為了大的樹(shù)狀碳化鐵晶體(large dendritic ironcarbide crystals) (該晶體也稱(chēng)為滲碳體(cementite)-Fe3C即碳化三鐵)的優(yōu)化形成和均勻分布于在滿布小孔的海綿體鐵體內(nèi). 這些大的晶體事實(shí)上是大馬士革鋼花紋或水紋的主要成份. 滲碳體(cementite)或碳化晶體(carbide crystals)非常堅(jiān)硬,抗酸性強(qiáng),當(dāng)鋼被拋光后會(huì)呈現(xiàn)出帶白色或銀色. 與此形成對(duì)比珠光體(pearlite)由粘結(jié)金屬組成,經(jīng)腐蝕成黑色,這說(shuō)明為什么會(huì)產(chǎn)不同之顏色.

冷卻后把坩堝從火中移開(kāi),并將其打破,取出半球形的鋼錠(ingot). 波斯人稱(chēng)為蛋(egg or baida). 將它放在鐵砧上進(jìn)行錘打,作硬度試驗(yàn). 經(jīng)正常鑄造的鋼錠很硬,經(jīng)錘打后也不會(huì)有凹痕. 故需用特別含有鐵銼屑或粉末狀鐵礦石之粘土混合物覆蓋,從而強(qiáng)化鋼錠的脫碳. 把鋼錠重新加熱到火紅色約700攝氏度至900攝氏度后,再通過(guò)錘打作硬度試驗(yàn). 重復(fù)此熱處理過(guò)程,直到金屬過(guò)到足夠的軟度以便鍛造.鋼錠之鍛煉:將鋼錠之溫度慢慢降低,并控制在700攝氏度至900攝氏度之間. 這溫度是一個(gè)非常重要的關(guān)鍵. 鐵匠只能靠經(jīng)驗(yàn),用眼看火之顏色,到達(dá)暗紅時(shí)進(jìn)行鍛造. 因?yàn)槿魷囟壬叩?00攝氏度以上將會(huì)把過(guò)程倒過(guò)來(lái),而令滲碳體和奧氏體的晶體(crystalsof cementite and austentite)形成. 溫度越高,碳熔解,造成晶體及波形花紋圖案之損失. 若溫度低于700攝氏度,鋼即不能得到充份的鍛煉. 因?yàn)闅W洲之鐵匠一般在1300攝氏度的高溫下來(lái)鍛煉金屬,因此他們永遠(yuǎn)不能掌握到鍛煉大馬士革鋼的技術(shù).由于對(duì)鋼錠的有控制式熱處理和輕度的鍛煉,覆蓋的粘土,包括含有鐵銼屑或粉末狀鐵礦石,使鋼錠表面脫碳. 另外氧化作用亦產(chǎn)生同樣的作用. 鋼錠的碳分逐漸減少,從原來(lái)的2.2%或更高降低至1.8%,即從白鑄鐵狀態(tài)到UH碳鋼. 此過(guò)程亦可稱(chēng)為退火和球狀處理(an annealing and spheroidizing treatment). 令碳成份減少及大的碳化晶體分裂或粉碎或球型化成較少之體積. 結(jié)果鋼條變得有可展性和有軔性.

綜合對(duì)烏茲鋼的研究結(jié)果，可以得出以下結(jié)論:

1.帶狀分布的先共析鐵素體的生成導(dǎo)致了二次碳化物沿著帶狀分布。而這些沿著一定規(guī)律排列的如銀河般的顆粒狀化滲碳體就是烏茲鋼花紋的最主要成因。

2.布拉特和亞共晶白口鑄鐵對(duì)比，在金相組織上十分相似，而與古代烏茲鋼卻有很大差別。所以可以認(rèn)為阿諾佐夫派的俄式布拉特和烏茲鋼有本質(zhì)上的區(qū)別，鑄鐵與鋼的區(qū)別。

3.古代烏茲鋼兵器絕大多數(shù)的整體硬度都在50hrc以下(并非大多數(shù)傳聞的60hrc以上)，但是局部顯微硬度可以到65，而且抗斷裂能力非常之好。柔軟基體的烏茲鋼，在使用過(guò)程中往往體現(xiàn)出更好的鋒利度。尤其是在切割肌肉、筋腱、衣服等柔軟堅(jiān)韌的纖維組織時(shí)更加明顯。這種能力可能由于硬質(zhì)項(xiàng)的微鋸齒和柔軟基體的自剝落共同作用造成的。

4.由于Cr7C3顆粒尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于Fe3C，而且極易剝落，如果制造含高鉻的不銹烏茲鋼只能令烏茲鋼所獨(dú)有的鋒利特性消失殆盡，因此應(yīng)當(dāng)認(rèn)為得不償失。

"烏茲鋼"與"大馬士革鋼"概念的區(qū)別與聯(lián)系:

大馬士革鋼又稱(chēng)為結(jié)晶花紋鋼，是一種古代粉末冶金和鍛造技術(shù)完美的結(jié)合。在英美和歐洲大多數(shù)的地方被稱(chēng)為WOOTZ;而在其原產(chǎn)地印度、巴基斯坦一直到波斯則稱(chēng)為FULAT;在俄羅斯的高加索地區(qū)被成為BULAT。 WOOTZ的花紋是天然形成的，不像摺疊鋼一樣是用人工硬將性質(zhì)不同的材料焊接起來(lái)再摺疊鍛打而成的。

印度Wootz鋼:坩堝冶煉超高碳鋼(含碳 1.5~2%)，在公元前6至5世紀(jì)時(shí)，由位于印度西北角的Hyderabad(翻譯作:海得拉巴，現(xiàn)屬于巴基斯坦)的冶煉工人制成的，后來(lái)被售到"安息"(波斯)、條支甚或是埃及等，它們的冶煉方法是:將黑錳礦、竹炭及某些植物葉子密封在一個(gè)陶爐里燃燒加熱，當(dāng)這些東西熔化后，其渣滓形成一團(tuán)金屬，然后將此金屬反復(fù)熔化、冷卻四五次，最后煉成直徑為5英寸，厚度為0.5英寸，重約2英鎊的金屬塊(William.Reid的《西洋兵器大觀》)。

在印度被制成的金屬塊，不能直接被命名為大馬士革鋼。它們之所以被叫做大馬士革鋼，是因?yàn)檫@些金屬被販賣(mài)到大馬士革(位于今天的敘利亞境內(nèi))這個(gè)城市后，用來(lái)煉制成武器，即大馬士革劍(或大馬士革刃)之后，才得名的。或者應(yīng)該這樣說(shuō):當(dāng)中世紀(jì)歐洲入侵耶路撒冷(即十字軍東征)時(shí)期，歐洲人看到他們的敵人使用這種武器時(shí)，才以為這種原本原材料是來(lái)自印度的武器，就是在大馬士革取材制煉的，因此就有了"大馬士革鋼"這個(gè)說(shuō)法。至于"印度鐵"，姑且是看作以這個(gè)金屬塊來(lái)源而進(jìn)行的命名，而"烏茲(Wootz)"則可能是最原始的叫法。另外，大概是因?yàn)?quot;Wootz"被簡(jiǎn)單翻譯成"烏茲"，中國(guó)人可能不好理解，所以第一位翻譯它的人，命名他們?yōu)?quot;印度鐵"，有利于理解，因此這是比較正常的現(xiàn)象。

綜上所述，應(yīng)該是先有"烏茲(Wootz)"，然后才有"大馬士革鋼"，"烏茲(Wootz)"因?yàn)槌霎a(chǎn)于印度故也被翻譯作"印度鐵"。

由于烏茲鋼古董市場(chǎng)在國(guó)際上長(zhǎng)期的需求，經(jīng)常有高加索地區(qū)產(chǎn)的現(xiàn)代布拉特鋼魚(yú)目混珠冒充烏茲鋼錠的現(xiàn)象。由于布拉特鋼錠粗大的枝晶組織酸洗后與烏茲鋼錠花紋相似，因此收藏者常常上當(dāng)。烏茲鋼錠與布拉特鋼錠往往需要借助儀器才能進(jìn)行鑒別，主要區(qū)別為:在印度礦區(qū)的鐵礦石成分當(dāng)中并不含有大量的鉻，并且由于古代的冶煉技術(shù)所限不可能人為向坩堝當(dāng)中添加百分之十幾的鉻，因此用含高鉻的鋼錠一定為布拉特鋼錠。在印度礦區(qū)的鐵礦石成分當(dāng)中并不含有大量的硫，并且在進(jìn)一步熔煉之后會(huì)除去絕大部分硫，因此用含高硫的鋼錠一定為布拉特鋼錠。