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瓦雷利亚钢究竟是种什么钢?

作者:佚名 来源:本站原创 点击数: 更新时间:2015-5-4

毛骡/译)在《冰与火之歌》中,传说中的材料——瓦雷利亚钢打造的兵器天下无敌,让所有的战士梦寐以求。

据说,瓦雷利亚钢“比任何普通钢材更强韧,更轻巧,更锋利”,它的外表漆黑,同时带有可见的花纹——这表明打造这种兵器需要经过上千次反覆锻造方可成功。最关键的是,这种材料不受寻常火焰影响,几乎坚不可摧。据说,瓦雷利亚钢是在龙焰中铸成,并由巫师咒语加持,但制作这些神兵利器的方法已经在语焉不详令人生疑的所谓“瓦雷利亚浩劫”中遗失了。

不过,这种 “龙钢”本身看起来并不具有魔法属性。锻造技术似乎需要法术,但材料本身好像还是正常的材料。如果真是这样,这种神奇的材料到底是什么?让我们将书中窥得的字句还原为现实,推理瓦雷利亚钢实际成分的几种可能性——我的计划是,对照这种钢的属性,一次研究一种,最后看看能否综合得到可用的材料。

千百次折叠

琼恩轻转剑身,看到色泽沉暗的精钢剑身历经千锤百炼所留下的波纹。——《权力的游戏》

现代社会里流传着一则浪漫传说——那就是古人使用叠钢法(折叠锻打法)制造的叠钢刀的超凡质量。据说这种刀剑有着卓越的强度和锋利度,仅仅是将剑锋放在河里,就能将顺流而下的荷叶切开,甚至连枪管也能被这些刀剑轻松地劈成两半。虽然的确有不少叠钢刀具有出色的品质,但这些描述却把打造过程中的很多重要细节忽略了。

瓦雷利亚钢拥有锻造留下的层层花纹。本图为《冰与火之歌》官方周片的照片,图片来自:valyriansteel.com

事实上,将金属折叠锻打对提高兵刃性能并没有什么好处,它带来的结果其实恰恰相反。由于铁匠工作环境的恶劣,锻造过程中每次折叠都会给原材料带来一些杂质:氧化物、煤灰、沙砾等等——这只会让锻件变糟。

在古代,工匠会使用叠钢法其实是无奈退而求其次的结果,因为当时有好铁匠,却没有好钢材。

熔炼钢铁需要维持1000℃以上的高温,这对于古人来说非常困难。历史上的制造工艺几乎都不能准确控制最终成品钢的材料成分,无论是碳和其他有用的元素,还是无用的杂质,它们的含量比例都没法保证。而碳是决定钢材性能最重要的元素,因此古代的冶炼技术只能生产出质量不稳定的钢材(译注:事实上,按照现在的定义,那个时代所炼出的很多只是铁,而不能称为钢。叠钢法则是一种能将较软的低碳钢和较硬的高碳钢结合在一起的手段。

如果将这两种不同的钢材层叠起来,并且通过施加大量的热和力将两者锻焊在一起,就会造就一种兼具两边性质的钢坯。此时再对钢坯进行反复的折叠锻打,两种不同材料的分层就会逐渐结合在一起,并产生出软硬适中并且性质分布均匀的材料。

在叠钢刀的传说中,往往都会强调这些刀魔法般的质量,还说这神奇的技术已经失传。事实上,它并没有失传,但现在只有手工工匠才会用,作用也只是给作品添加艺术效果而已。叠钢法受到冷落的主要原因其实很简单:我们现在不需要这种技术,就能做出品质稳定、更好的钢材来。

“世间只有一种金属可以打造得如此细薄,同时还不失致命的威力,这些波纹,都是锻冶时千锤百炼的印记”——《冰雨的风暴》

此处英文原文说,瓦雷利亚钢剑折叠了上千次( folded back on itself many thousands of times),这可能是从一些著名刀剑(往往是日本武士刀)的传说故事衍生而来——据说这些刀剑有几千层。这也许是真的,但这并不是几千次反复折叠的结果,这是一个数学上的错误。

在锻造时,每次将钢胚对折,它的层数就会翻倍。仅需对折十次,就可以得到超过一千层。而且,假如真的有这么多层数,每层的厚度最多不会超过6微米,这通过肉眼恐怕已经无法分辨了。

如果真的把铸剑材料对折一千次,那么层数就会达到10301数量级。要知道,整个可观测的宇宙中估计也才只有1080个原子而已。

我怀疑在《冰与火之歌》里持这种说法的人应该没有仔细研究过数学吧。当然了,假如我认识的人里有一半都想干掉我,谁还有心思学几何级数啊?反正我是不会。

“但我父亲认为,这么好的武器刽子手不配使用,于是便给了伊林爵士一把新剑,然后将寒冰熔解回炉,铸出两把新剑。你手中这把正是其中之一。”——《冰雨的风暴》

在《冰雨的风暴》中,瓦雷利亚钢剑“寒冰”被熔化并重铸为两把新的剑。如果瓦雷利亚钢剑可以熔化并重铸,那么这种材料必然就不是叠片钢了。叠钢刀融化后并不会通过凝固重新获得原有的分层,而是会变成一块均匀的、成分介于所用两种片钢之间某个位置的钢锭。虽然有些场合下这可能就是我们想要的结果,但是这样做绝不可能再得到一把具有分层结构的新剑。

瓦雷利亚钢剑“寒冰”。图片来自:awoiaf.westeros.org

那为什么维斯特洛大陆上的人们谈到瓦雷利亚钢的时候,总说得它好像就是叠片钢呢?我敢说,那些人恐怕自己也不知道自己在说啥。

但这很可能不是我在瞎说。这种材料本身就是个传奇,而制造它的方法失传已久,聊到它的人们多半也不是干铁匠的。瓦雷利亚钢经历千百次锻打这种说法,很有可能只是世代讹传之后,大家对剑身上螺旋花纹的一种错误解读。同时,声称熔化了瓦雷利亚钢剑的铁匠也有可能在说谎——因为打造瓦雷利亚钢是很有价值的高端技术,而为了保护商业机密而混淆事实可是不乏先例的。

重量

“剑刃本身为瓦雷利亚钢,古老、轻盈且锐利。”——《列王的纷争》

我们可以为瓦雷利亚钢的轻盈找到两种可能的解释。第一个可能是,它有着比别的钢材更高的强度,因此在剑尺寸相同的情况下可以用更少的材料。

物体抗拒弯折和扭曲的能力取决于它的“截面惯性矩”,而这一参数一般来说取决于材料的形状,而不是质量。出于这个原因,我们可以做到在移除一大部分材料的同时使抗弯折能力所受影响甚微。这也就是为什么管材和工字钢能以较少的质量获得跟同尺寸实心材料相近的强度。

“剑身则足足比琼恩惯用的剑长了半尺,前端极尖,既能刺击,亦可挥砍,上面开了三道深深的血槽。”——《权力的游戏》

许多剑的剑身上都有凹槽——我们一般称它们为血槽。但它们其实和放血毫无关系。真正的功能,是在给剑身减少材料的同时又不显著降低剑的强度:这些沟槽大大减轻了重量,对“截面惯性矩”的影响却很小。

如果瓦雷利亚钢极其强韧,那么甚至可以它身上开更多的槽,以便进一步降低剑刃的重量。

有三条血槽的“长爪”剑。图片来自:dragonimpact.com

第二种可能性则是——瓦雷利亚钢其实根本不是钢铁,我们过会儿再讨论这个问题。

锋利度

“剑名“寒冰”,身宽过掌,立起来比罗柏还高。剑刃是用瓦雷利亚钢锻造而成,受过法术加持,颜色暗如黑烟。世上没有别的东西比瓦雷利亚钢更锐利。”——《权力的游戏》

如果想要在挥砍的时候不变钝,那么铸剑所用的钢材就得非常硬。钻石是我们已知莫氏硬度最高的东西,也就是说,它能够切割别的任何物质,而没有什么其他的东西能刮花它。钢铁的硬度当然不能跟钻石相比,但是一些高碳钢——比如碳含量大约为1%的1095钢,其硬度之高甚至可以用来切割其它的钢铁而不会变钝。许多现代刀具就是用这种材料或者同样原理的相似材料制成的。

强度

“这是瓦雷利亚钢剑,”他说,“以魔法锻冶而成,锋利无比,几乎坚不可摧。”——《群鸦的盛宴》

瓦雷利亚钢或许是一种极为“强力”的金属。但是“强力”对于金属来说,并不仅仅指的是一种性能。一般谈及刀剑时,“强度”可能指的是抗拉强度和韧性的综合体。

我们希望材料能有高抗拉强度,这样剑在压弯时就不容易折断。而这一点,高碳钢材也可以很好地胜任。

但是,如果我们同时还要追求韧性的话,这就会带来更大的挑战。韧性指的是材料的抗击打能力——一般而言,如果某件材料越硬,这也就代表着它越容易碎裂。所以,如果我们只是采用硬度很大的材料的话,那么这把剑跟别的剑交锋时,它就可能会像玻璃一样碎掉。《魔戒》中的纳西尔圣剑遇到的大概就是这样的问题。

所以,我们需要在抗拉强度、硬度和韧性中间找一个平衡点。有些弹簧钢——比如9260钢可以实现这个目标。约0.6%的碳加上几个百分点的硅和锰,就可以制造出性能非常平衡的合金。它可以保持刀刃锋利,弯曲时不会折断,而且这种材料很不容易脆断。

耐热性

“之前那场火把剑柄圆头的银给熔掉了,护手和剑柄也被烧毁,唉,干皮革和木头,不烧才有鬼。至于剑本身嘛……你得用热一百倍的火才能伤到剑身。”——《权力的游戏》

书中不止一次提到,一般的火焰是奈何不了瓦雷利亚钢的。要大幅改变钢的熔点并不太可能,所以这个描述看上去有些荒唐。

不过,与完全熔化相比,破坏一把钢刀所需的温度要低得多。也许书中所说的并不是熔化瓦雷利亚钢,而仅仅是将其“退火”。

钢铁的热处理是一个复杂的过程。如果要得到拥有弹簧钢性能的晶体结构,我们需要将钢铁加热到一个非常特定的温度,然后以一定的速率冷却或者淬火,然后再次升温到另一个特定温度并保持特定的一段时间。

如果将弹簧钢剑直接扔进一间着火的屋子,火焰就会把原本“回火”的效果完全毁掉,让这把剑软到毫无用处。在一个没有温度计的世界里,重新得到原来的热处理效果是难上加难。

许多现代工具在日常使用中会反复遇到不同程度的加热或者冷却,如果常规操作遇到的温度变化会改变工具本身性能的话,使用它们就会变得很不方便。这时候,一种钢材——空气硬化钢——就应运而生了。制造这种钢材不需要繁复的热处理过程,它所需要的仅仅是在空气中自然冷却。也许,瓦雷利亚钢实际上就是一种气硬工具钢,就像A2钢那样。作为剑的原材料而言,气硬钢的性能不及弹簧钢,但是比起古时候的普通钢铁,它还是相当不错的。

而且,在维斯特洛大陆这样的地方,熔炼这种钢铁很可能需要巫师的帮忙。制作这种钢铁需要精确地控制铬、镍、硅、钼、锰、钒等元素比例(当然碳也不可缺少)。但是在中世纪的时候,其中大部分元素根本不为人所知。通过冶炼各种元素制作成合金的技术很有可能被当作是魔法,而这种技术很可能相当复杂,很容易因为天灾人祸而失传。

颜色

“瓦雷利亚钢沉暗如烟。”——《冰雨的风暴》 

瓦雷利亚钢总是被描述为一种漆黑的材料。虽然在经过热处理和化学镀层之后,钢铁也可以呈现黑色、蓝色、紫色或者其它色调,然而这些处理只能解决表面问题——这些钢材在抛光打磨后都会呈现出表层下面原本的亮银灰色。

考虑到这一点,以及在现实中很难找到一种完全符合瓦雷利亚钢性质的钢材,我们几乎可以确信,瓦雷利亚钢其实并不是一种“钢铁”。

那么,它还能是什么?

其他可能性

“长爪”由古瓦雷利亚的火锻制而成,龙焰熔铸,咒语加持。山姆说它是龙钢,比任何普通钢都更结实,轻便,坚固,锋利。”——《魔龙的狂舞》

看完上面的原文之后,我想大概有三种可能的解释来说明瓦雷利亚钢究竟是什么。第一种可能性是瓦雷利亚钢本身就是一种魔法。这个解释太过于无聊,也没必要多说。第二种可能性则是前文提到的,瓦雷利亚钢是一种做工精良的叠片钢,由于维斯特洛其他的钢铁制品实在太为不堪,相较而言,瓦雷利亚钢剑就像是“有魔力”一样了。而最后一种可能性是,瓦雷利亚钢根本不是钢铁。如果真是如此,它又会是什么呢?

一种可能的候选是金属基复合材料(MMC)。这种材料的基体是金属(这样可以提供一定的韧性和拉伸强度),并在冶炼过程中将陶瓷一类的坚硬材料嵌入其中,这样的材料可以制成坚不可摧的利刃。

但是,制造这些材料通常极为困难:它需要真空,极端的压力和温度,气化的金属和极度精确的化学过程。在《冰与火之歌》的世界里,这些条件恐怕只有巫师才做得到。

钛/碳化硅复合材料是比较符合瓦雷利亚钢要求的一个例子。这种材料摸起来很像钢,但是它的颜色更深,也能够轻松地承受会熔化一般钢铁的温度。这种材料非常坚硬,在使用过程中可以保持刃口不损坏。并且,如果金属基体本身不是绝对均匀的话,剑身上也可以呈现灰色、连续而形状多变的旋纹。

这看上去是个不错的解答,不过我仍然觉得它不能算是一个完美的匹配。目前,这种材料主要还是被开发利用在喷气式涡轮发动机叶片之类的地方,而且它有着每磅超过1000美元的高昂价格。所以,我不知道是否真的会有人为了打一场中世纪战争去搞这种材料来做武器。(编辑:窗敲雨)

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