海得拉巴烏茲鋼遺址

Crucible steels like wootz steel and Damascus steel exhibit unique banding patterns because of the intermixed ferrite and cementite alloys in the steel.

烏茲鋼（Wootz steel）是一種歷史上在南印度和斯里蘭卡生產的高碳坩堝鋼，以其強度、鋒利度和特有的帶狀微觀結構而聞名。 它至少起源於公元前一千紀中期，並廣泛出口到亞洲、中東和歐洲。

烏茲鋼的特點是碳含量高（通常在1.0%至2.0%之間），以及在緩慢凝固和鍛造過程中由碳化物偏析形成的獨特帶狀花紋。 歷史上，烏茲鋼錠被出口到中東，鍛造成大馬士革鋼刀劍，這些刀劍因其卓越的機械性能和圖案外觀而聞名。

詞源

「wootz」一詞源自南印度語言中「鋼」一詞的英語化形式，包括泰米爾語的「urukku」、卡納達語的「ukku」和泰盧固語的「ukku」，意為「鋼」或「熔化的金屬」。

歷史

烏茲鋼起源於公元前一千紀中期的印度。它在特倫甘納邦的戈爾康達、卡納塔克邦、泰米爾納德邦和斯里蘭卡製造。 這種鋼材以鋼錠形式出口，被稱為「wootz」。 其方法是在木炭爐內的密封粘土坩堝中，在碳的存在下加熱黑色磁鐵礦礦石，以完全去除爐渣。另一種方法是先將礦石冶煉成熟鐵，然後加熱並錘打以去除爐渣。碳源是竹子以及Avārai等植物的葉子。 到公元前5世紀，斯里蘭卡當地人從哲羅人那裡採用了製造烏茲鋼的生產方法。 在斯里蘭卡，這種早期的煉鋼方法採用了一種獨特的、由季風驅動的風爐。古代的生產遺址已在阿努拉德普勒、蒂瑟默哈拉默和薩馬納拉維瓦等地出現，也有來自科杜馬納爾的古代鐵器和鋼製品的進口文物。最近（2018年）對馬納爾地區的Yodhawewa遺址進行的考古發掘，發現了一個球形爐的下半部分、坩堝碎片以及與通過滲碳工藝生產坩堝鋼相關的蓋子碎片。 在斯里蘭卡東南部，有來自古典時期該島最古老的鐵器和鋼製品及生產工藝。

通過阿拉伯海進行的印度與斯里蘭卡之間的貿易將烏茲鋼引入阿拉伯。前伊斯蘭時期和早期伊斯蘭阿拉伯語中的術語「muhannad」مهند或「hendeyy」هندي指的是用印度鋼製成的劍刃，這些劍刃備受推崇，並在阿拉伯詩歌中得到證實。進一步的貿易將這項技術傳播到大馬士革城，那裡發展起了用這種鋼製造武器的產業。這導致了大馬士革鋼的發展。12世紀的阿拉伯旅行家伊德里西提到「Hinduwani」或印度鋼是世界上最好的。 阿拉伯人的記載也指出了「Teling」鋼的聲譽，這可能指的是特倫甘納邦地區，特倫甘納的戈爾康達地區顯然是烏茲鋼出口到西亞的中心節點。

烏茲鋼在古代歐洲和阿拉伯世界廣泛出口和貿易，並在中東特別有名，其中在庫奇（位於今印度）製造的鋼尤其享有廣泛的聲譽，類似於在格拉斯哥和謝菲爾德製造的鋼。 烏茲鋼刀劍聲譽的一個標誌，在一個波斯短語中得以保留——給出一個「印度式的回答」，意思是「用印度劍砍一下」。

Detail of 17th–18th C. Indian tulwar/shamshir

印度王公們曾將匕首和其他武器的樣本送往1851年和1862年在倫敦舉辦的萬國工業博覽會。儘管這些劍的柄部裝飾精美並鑲嵌珠寶，但其鋼材的質量才是最受珍視的。據說錫克教徒的劍能承受彎曲和皺摺，但仍然鋒利無比。

起源與最早的考古證據

考古學和冶金學證據表明，與烏茲鋼相關的坩堝鋼生產至少起源於公元前一千紀中期的印度次大陸。

最早有明確記載的坩堝鋼生產地點已在南印度，特別是泰米爾納德邦和卡納塔克邦被確認，那裡的發掘工作發現了與高碳坩堝鋼製造相一致的坩堝、熔爐、爐渣和鋼製品。

在泰米爾納德邦科杜馬納爾的工業聚落進行的發掘，出土了年代大約在公元前3世紀至公元初幾個世紀的坩堝碎片和冶金遺蹟。對出土材料的金相分析證實了與坩堝鋼技術一致的高碳鋼的生產。 南印度其他早期的鐵和鋼生產地點，包括哈魯爾、阿迪查納盧爾和Gattihosahalli，展示了可追溯到早期鐵器時代（約公元前1200–800年）的先進鐵加工傳統，這些傳統先於並可能促進了坩堝煉鋼技術的發展。

在斯里蘭卡，考古調查揭示了在阿努拉德普勒等地點的早期鐵和鋼生產，其鐵加工年代至少可追溯到公元前900年。 這些早期的冶金傳統後來發展成為使用先進熔爐系統的坩堝鋼生產。

在薩馬納拉維瓦地區一處遺址及其他斯里蘭卡遺址的發掘，揭示了年代在公元前3世紀至公元一千紀之間的風力熔爐，能夠生產高碳鋼。這些熔爐利用自然的季風達到超過1200°C的溫度，從而無需機械風箱即可進行坩堝鋼生產。 最近（2018年）在斯里蘭卡馬納爾區的Yodhawewa進行的發掘，發現了與坩堝鋼生產相關的坩堝碎片、熔爐遺蹟和冶金爐渣。 放射性碳定年表明，該遺址的鋼鐵生產發生在公元7至11世紀之間。

這些考古發現證實，南亞的坩堝鋼生產是從更早的鐵加工傳統發展而來，並在歷史早期已成為一項技術成熟的產業。 考古記錄表明，與烏茲鋼相關的坩堝鋼生產起源於南亞，隨後出口到中東，在那裡被鍛造成大馬士革鋼刀劍。

特性

烏茲鋼的特徵是由低含量碳化物形成元素熔化產生的

烏茲鋼通過鍛造可以形成的獨特圖案有波浪紋、階梯紋和玫瑰紋，並帶有精細間隔的條帶。然而，通過錘打、染色和蝕刻，可以製作出更多定製的圖案。

在烏茲鋼的微觀結構中已發現存在滲碳體納米線和碳納米管。 鋼基體中也可能有大量超硬金屬碳化物以帶狀形式析出。

烏茲鋼劍以其鋒利度和韌性而聞名。

成分

皇家礦業學院提供的烏茲鋼樣品的一項分析（由T.H. Henry進行）顯示其成分為：

• 化合碳 1.34%
• 游離碳 0.31%
• 硫 0.17%
• 硅 0.04%
• 砷 0.03%

在另一項由邁克爾·法拉第進行的分析中，記錄到烏茲鋼含有0.01-0.07%的鋁。法拉第及其合著者假設鋁是必需的，並且對形成烏茲鋼的某些性能很重要。然而，T.H. Henry推斷這些研究中使用的烏茲鋼含有鋁是由於爐渣以硅酸鹽形式存在。珀西後來重申，烏茲鋼的質量並不取決於鋁的存在。

複製研究

19世紀，皇家礦業學院對烏茲鋼進行了深入研究，試圖複製它，，這項工作始於1795年。

俄羅斯冶金學家帕維爾·彼得羅維奇·阿諾索夫（參見布拉特鋼）能夠複製出幾乎具有古代烏茲鋼所有特性的鋼，他創造的鋼與傳統烏茲鋼非常相似。

20世紀末，J.D. Verhoeven和Alfred Pendray對現存的大馬士革刀劍進行了化學分析，重建了生產方法，並證明了礦石雜質的作用，特別是釩（約0.005%）在碳化物形成中的作用，以及在圖案形成過程中對鍛造刀劍進行反覆熱循環的必要性，從而複製出在微觀和視覺上都與古代刀劍圖案相同的烏茲鋼刀劍。

截至2001年，一些刀匠已經能夠穩定地生產出在視覺上與古老圖案相同的烏茲鋼刀劍。

2009年發表的進一步分析確定了存在包裹着滲碳體納米線的碳納米管，其中痕量元素/雜質如釩、鉬、鉻和其他元素在加熱、冷卻和鍛造的循環中促進了它們的形成。這產生了一種堅硬但仍具延展性的高碳鋼。

格魯吉亞-荷蘭籍的盔甲大師Gocha Laghidze與同行專家一起，開發並教授了一種重新引入「格魯吉亞大馬士革鋼」的新方法課程。

參見

• 托萊多鋼
• 諾里庫姆鋼
• 布拉特鋼
• 玉鋼
• 鋼鐵冶金
• 德里鐵柱
• 花紋焊接

延伸閱讀

• urukku - 來自馬德拉斯大學的泰米爾語詞典

外部鏈接

• Celadonerkiki (2024年1月13日) 烏茲鋼與大馬士革鋼有何區別？ swordier.

• Andrew North (2024年8月8日) 傻瓜指南：大馬士革鋼刀具——為不擅長閱讀的人提供的關於大馬士革鋼和烏茲鋼的簡化但全面的概述 nothingbutknives.com

• Larrin (2024年4月22日) 大馬士革、鋼材與刀具性能：烏茲鋼——真正的大馬士革鋼？ Knife Steel Nerds（適合技術傾向更強的讀者）。