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E.Y.E: Divine Cybermancy

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地球地殼上所有的天然鐵都是以礦石的形式存在，一般為氧化鐵，例如磁鐵礦及赤鐵礦等。要提取鐵，就要把鐵礦中的氧移除，讓氧與其他的化學元素結合，例如碳。這個過程叫熔煉，最早應用於熔點較低的金屬，例如熔點約為250 °C的錫及熔點約為1,100 ℃的銅。而鑄鐵的熔點則為1,375 ℃。這種溫度用青銅時代已經有的古老方法就可以達到。由於氧化率在800 ℃以上時會急劇增加，所以保持冶煉環境低氧是很重要的。跟銅與錫不同的是，液態鐵能夠很容易地溶解碳。熔煉所生成的合金（生鐵）含碳量過高，因此還不能叫作鋼[2]。後續的步驟會把多餘的碳和氧除掉。

很多時候會向鐵／碳化合物加入其他材料，來達至所需的特性。在鋼裏加入鎳和錳會增加鋼的強度，並使沃斯田鐵的化學性質更加穩定，加入鉻會使硬度及熔點上昇，加入釩也可以使硬度上昇，但同時更會減輕金屬疲勞所帶來的效應。為了防止腐蝕，最少會要加入11%的鉻，這樣表面就會生成一層硬的氧化物；這種合金叫不鏽鋼。鎢能干預雪明碳鐵的生成，使麻田散鐵得以在較低的淬火率下生成，這樣的成品叫高速鋼。另一方面，硫、氮與磷會使鋼變得更脆弱，因此必須從礦石中除掉這些普遍存在的元素[3]。

鋼的密度會隨合金的成份而改變，但一般介于7,750至8,050 kg/m3[4]。

即使在不同鋼裏面的濃度差異是如此的小，碳－鋼混合物還是可以形成一些不同的結構，這些結構各自有着很不一樣特性。要煉出高品質的鋼，是必須明白這些特性的。在室溫下，鐵最穩定的形式是體心立方晶格結構的α-铁素体。這是一種頗軟的金屬材料，而且只能溶解很小量的碳，於723 ℃時上限為0.021 wt%，而0 ℃時則為0.005%。在煉的溫度下，若鋼的含碳量超過0.021%，它就會轉化為面心立方晶格的結構，叫沃斯田鐵，或γ-鐵。它亦是一種軟的金屬材料，但是它能溶解相當多的碳，於1,148 ℃達2.1%[5]，反映出鋼的含碳量上限[6]。

當鋼的含碳量少於0.8%時（叫亞共析鋼），混合物會從沃斯田鐵相冷卻下來，嘗試回到铁素体相，並因此會有多餘的碳。其中一種能讓碳脫離沃斯田鐵的方法是，等滲碳體因沉澱離開混合物，這樣剩下的鐵純度若足夠地高，就能形成铁素体，得出滲碳體－铁素体混合物。滲碳體是一種既硬且脆的金屬互化物，化學式為Fe3C。当钢的含碳量为0.8%时（共析钢），冷卻的結構會形成波來鐵，名稱來自於與珍珠母類似的光澤。當鋼的含碳量超過0.8%（过共析钢），冷卻的結構則會形成珠光體和渗碳体[7]。

也許最重要的同質多形體是麻田散鐵，因為它是一種介穩相，所以比其他鋼相的強度要高很多。當鋼處於沃斯田鐵相時，再受到淬火後會形成马氏体，這是因為當晶格架構從面心立方轉成體心立方時，原子需要被“凍結”在原位的緣故。視乎沃斯田鐵相的碳含量，會形成不同的結構。當含碳量低於0.2%時，會形成體心立方結構的α-铁素体，而當含碳量較高時則會形成體心四方結構。從沃斯田鐵到马氏体的變換，並不需要活化能。而且沒有成份改變，因此原子一般保留變換前的鄰居[8]。

马氏体的密度比沃斯田鐵低，因此兩者在互相變換時體積也會改變。所以在沃斯田鐵轉成马氏体時，會發生膨脹。這種膨脹所做成的內部應力，一般會對马氏体的晶體進行壓縮，同時對餘下的铁素体施行張力，並且還有相當量的剪應力作用於這兩種成份上。如果淬火做得不完全的話，內部應力可能把會在冷卻時導致斷裂。在最低限度上，還會導致內部加工硬化及其他微觀上的瑕疵。用水作冷卻處理時，很多時候會形成斷裂，儘管裂痕不一定可見[9]。

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