越沧海-第272章
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后世为什么会有那么多国家要弄万吨水压机?为啥法国人的空客弄出a380客机后,主起落架还要拿到毛熊国那里请毛熊国用八万吨的模锻机锻压出来?其实就是因为钢材本身的合金配方越强韧、对应力释放的需求越高、厚度越大,就需要用越重型的锻压机来成型锻造。在数十吨的分量下,只能把高温软热的薄铁板压制变形;而在几万吨的液压下,哪怕是一整坨的合金钢钢坯,都能像捏橡皮泥一样在区区200度的低温下冷锻变形。
只能进行应力特性不尽如人意的热锻造,而且还只能加工一寸厚以下的薄料。如此的技术特性,让钱惟昱在为吴越**器监的锻钢车间寻找第一种适合一体成型的实验对象时,着实费了一番脑子。直到这里正式开工前,钱惟昱才选定了第一个目标:可以用这种机械,进行整块钢质胸甲的锻造。西洋板甲的厚度一般也就几个毫米,在**百度的温度下屈服强度还是比较弱的,正好适合练手。
……
钢水在半黏稠状态下被倾倒到一个扁平护框划定的容器内,随后跟着底下经过隔热层后放置的脚踏式牛皮传送带一起传动给进——牛皮传送带是紧绷在两个粗糙的木质轮子上的,然后轮轴延伸线上有曲轴踏轮,如同自行车和车轮舸的踏板一样,在需要给水力锻机投料的时候,就会有工匠过来匀速踏动踏轮好让传送带给进红热的钢坯。
水力给进的传送带在这里并不适合,因为这里的传送带只有在蓄热炉的钢水出炉、等待锻造的时候才需要短暂开工,而大部分时间是没必要转动的。水力那种一天十二个时辰源源不断转动的机构用在这里不仅不高效,还只会徒然增加机械结构的磨损。
人力的灵活在这个工段环节显得很适用,但是却需要考虑一个问题:那就是踏轮给进的工匠在踏板的时候是否可以做到足够匀速?如果动作上有时快时慢的问题的话,摊在传送带上的热钢坯就会存在冷却定型过程中厚薄不均的问题。
为了这个事儿,沈默也是从工匠中挑挑拣拣,训练了许久才略微弄出了几个熟练工。而其他不熟练的,就暂时只能拿便宜得多的稀面团练手——换一条专门供练手艺的传送带,只不过上面倾倒的不是钢水而是面糊,传送带下面也有加热的炭火。让手艺不精的工匠通过踏轮传动练习摊面饼的活计,如果那一天摊出来的煎饼果子厚薄很一致了,才有资格上锻造生产线。
据说,在钱惟昱莅临视察之前,长兴钢铁厂的全部工匠们大半个月都没吃到一口米饭,这些江浙稻作文明的汉子,每人每顿都只能啃煎饼果子。在吃了大半个月煎饼果子之后,才敢拿出来给钱惟昱显摆手艺。
厚薄均匀的钢坯逐渐给进,喂入两个限定厚薄的大石磙子底下,再穿出来的时候,便只有非常标准的一分厚度了。石磙子背后是一道闸门一样的切割刀头,是用凸轮机构循环往复绞起…砸落以便把钢料切成一块块长短合适的钢板——到这一步为止,所有的步骤和隔壁湖州钱监铸币厂里轧铜板的工艺是差不多的。只不过钢铁厂里的轧击锤头分量更重、锻造力度更强,同时热锻时产线上的材料温度也更高。
然后,切下来后还未散去红色的钢板被直接丢进一个陶制的凹坑里面放平,上头一个同样铁质的锻造锤头缓缓落下——注意,接触到钢板之后,是缓缓落下,如果靠瞬间冲击力的话,几十吨的分量下去钢板就直接砸断了。锻造的成功,以及锻造出来材料的应力强度,和锻造时的均匀用力有很大的关联。只有绵绵泊泊地持续均匀发力,才能让钢料不会产生金属疲劳。
钱惟昱盯着锤头目不转睛地看着,一分厚的钢板以肉眼可见的速度凹陷下去,最后紧紧贴合在锻锤和锻坑之间的缝隙上,充分延展、释放、冷却。锤头抬起来的时候,一片钛镍钢的弧形胸甲片就算是锻造出来了,整个过程锤头大约需要做功一两分钟之久。
锤头抬起后,很快有工匠走上去,给锤头重新刷一层矿物油,以免下一次锻造时候钢料粘在上面——钢板是铁基的,锻锤本身也是铁基的。如果不刷矿物油的话,那就相当于用一个面团去锤另一个面团,最后的下场只能是两个面团被和面合在一起。
因为整个生产过程必须保持钢料的温度比较稳定,不能冷却过快导致钢料太硬,所以后段少不得再在产线下面加煤炭粉持续烧热保温。所幸热锻只要保持八百度左右的温度,倒也不需要蓄热设施,只是煤炭的消耗着实不是一个小数目。
锻好的钢甲被工匠用火钳取走,然后用手工的大铁锤再略微修一下形状,然后便是退火、回火等热处理的工艺。热锻的钢铁因为内部应力释放不如冷锻那样充分,而且没有冷锻起到的表面硬化效果,所以热处理是必须做的,为了达到表面渗碳的梯度硬化效果。
这个时代的热处理,尤其是淬火阶段,只知道用冷水。少数非常技艺精湛的工匠想到了用动物的尿液进行淬火,但是却不知道其中原理——不同的液体淬火,其实差距就是在于不同的液体沸点不同,所以可以为金属提供的淬火环境温度不同。尿液只是因为含有尿酸尿素导致沸点比纯水高了那么十几度,这才让分层淬火产生了梯度降温的效果。
钱惟昱知道其中的原理,所以自然不可能让工匠用那么神神叨叨还恶臭的办法处理钢甲,他只是指示沈默让军器监的铁匠分别尝试清水和各种动物油脂、矿物油的淬火效果。后来也就分别找到了沸点从一百度到三百度之间的多种梯度淬火剂,让钢甲最后的热处理和渗碳硬化效果得到了明显提升。
……
一个时辰后,天色已经全黑。在长兴钢铁厂里视察泡了一整天的钱惟昱,终于看到地球上第一件完全具备了微量钛镍合金钢材质、几乎无渣低碳、重锤锻轧、分层退火回火表面渗碳硬化等等诸多工艺特点的弧形胸甲诞生了。
和胸甲配套的,还有背部的甲板和弧形的下摆、大腿正反的四块长圆弧甲板,总共有三条类似的锻轧生产线在为这个全套板甲的制造服务。
因为锻造成型的东西不适合制造细微末节的部位,所以只能涵盖一些大块大块的面积。比如整个躯干前后、腰胯、大腿前后等部位。而前胸后背之间那个需要连缀起来的侧面,锻甲是没办法护住的;大腿的问题也是相同。只有正反,没法护住侧面。
所以,这种弧形钢板的甲胄还是没法单独形成全身防护,需要用钢钉钉在一件皮甲上。手臂和小腿、身体侧边的缝隙就没有钢铁的保护,只有内侧的那层皮革守护了。不过这也让身着铠甲的人在作战时的动作灵活性方面得到了兼顾,护住全身七八成面积的要害,也算是一种兼顾经济实用性和成本的方案了。
“这套钢甲,分量约摸有多重?”钱惟昱掂量了一下,转头向沈默询问道。
沈默略微查了一下,回复说:“前胸后背的上身主甲用钢料11斤,连上身皮甲的里子一共是14斤。下摆重4斤,两腿钢板合计8斤。全身相加,用钢料23斤,皮甲6斤。”
全身铠甲29斤,再加上靴子腰带和内衬衣物,一个武士不拿兵器情况下,大约也有33斤的负重了(唐宋一斤690克,所以相当于后世22公斤左右),对于体格相对力气小一些的南方人,这个也算是挺重的了。
后来北宋的步人甲全重换算到后世有30公斤,米兰全身板甲25公斤。如今吴越板甲相较于步人甲的优势,也就在于可以让腰部和腿部分担大量的重量,而不是像步人甲那样“挂”在肩膀上的。所以肩膀和上臂的负重只有步人甲的三分之一,挥舞兵器时的余力会明显更大。
“已经如此沉重了……手臂和小腿便不必再钻研钢甲保护的措施了——哦,不过士卒的靴子底下可以在皮底之间衬一层钢片缝在其中,这样误跌入陷坑也不会被竹枪扎穿。还有,最重要的——从此以后头盔全部给寡人换了,马上弄出一套一体化锻轧钢盔的产线来。”
“整个兜鍪一次性用锻机锻轧出来?那可不好做,兜鍪的弧度太大了,目前的钢料还无法延展那么大的距离而不断裂,除非是在钢料更热的软化状态下先浇铸出个大概的样子,然后再慢慢锻打致密……”
“具体用什么手段寡人不管,哪怕是整体浇铸出来的,只要比普通铸钢致密刚硬一些,也便罢了。寡人还有一件事情要问——目前咱这铁厂,锻轧加工的,只能是做到锻出钢甲了么。寡人去年问的钢质战船龙骨,可有眉目了。”
“大王,那东西实在太大了。战船龙骨,动辄粗厚数寸,甚至逾尺,至少也要万钧之力的锻轧才能搞得动。如今长兴这边西苕溪带动的锻机没有一个合用的。只能是指望严州的千岛湖堤堰修好后,用高水头的大水车催动锻锤,而且木材传动的机械,本身也吃不住那么多分量。真要弄那么大的锻锤,只怕水车的转轴本身就会扭断了——合抱粗细的大树,都难以吃住最后输出万钧锤击之力的锻锤啊!变速传动的牛皮带子,就更加无法绷住那么大的力道了。”
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第315章 短板
怀着对目前的冶金工艺还不能锻造整根的海船龙骨,钱惟昱心中着实惆怅了一阵。不过很快也就丢开了这件事情。在湖州的长兴钢铁厂视察了两天,随后便顺道转去西边的严州视察一番。
在那里,有刚刚初具规模的千岛湖工程,也是未来吴越大型水力工业的核心基地所在。无论是金属锻造加工还是大规模的纺织业纺纱缫丝,抑或再是朝廷在杭嘉湖一带官仓粮食的集中脱粒碾米,都可以借重这里庞大的水能资源。
经过钱惟昱统治严州的这两年建设,累计投下去三百万贯钱粮之后。在后世淳安县境内,如今已经在钱塘江上游的新安江段形成了两道库区水头大约在30米上下的大坝,还修砌了大约十几里长的堤防。整个工程没法玩后世的混凝土重力坝,所以只能是内部夯土并浇灌土水泥,外头再用巨石堆砌一层表面,然后用糯米汁蒸土黏合剂与土法水泥混用紧固。
这样的施工方法比这个时代最精巧的城墙修葺工艺还要优越一些,比后世的混凝土重力坝也不遑多让——混凝土重力坝好歹是不会有巨石包壳的,而吴越工部修建大坝的时候,因为对土水泥强度不够信心,还加了成本昂贵的外层包石包砖。所以除了成本高昂之外,质量并没有劣势。后世的新安江水电站坝高110米左右,以一千年前的技术,修一个只有30米高的实心坝还是没问题的。
湖州西苕溪边的水车因为没有堤防大坝拦水,水头不过才每公里两三米的落差,配合普通水车的情况下,那种水流流速和冲击力只能用来带动80锭的水力大纺车,或者二三十吨级别的水力锻锤。而新安江地处天目山深处,从歙州严州边境到严州东部,不过六十里直线距离就有一百多米的落差!
经过几道堤坝在原本自然落差就最大的位置拦水蓄水、抬高水头后。每段大坝后面可以跟三四里长的做功河段。堤防夹束的河流每公里可以有十几米的落差,水流的势能密度也就可以达到西苕溪的将近十倍。