เหล็กหล่อ
ประวัติศาสตร์

เครื่องมือเหล็กหล่อชิ้นแรกสุด มีอายุย้อนกลับไปถึงศตวรรษที่ 5 ก่อนคริสต์ศักราช ซึ่งนักโบราณคดีค้นพบในพื้นที่ที่ปัจจุบันคือ อำเภอลั่วเหอ มณฑลเจียงซู (Jiangsu ) ประเทศจีน ในช่วงยุครณรัฐ (Warring States period) โดยอาศัยการวิเคราะห์โครงสร้างจุลภาคของชิ้นงานเป็นหลักฐานอ้างอิง
แม้ว่าเหล็กหล่อจะมีความแข็งแรง แต่ก็ค่อนข้างเปราะ จึงไม่เหมาะกับการใช้งานที่ต้องการคมตัดหรือความยืดหยุ่น เหล็กหล่อมีความแข็งแรงในการรับแรงอัด แต่ไม่แข็งแรงภายใต้แรงดึง เหล็กหล่อถูกคิดค้นขึ้นในประเทศจีน เมื่อศตวรรษที่ 5 ก่อนคริสต์ศักราช (BC) โดยนำไปเทลงในแม่พิมพ์ เพื่อผลิตแบบหล่อ หม้อ รวมไปถึง อาวุธ และ เจดีย์
แม้ว่าเหล็กกล้า (steel) จะเป็นที่ต้องการมากกว่า แต่เหล็กหล่อ (cast iron) กลับมีราคาถูกกว่า จึงนิยมนำมาใช้ผลิตเครื่องมือต่าง ๆ ในจีนโบราณ ในขณะที่เหล็กอ่อน (wrought iron) หรือเหล็กกล้า มักถูกนำไปใช้ทำอาวุธ ชาวจีนได้พัฒนาวิธีการอบชุบ (annealing) เหล็กหล่อ โดยการเก็บชิ้นงานหล่อร้อนไว้ในสภาพแวดล้อมที่มีออกซิเดชั่นเป็นเวลานาน ประมาณหนึ่งสัปดาห์หรือมากกว่านั้น เพื่อเผาไหม้คาร์บอนบางส่วนบริเวณผิว ป้องกันไม่ให้ชั้นผิวมีความเปราะมากเกินไป
ลึกเข้าไปในภูมิภาคคองโกของป่ากลางแอฟริกา เหล่าช่างตีเหล็กได้ประดิษฐ์เตาเผาอันซับซ้อน ซึ่งสามารถสร้างอุณหภูมิสูงเกินกว่า 1,000 องศาเซลเซียส เมื่อกว่า 1,000 ปีที่แล้ว มีตัวอย่างมากมายของเทคนิคการเชื่อม การบัดกรี (soldering) และ การหล่อเหล็ก ที่สร้างขึ้นจากเบ้าหลอม และเทลงใน แม่พิมพ์ เทคนิคเหล่านี้ถูกนำมาใช้ในการสร้างเครื่องมือและอาวุธแบบผสม โดยมีใบมีดเป็น เหล็กหล่อ หรือ เหล็กกล้า ส่วนแกนด้านในเป็น เหล็กอ่อน ซึ่งมีความนุ่มและยืดหยุ่น เหล็กเส้น (iron wire) ถูกผลิตขึ้น มีการกล่าวอ้างมากมายจากมิชชันนารียุโรปยุคแรก ๆ เกี่ยวกับชาวลูบาที่เทเหล็กหล่อลงในแม่พิมพ์เพื่อทำจอบ การคิดค้นทางเทคโนโลยีเหล่านี้ประสบความสำเร็จโดยไม่ต้องประดิษฐ์เตาเผาแบบยุโรป ซึ่งเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการนำนวัตกรรมดังกล่าวไปใช้ในยุโรปและเอเชีย
เทคโนโลยีการผลิตเหล็กหล่อมีการถ่ายทอดมาทางตะวันตกจากจีน อัล-กัซวีนี (Al-Qazvini) ในศตวรรษที่ 13 และนักเดินทางคนอื่น ๆ ต่อมาได้บันทึกเกี่ยวกับอุตสาหกรรมเหล็กในเทือกเขาแอลโบร์ซ ทางใต้ของทะเลแคสเปียน ซึ่งอยู่ใกล้กับเส้นทางสายไหม ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่เทคโนโลยีนี้มีต้นกำเนิดมาจากจีน เมื่อมีการนำเข้ามาสู่อีกฟากหนึ่งของโลกตะวันตกในศตวรรษที่ 15 ก็ถูกนำไปใช้ในการผลิตปืนใหญ่และลูกกระสุน พระเจ้าเฮนรีที่ 8 (ครองราชย์ระหว่าง ค.ศ. 1509-1547) ทรงริเริ่มการหล่อปืนใหญ่ในอังกฤษ ไม่นานนัก ช่างเหล็กชาวอังกฤษที่ใช้เตาเผาแบบยุโรปก็ได้พัฒนาวิธีการผลิตปืนใหญ่จากเหล็กหล่อ ซึ่งแม้จะมีน้ำหนักมากกว่าปืนใหญ่สำริดที่นิยมใช้ในขณะนั้น แต่ก็มีราคาถูกกว่ามาก ทำให้อังกฤษสามารถติดอาวุธให้กับกองทัพเรือได้ดียิ่งขึ้น
ในช่วงเวลานั้น เตาเผาแบบยุโรปหลายแห่งในอังกฤษผลิตหม้อเหล็กหล่อขึ้น ในปี 1707 อับราฮัม ดาร์บี้ ได้รับสิทธิบัตรวิธีการผลิตหม้อ (และกาต้มน้ำ) แบบใหม่ให้บางเบาลง ส่งผลให้ราคาถูกลงกว่าวิธีการแบบเดิม ด้วยเหตุนี้ เตาเผาของเขาที่ โคลบรูคเดล จึงกลายเป็นผู้ผลิตหม้อรายใหญ่ และในช่วงปี 1720 ถึง 1730 เตาเผาแบบยุโรปที่ใช้ถ่านโค้กอีกจำนวนน้อยได้เข้ามาร่วมผลิตหม้อด้วย
การนำเครื่องจักรไอน้ำมาใช้ในการเป่าลมเตาเผา (โดยอ้อมผ่านการสูบน้ำไปยังกังหันน้ำ) ในบริเตน เริ่มตั้งแต่ปี 1743 และเพิ่มมากขึ้นในช่วงทศวรรษ 1750 เป็นปัจจัยสำคัญที่ทำให้การผลิตเหล็กหล่อเพิ่มขึ้น ซึ่งเพิ่มขึ้นอย่างมากในอีกหลายทศวรรษต่อมา นอกเหนือจากการเอาชนะข้อจำกัดของพลังน้ำแล้ว ลมเป่าที่ได้จากการสูบน้ำด้วยไอน้ำยังทำให้ได้ความร้อนของเตาเผาที่สูงขึ้น ซึ่งช่วยให้สามารถใช้ปูนขาวในอัตราส่วนที่สูงขึ้น ทำให้สามารถเปลี่ยนจากถ่าน (ซึ่งไม้สำหรับผลิตถ่านนั้นไม่เพียงพอ) มาเป็นถ่านโค้กได้
ผู้ประกอบการผลิตเหล็กในพื้นที่วีลด์ (Weald) ยังคงผลิตเหล็กหล่อต่อไปจนถึงช่วงทศวรรษ 1760 และอาวุธยุทธภัณฑ์เป็นหนึ่งในการใช้งานเหล็กหล่อที่สำคัญหลังการฟื้นฟูราชวงศ์