枪械与钢材:在历史中融合

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早期的钢材产量低

　　难以用于热兵器生产

　　铁是地球上最丰富的元素之一，当人类最早在这个星球上行走时，铁矿石随处可见。古人用了很长的时间才发现如何从铁矿石中提取出铁，并用铁制作有用的工具。最早之时，人类使用的武器是用黄铜或青铜制造的，在公元前2000年左右，人类就已经能通过熔炼从铁矿石中提取出铁来取代铜制作武器。要熔炼铁矿石提取铁，首先需要炭火，将铁矿石放在炭火中熔炼，产出融化的金属铁。但这种熔炼方法有一个缺点，就是在产出铁的同时也会产生很多矿渣等杂质。这就需要铁匠将铁取出，放到铁砧上捶打，以将矿渣捶打出。经过这种方法锻造的铁中，已经去除了大部分的碳元素，产生的铁称为锻铁。锻铁出现后由于其坚固度较高，被广泛地用于制作工具和武器。
　　还有一种铁称为铸铁。在极高温度下锻造的铸铁中碳含量较高，可达3～4.5%，使其极为坚固耐用，但也同时因为坚固度较高而不容易锻造物件。而锻铁中的碳含量较低，只有0.02～0.08%，这使其具有较高的可塑性和延展性，但却不够坚固和坚硬。因此用这两者制作武器都有一定的弊端。人们发现，只有碳含量在铸铁和锻铁之间，大约为0.2～1.5%的铁才能具有铸铁和锻铁的两种优势属性，既具有较高的坚固度，又具有较好的可塑性和延展性，用于制作的武器和工具性能更好，这种铁即被称为钢材。
　　早期的炼钢法既耗费人力和时间，制作的钢材产量又少，主要用于冷兵器的制造。
　　现代炼铁法可以追溯到1700年代晚期，当时一位名叫亨利·科特的英国人发明了特殊熔炉，采用这种熔炉可从融化的铁矿石中提取出质量更令人满意的锻铁，这种方法被称为“炼铁”。该熔炉中有一个特殊的空间，炼铁人可以在这个特殊的空间内搅合融化的铁矿石。随着铁矿石中碳含量的降低，其熔点随之升高，液态的铁中就会出现小的铁块。炼铁人的工作就是在铁块出现时将它们收集在一起，进而进行锻造。虽然这个方法比以前的方法简单得多，但制造铁的过程仍然非常缓慢。此时对于锻铁的需求量越来越大，但是熟练的炼铁人却很少，因此这个方法制作的炼铁产量也不能跟上需求。很多发明家试图对炼铁这一方法进行机械化，但大多没有成功。
钢制部件兵器曾遭冷遇

　　1800年代初期，在制钢方面成果最好的是英国人，致使英国的制钢产业最为蓬勃。拿破仑对于英国的制钢产业非常羡慕，希望能够发展自己的制钢产业，将更多的钢材用于兵器制造，因此决定奖励4000法郎给能够发明出与英国制钢方法相似的人。这一奖励政策出台后立刻引起了一位名叫弗里德里克·克虏伯的年轻德国人的极大兴趣。尽管克虏伯在制钢方面没有太多经验，但他还是受这一奖励的激励，于1811年9月20日在德国埃森地区开设了一家铸铁公司，目的就是制作出与英国钢材品质相当的钢材。虽然有很大的决心，但是克虏伯并没有取得成功，反而遭遇了相当大的失败，并在年仅39岁时离世。克虏伯在制钢方面做了很多尝试，花费很多钱，乃至在身后欠下了一大笔债务。在经过一段短时间的悲伤之后，克虏伯年仅14岁的儿子阿尔弗莱德·克虏伯毅然接手了工厂，并决定继续致力于制作出世界上最好的钢材，用于兵器的制造。正是由于这份坚持不懈的精神，小克虏伯最终成为了当时德国著名的军火制造商。
　　小克虏伯在接手工厂的最初时，他所制造的钢材虽然没有达到英国的品质，但质量也还不错，并且拥有较好的一致性。之所以达到如此好的品质，小克虏伯最大的“秘密”在于从瑞典购买高品质的铁矿石制钢。瑞典的铁矿石含磷量非常低，而磷正是造成钢材脆性高的一个原因。但仅使用高品质的铁矿石是远远不够的，小克虏伯不断寻找合适的方法来改进他的制钢过程，他曾用了5个月的时间到英格兰进行考察，但得到的成果并不大。
　　小克虏伯一直不屈不挠，并终于在1843年制造出了2根采用冷拔钢材、空心锻造的火枪枪管。小克虏伯将他的钢制枪管提交给普鲁士军队高层，希望能够引起他们的重视，但限于当时的制钢技术，军方高层认为采用钢制零件的武器这一想法非常可笑，因此并没有对小克虏伯的发明表现出任何热情。在普鲁士军队遭到冷遇后，小克虏伯继续去英国和德国军队进行推销，但同样没有人对此感兴趣。一系列遭遇并没有浇灭小克虏伯的热情，接下来他又试做了一门采用钢制炮管的火炮，并将它提交给普鲁士军队。普鲁士军队对这门火炮进行了测试，并对它的测试结果非常满意，但是它的造价太高了，相比之下，军队更愿意使用在滑铁卢战役中表现良好的铜质部件的武器。
钢制火炮在
　　第一届世博会上崭露头角

　　此后，小克虏伯一直致力于改善制钢工艺以及将钢材用于武器制造，直到1851年第一届世界博览会在英格兰的水晶宫举办，他得到了一次重要的展现机会。为了在博览会上引起公众注意，小克虏伯展出了一个重达1860kg的钢块——这个钢块可达当时英格兰生产最大钢块的两倍。实际上，这个钢块只是一个陪衬，小克虏伯真正要展示的是一门钢制火炮。这门火炮采用后装结构，金属部件由薄钢管制成，并进行了很好的抛光处理，而木质部件采用山毛榉木制成，刻有精美花纹。该钢制火炮很快引起了所有与会者的关注。

　　英国各家媒体对小克虏伯的钢制火炮进行了全面报道。大多数人认为虽然其制作工艺令人赞叹，但却质疑该火炮的膛壁太薄，不能抵御连续发射弹药时产生的高压。小克虏伯对此疑问早有准备，向公众分发了一份4页的技术文件，文件中阐述了舍弗勒博士的理论。舍弗勒博士是欧洲著名的建筑分析师，当时他刚刚完成了一个理论，利用法国著名数学家拉梅所研究的拉梅方程，来计算各种不同金属材料制作的弹膛的厚度与所能承受压力之间的关系。拉梅方程也正是现今的枪管设计者们所使用的方程。在文件中，舍弗勒博士证明，分别采用铸铁、黄铜和钢材制作的相同厚度和长度的枪管，其中铸铁枪管在膛压超过18000磅/平方英尺时发生爆炸，黄铜枪管在膛压超过33000磅/平方英尺时发生爆炸，而钢制枪管在膛压超过117000磅/平方英尺时才会发生爆炸。 　　由于在世博会上的良好表现，小克虏伯很快从世界各国的军方高层收到了很多借用他的钢制火炮来进行测试的请求，以决定是否为其军队购买这种火炮。特别是在俄国，小克虏伯借用了一门钢制火炮到其军队，在进行消耗测试中发射了4000发弹药，而弹膛没有发生任何破损。俄军方高层对这一测试结果感到非常震惊，因为这远远超出了他们使用的铜火炮的表现。但是他们却没有准备购买，只是认为这个测试是一个奇迹，并将这门钢制火炮存放在自己的博物馆中珍藏，也没有付给小克虏伯任何费用。
不断改善制钢的方法
　　推动兵器制造业发展

　　小克虏伯可谓是将钢材用于兵器制造领域的先驱者，他认为钢材对于各种兵器，包括轻武器和火炮等，都是非常完美的制作材料，无论是在坚固度、可塑性、强度和耐磨性方面对于兵器制造都非常适合。尽管他意识到钢材有如此多的优势，但在当时钢材的生产毕竟很难满足所需的数量和质量。致使钢材产量较低的最大原因还是铁矿石中的碳含量，当时的技工还没有好的方法来控制铁制产品的碳含量。
　　最终，一个更好的制钢方法在欧洲出现了，即在融化的铁中吹入一股热空气，这一过程会使融化的铁中的一氧化碳与氧气结合，在去除更多碳的同时很多其他的杂质也会通过燃烧去除。这一方法由英国人亨利·贝塞麦发明，被称为贝塞麦炼钢法。贝塞麦在发明此方法之前虽然已经是一位有名望的发明家，但他对于冶金术的研究却很少。1853年，英法两国与俄国之间爆发克里米亚战争，致使很多发明家开始致力于提高武器制造水平，贝塞麦就是其中之一。他早前在法国与步枪设计师米尼尔司令一起工作时曾为滑膛枪设计过一款带阴线的弹头并取得了专利。该弹头上的阴线有利于弹头飞行稳定，但同时该弹头长且重，会使射击时武器的膛压升高到危险程度。
　　关于贝塞麦发明炼钢法的初衷，他在自己的传记中曾这样记述：“圣诞节前的一天早上，我在法国温森斯参加一个射击试验，试验结束后乘马车返回巴黎。我在返回巴黎的途中记起了与米尼尔司令的一次谈话，米尼尔司令说除非有比锻铁或铸铁更好的材料出现，能利用在武器制作上，否则我们发明的弹头将毫无用处。想到这些，我决定尽自己最大的努力来试着改善在枪械制造方面使用的铁的质量。在当时，几乎我们使用的所有枪械都是采用锻铁制作金属部件的，因此改善锻铁的质量是我首先想到的。我当时对于冶金术的了解非常有限，但这在一定程度上对于我来说也是一个优势，因为我不会被常规的弊习所限制，能够使我的想象力得到完全发挥。”贝塞麦于1854年发明了他的炼钢法并在欧洲申请了专利。
　　贝塞麦由于出售专利技术许可赚取了大量钱财，并由于对科学技术的巨大贡献而于1879年被法国授予爵位。虽然他在欧洲取得了巨大成功，但是在美国宾夕法尼亚州的匹兹堡申请专利时却没有得到认可，而且还被送上法庭，险些惹上官司。在这里，世界上第一个大产量制钢法的专利被授予了一位名叫威廉·凯利的美国人。凯利曾在匹兹堡大学学习冶金术，后来他发现他家附近的坎伯兰河河岸处散布着很多高质量的铁矿石。不仅如此，这里还有空地和足够多的树木作为燃料，更妙的是有一条通向外界的河流用于运输产品。在经过充分准备后，凯利购买了八万多亩土地，开始炼铁并制作铁制产品。当地表上的铁矿石用完后，他又发现了地下的铁矿石，但质量要比地表上的铁矿石差得多，其内包含一种名为沙德拉的物质。这种物质极坚硬，即使将铁矿石融化也不能将其分离。
　　凯利对于化学和冶金术有着相当的研究，他推断向融化的铁中吹入空气更有利于铁中的碳元素与氧气结合，从而分离出更多的碳并将多余的杂质燃烧掉——这与贝塞麦的理论相同，但却比其提前了很多年。当凯利将他的推断与相关人员讨论时，几乎所有人都认为他疯了，因为大家理所当然地认为当有空气吹过融化的铁时会使铁变冷，进而影响整个炼铁过程。但凯利非常沉迷于自己的理论，尽管不被大家所支持，甚至一度差点毁掉他的事业，他还是坚持下来，直到验证了他的理论非常可行。
　　凯利在用他的方法生产钢材时雇佣了两名精力充沛的英国铁匠。他要求这两名铁匠对他的方法进行保密，并给予了他们极大的信任。但是当这两个人掌握了所有的方法之后，突然消失了，凯利才意识到问题的严重性，担心他的秘密会被他们泄露。为了保护自己的利益，凯利追踪他们到了英国。不久之后，贝塞麦发明贝塞麦炼钢法并到美国申请专利，此时凯利用相似的方法生产钢材已有7年之久。凯利质疑贝塞麦偷窃了他的方法，并将贝塞麦告上了美国法庭，美国法院认为凯利的发明在先，因此授予了凯利专利权，并对贝塞麦的申请加以驳回。

　　虽然凯利和贝塞麦的方法对于分离融化的铁中的碳和其他杂质非常有效，但是其过程并不容易控制，往往会在熔化的铁中分离了太多的碳而没有炼制成钢材，反而制作出了锻铁。即使是最好的炼铁人也不能有效地控制炼制的时间，以达到炼制出最好钢材的效果。后来一位名为罗伯特·马西特的英国冶金师在贝塞麦炼钢法的基础上发明出一个令人惊异的简单解决办法，即一直在融化的铁中吹入空气，直到将大量的碳元素移除，然后再在炼制出的成品中添加所需比例的碳，以制作成钢材。虽然马西特的方法对于提高钢材的生产水平比较有效，但也有一定的限制，因为采用这种方法制作出的钢材中仍然有大量的硫和磷，特别是磷会使钢材变得十分脆弱易碎。为了解决这一问题，只能通过使用瑞典和威尔士的含磷量较少的高品质铁矿石加以解决。
　　此时，虽然研究更简单有效的制钢方法在欧美地区如火如荼地展开，但钢材在美制武器上的应用却是极少的。原因是美国在1861年爆发内战，无暇顾及这一方面。
　　当内战于1865年结束后，北方军军官陆军队长罗德曼和海军上校达尔格伦——二人也是枪械设计的创新者——根据多年的研究认为，锻铁在制造枪械方面太软、太薄弱，枪械的金属件应该采用钢材制作才能得到更好的效果。在他们的努力下，为了规范行业标准，1855年成立的美国铁研究所更名为美国钢铁研究所，该研究所修改了相应的标准并对钢合金进行研究。因为当时冶金师已经发现钢材中碳的相对含量越高就越坚固，因此美国钢铁研究所的早期工作之一就是对碳钢进行分类，如低碳钢要求碳含量为0.08～0.15%，中碳钢碳含量为0.15～0.65%，高碳钢碳含量为0.65～1.2%。

　　1800年代后期，钢材制造产业迅猛发展。1875年，西德尼·托马斯发现在融化的铁中加入燃烧的石灰石能有效去除铁矿石中的磷，自此，凯利/贝塞麦炼钢法也可以用低品质的铁矿石来制作钢材。后来，科学家发现钢可与其他金属元素混合制成合金钢来改善其性质，如钢与矾结合可将强度提高到普通钢材的3倍；钢与锰结合可改善其使用性、强度和耐磨性；钢与镍铬结合可加强硬度、耐高温和耐腐蚀性等。至此，合金钢在枪械制造领域广泛应用，使铸铁和锻铁制武器迅速退化为一个遥远的历史。 原文地址：http://www.xzbu.com/8/view-4719713.htm

早期的钢材产量低

　　难以用于热兵器生产

　　铁是地球上最丰富的元素之一，当人类最早在这个星球上行走时，铁矿石随处可见。古人用了很长的时间才发现如何从铁矿石中提取出铁，并用铁制作有用的工具。最早之时，人类使用的武器是用黄铜或青铜制造的，在公元前2000年左右，人类就已经能通过熔炼从铁矿石中提取出铁来取代铜制作武器。要熔炼铁矿石提取铁，首先需要炭火，将铁矿石放在炭火中熔炼，产出融化的金属铁。但这种熔炼方法有一个缺点，就是在产出铁的同时也会产生很多矿渣等杂质。这就需要铁匠将铁取出，放到铁砧上捶打，以将矿渣捶打出。经过这种方法锻造的铁中，已经去除了大部分的碳元素，产生的铁称为锻铁。锻铁出现后由于其坚固度较高，被广泛地用于制作工具和武器。
　　还有一种铁称为铸铁。在极高温度下锻造的铸铁中碳含量较高，可达3～4.5%，使其极为坚固耐用，但也同时因为坚固度较高而不容易锻造物件。而锻铁中的碳含量较低，只有0.02～0.08%，这使其具有较高的可塑性和延展性，但却不够坚固和坚硬。因此用这两者制作武器都有一定的弊端。人们发现，只有碳含量在铸铁和锻铁之间，大约为0.2～1.5%的铁才能具有铸铁和锻铁的两种优势属性，既具有较高的坚固度，又具有较好的可塑性和延展性，用于制作的武器和工具性能更好，这种铁即被称为钢材。
　　早期的炼钢法既耗费人力和时间，制作的钢材产量又少，主要用于冷兵器的制造。
　　现代炼铁法可以追溯到1700年代晚期，当时一位名叫亨利·科特的英国人发明了特殊熔炉，采用这种熔炉可从融化的铁矿石中提取出质量更令人满意的锻铁，这种方法被称为“炼铁”。该熔炉中有一个特殊的空间，炼铁人可以在这个特殊的空间内搅合融化的铁矿石。随着铁矿石中碳含量的降低，其熔点随之升高，液态的铁中就会出现小的铁块。炼铁人的工作就是在铁块出现时将它们收集在一起，进而进行锻造。虽然这个方法比以前的方法简单得多，但制造铁的过程仍然非常缓慢。此时对于锻铁的需求量越来越大，但是熟练的炼铁人却很少，因此这个方法制作的炼铁产量也不能跟上需求。很多发明家试图对炼铁这一方法进行机械化，但大多没有成功。
钢制部件兵器曾遭冷遇

　　1800年代初期，在制钢方面成果最好的是英国人，致使英国的制钢产业最为蓬勃。拿破仑对于英国的制钢产业非常羡慕，希望能够发展自己的制钢产业，将更多的钢材用于兵器制造，因此决定奖励4000法郎给能够发明出与英国制钢方法相似的人。这一奖励政策出台后立刻引起了一位名叫弗里德里克·克虏伯的年轻德国人的极大兴趣。尽管克虏伯在制钢方面没有太多经验，但他还是受这一奖励的激励，于1811年9月20日在德国埃森地区开设了一家铸铁公司，目的就是制作出与英国钢材品质相当的钢材。虽然有很大的决心，但是克虏伯并没有取得成功，反而遭遇了相当大的失败，并在年仅39岁时离世。克虏伯在制钢方面做了很多尝试，花费很多钱，乃至在身后欠下了一大笔债务。在经过一段短时间的悲伤之后，克虏伯年仅14岁的儿子阿尔弗莱德·克虏伯毅然接手了工厂，并决定继续致力于制作出世界上最好的钢材，用于兵器的制造。正是由于这份坚持不懈的精神，小克虏伯最终成为了当时德国著名的军火制造商。
　　小克虏伯在接手工厂的最初时，他所制造的钢材虽然没有达到英国的品质，但质量也还不错，并且拥有较好的一致性。之所以达到如此好的品质，小克虏伯最大的“秘密”在于从瑞典购买高品质的铁矿石制钢。瑞典的铁矿石含磷量非常低，而磷正是造成钢材脆性高的一个原因。但仅使用高品质的铁矿石是远远不够的，小克虏伯不断寻找合适的方法来改进他的制钢过程，他曾用了5个月的时间到英格兰进行考察，但得到的成果并不大。
　　小克虏伯一直不屈不挠，并终于在1843年制造出了2根采用冷拔钢材、空心锻造的火枪枪管。小克虏伯将他的钢制枪管提交给普鲁士军队高层，希望能够引起他们的重视，但限于当时的制钢技术，军方高层认为采用钢制零件的武器这一想法非常可笑，因此并没有对小克虏伯的发明表现出任何热情。在普鲁士军队遭到冷遇后，小克虏伯继续去英国和德国军队进行推销，但同样没有人对此感兴趣。一系列遭遇并没有浇灭小克虏伯的热情，接下来他又试做了一门采用钢制炮管的火炮，并将它提交给普鲁士军队。普鲁士军队对这门火炮进行了测试，并对它的测试结果非常满意，但是它的造价太高了，相比之下，军队更愿意使用在滑铁卢战役中表现良好的铜质部件的武器。
钢制火炮在
　　第一届世博会上崭露头角

　　此后，小克虏伯一直致力于改善制钢工艺以及将钢材用于武器制造，直到1851年第一届世界博览会在英格兰的水晶宫举办，他得到了一次重要的展现机会。为了在博览会上引起公众注意，小克虏伯展出了一个重达1860kg的钢块——这个钢块可达当时英格兰生产最大钢块的两倍。实际上，这个钢块只是一个陪衬，小克虏伯真正要展示的是一门钢制火炮。这门火炮采用后装结构，金属部件由薄钢管制成，并进行了很好的抛光处理，而木质部件采用山毛榉木制成，刻有精美花纹。该钢制火炮很快引起了所有与会者的关注。

　　英国各家媒体对小克虏伯的钢制火炮进行了全面报道。大多数人认为虽然其制作工艺令人赞叹，但却质疑该火炮的膛壁太薄，不能抵御连续发射弹药时产生的高压。小克虏伯对此疑问早有准备，向公众分发了一份4页的技术文件，文件中阐述了舍弗勒博士的理论。舍弗勒博士是欧洲著名的建筑分析师，当时他刚刚完成了一个理论，利用法国著名数学家拉梅所研究的拉梅方程，来计算各种不同金属材料制作的弹膛的厚度与所能承受压力之间的关系。拉梅方程也正是现今的枪管设计者们所使用的方程。在文件中，舍弗勒博士证明，分别采用铸铁、黄铜和钢材制作的相同厚度和长度的枪管，其中铸铁枪管在膛压超过18000磅/平方英尺时发生爆炸，黄铜枪管在膛压超过33000磅/平方英尺时发生爆炸，而钢制枪管在膛压超过117000磅/平方英尺时才会发生爆炸。 　　由于在世博会上的良好表现，小克虏伯很快从世界各国的军方高层收到了很多借用他的钢制火炮来进行测试的请求，以决定是否为其军队购买这种火炮。特别是在俄国，小克虏伯借用了一门钢制火炮到其军队，在进行消耗测试中发射了4000发弹药，而弹膛没有发生任何破损。俄军方高层对这一测试结果感到非常震惊，因为这远远超出了他们使用的铜火炮的表现。但是他们却没有准备购买，只是认为这个测试是一个奇迹，并将这门钢制火炮存放在自己的博物馆中珍藏，也没有付给小克虏伯任何费用。
不断改善制钢的方法
　　推动兵器制造业发展

　　小克虏伯可谓是将钢材用于兵器制造领域的先驱者，他认为钢材对于各种兵器，包括轻武器和火炮等，都是非常完美的制作材料，无论是在坚固度、可塑性、强度和耐磨性方面对于兵器制造都非常适合。尽管他意识到钢材有如此多的优势，但在当时钢材的生产毕竟很难满足所需的数量和质量。致使钢材产量较低的最大原因还是铁矿石中的碳含量，当时的技工还没有好的方法来控制铁制产品的碳含量。
　　最终，一个更好的制钢方法在欧洲出现了，即在融化的铁中吹入一股热空气，这一过程会使融化的铁中的一氧化碳与氧气结合，在去除更多碳的同时很多其他的杂质也会通过燃烧去除。这一方法由英国人亨利·贝塞麦发明，被称为贝塞麦炼钢法。贝塞麦在发明此方法之前虽然已经是一位有名望的发明家，但他对于冶金术的研究却很少。1853年，英法两国与俄国之间爆发克里米亚战争，致使很多发明家开始致力于提高武器制造水平，贝塞麦就是其中之一。他早前在法国与步枪设计师米尼尔司令一起工作时曾为滑膛枪设计过一款带阴线的弹头并取得了专利。该弹头上的阴线有利于弹头飞行稳定，但同时该弹头长且重，会使射击时武器的膛压升高到危险程度。
　　关于贝塞麦发明炼钢法的初衷，他在自己的传记中曾这样记述：“圣诞节前的一天早上，我在法国温森斯参加一个射击试验，试验结束后乘马车返回巴黎。我在返回巴黎的途中记起了与米尼尔司令的一次谈话，米尼尔司令说除非有比锻铁或铸铁更好的材料出现，能利用在武器制作上，否则我们发明的弹头将毫无用处。想到这些，我决定尽自己最大的努力来试着改善在枪械制造方面使用的铁的质量。在当时，几乎我们使用的所有枪械都是采用锻铁制作金属部件的，因此改善锻铁的质量是我首先想到的。我当时对于冶金术的了解非常有限，但这在一定程度上对于我来说也是一个优势，因为我不会被常规的弊习所限制，能够使我的想象力得到完全发挥。”贝塞麦于1854年发明了他的炼钢法并在欧洲申请了专利。
　　贝塞麦由于出售专利技术许可赚取了大量钱财，并由于对科学技术的巨大贡献而于1879年被法国授予爵位。虽然他在欧洲取得了巨大成功，但是在美国宾夕法尼亚州的匹兹堡申请专利时却没有得到认可，而且还被送上法庭，险些惹上官司。在这里，世界上第一个大产量制钢法的专利被授予了一位名叫威廉·凯利的美国人。凯利曾在匹兹堡大学学习冶金术，后来他发现他家附近的坎伯兰河河岸处散布着很多高质量的铁矿石。不仅如此，这里还有空地和足够多的树木作为燃料，更妙的是有一条通向外界的河流用于运输产品。在经过充分准备后，凯利购买了八万多亩土地，开始炼铁并制作铁制产品。当地表上的铁矿石用完后，他又发现了地下的铁矿石，但质量要比地表上的铁矿石差得多，其内包含一种名为沙德拉的物质。这种物质极坚硬，即使将铁矿石融化也不能将其分离。
　　凯利对于化学和冶金术有着相当的研究，他推断向融化的铁中吹入空气更有利于铁中的碳元素与氧气结合，从而分离出更多的碳并将多余的杂质燃烧掉——这与贝塞麦的理论相同，但却比其提前了很多年。当凯利将他的推断与相关人员讨论时，几乎所有人都认为他疯了，因为大家理所当然地认为当有空气吹过融化的铁时会使铁变冷，进而影响整个炼铁过程。但凯利非常沉迷于自己的理论，尽管不被大家所支持，甚至一度差点毁掉他的事业，他还是坚持下来，直到验证了他的理论非常可行。
　　凯利在用他的方法生产钢材时雇佣了两名精力充沛的英国铁匠。他要求这两名铁匠对他的方法进行保密，并给予了他们极大的信任。但是当这两个人掌握了所有的方法之后，突然消失了，凯利才意识到问题的严重性，担心他的秘密会被他们泄露。为了保护自己的利益，凯利追踪他们到了英国。不久之后，贝塞麦发明贝塞麦炼钢法并到美国申请专利，此时凯利用相似的方法生产钢材已有7年之久。凯利质疑贝塞麦偷窃了他的方法，并将贝塞麦告上了美国法庭，美国法院认为凯利的发明在先，因此授予了凯利专利权，并对贝塞麦的申请加以驳回。

　　虽然凯利和贝塞麦的方法对于分离融化的铁中的碳和其他杂质非常有效，但是其过程并不容易控制，往往会在熔化的铁中分离了太多的碳而没有炼制成钢材，反而制作出了锻铁。即使是最好的炼铁人也不能有效地控制炼制的时间，以达到炼制出最好钢材的效果。后来一位名为罗伯特·马西特的英国冶金师在贝塞麦炼钢法的基础上发明出一个令人惊异的简单解决办法，即一直在融化的铁中吹入空气，直到将大量的碳元素移除，然后再在炼制出的成品中添加所需比例的碳，以制作成钢材。虽然马西特的方法对于提高钢材的生产水平比较有效，但也有一定的限制，因为采用这种方法制作出的钢材中仍然有大量的硫和磷，特别是磷会使钢材变得十分脆弱易碎。为了解决这一问题，只能通过使用瑞典和威尔士的含磷量较少的高品质铁矿石加以解决。
　　此时，虽然研究更简单有效的制钢方法在欧美地区如火如荼地展开，但钢材在美制武器上的应用却是极少的。原因是美国在1861年爆发内战，无暇顾及这一方面。
　　当内战于1865年结束后，北方军军官陆军队长罗德曼和海军上校达尔格伦——二人也是枪械设计的创新者——根据多年的研究认为，锻铁在制造枪械方面太软、太薄弱，枪械的金属件应该采用钢材制作才能得到更好的效果。在他们的努力下，为了规范行业标准，1855年成立的美国铁研究所更名为美国钢铁研究所，该研究所修改了相应的标准并对钢合金进行研究。因为当时冶金师已经发现钢材中碳的相对含量越高就越坚固，因此美国钢铁研究所的早期工作之一就是对碳钢进行分类，如低碳钢要求碳含量为0.08～0.15%，中碳钢碳含量为0.15～0.65%，高碳钢碳含量为0.65～1.2%。

　　1800年代后期，钢材制造产业迅猛发展。1875年，西德尼·托马斯发现在融化的铁中加入燃烧的石灰石能有效去除铁矿石中的磷，自此，凯利/贝塞麦炼钢法也可以用低品质的铁矿石来制作钢材。后来，科学家发现钢可与其他金属元素混合制成合金钢来改善其性质，如钢与矾结合可将强度提高到普通钢材的3倍；钢与锰结合可改善其使用性、强度和耐磨性；钢与镍铬结合可加强硬度、耐高温和耐腐蚀性等。至此，合金钢在枪械制造领域广泛应用，使铸铁和锻铁制武器迅速退化为一个遥远的历史。