大卫·埃奇（David Edge）从他的电脑旁边拿起一些标志着他的办公室独特的东西：19世纪的阿富汗乌兹钢匕首。刀片倾斜时，其混乱的漩涡状图案非常醒目。尽管埃奇（Edge）是英国伦敦华莱士收藏馆的保护负责人，该馆藏有许多奇异的刀具和剑，但他个人拥有这把匕首。图案与油在水表面形成的环的相似性使人很清楚为什么有时将这种合金称为浇水钢。
当西欧人在11至13世纪对伊斯兰世界的十字军东征中遇到这些武器时，他们将其称为大马士革钢。 Edge解释说：“这与欧洲的做法完全不同。” “它们是冶金工艺中的领先者。”这个名称包括两种外观相似，生产方式不同的材料。大马士革花纹焊接刀片是通过将强度更大或更小的钢板交替连接而制成的。这些极易碎的叶片虽然很吸引人，但却被欧洲人称为wootz的钢铁制成的其他叶片所遮盖。
华莱士收藏家考古学家艾伦·威廉姆斯（Alan Williams）指出，如果萨拉丁用一把乌须剑武装，那可能是他的十字军复仇女神理查德·狮心王（Richard the Lionheart）使用的剑的两倍。除了美观和增强的耐用性外，乌兹（Wittz）刀片还因其持久的锋利度而广为人知，可实现传说中的功能，例如干净地将丝绸围巾切成薄片。 Edge补充说，通常所有的印度-波斯统治者都有乌兹叶片。例如，据称属于旁遮普邦锡克教帝国创始人兰吉特·辛格（Ranjit Singh）的乌兹剑就在华莱士收藏中。
然而，最后一批具有高质量大马士革图案的wootz叶片是在1750年左右生产的。1985年，在纽约举行的一次国际专家会议同意，最终的低品质图案化叶片可能是在19世纪初期制造的。 1之后，关键的生产机密就被遗忘了。但是在最近的几十年中，科学家和金属工人们进行了自己的十字军东征，以解决这项丢失的技术背后的奥秘。
英国埃克塞特大学的考古学家吉尔·朱利夫（Gill Juleff）解释说，伍兹钢铁是伊斯兰世界进口的用于制造武器的商品材料。它的特性驱使中世纪贸易从斯里兰卡和印度的Telangana地区开始，这两个地方都是Juleff研究过钢铁生产的地方。她拿着一个用来制造珍贵钢材的坩埚。它由粘土和稻壳制成，类似于一个高大的，大致模制的烧杯，但将其切成两半后，其整洁的圆柱形内部显而易见。 Juleff解释说，它原本会像胡椒锅一样有盖子。
这种炼钢工艺与炼金术接壤-也许这是传说中的一种方式
它可追溯到20世纪初，是斯里兰卡最后使用的坩埚之一。然而，对于训练有素的眼睛来说，很难将其与7世纪的Juleff接下的另一只眼睛区分开。她补充说，有充分的证据表明，坩埚钢的生产可以追溯到公元前第一个千年。 ‘它也是在土库曼斯坦，乌兹别克斯坦甚至伊朗制造的。如果您将其制成的地方，将会发现成千上万的破碎坩埚。’
这些非常耐用的小坩埚与同时使用的大规模铁生产工艺形成了鲜明的对比。铁被封装在坩埚中，并通过大量熔化的木炭加热，并结合了从碳和树叶制造钢所需的碳，这是历史记载所建议的。 2“炉渣”杂质可能会从熔融混合物中浮出，这是其他钢铁生产工艺难以实现的。
朱利夫说：“这种精炼过程需要铁才能生产出小的钢锭。” ‘从技术上讲，它不容易放在普通的铁质曲目中。她补充说，它与炼金术接壤-也许是传说的一种方式。并非所有以此方式生产的坩埚钢都具有吸引人的水状表面图案，这使其成为所有工艺中最神秘的过程。
时至今日，路边的铁匠仍在泰兰加纳（Telangana）工作，泰兰加纳是工匠的后代，负责创造传奇的金属制品。 Juleff于2010年与她的同事一起对该地区进行了调查，其中的“ Jai” Jaikishan是印度海得拉巴BNS学院的历史学家。他解释说，Telangana在16至18世纪生产了许多坩埚钢。 ‘该地区的沃兹生产商称为Kammari。他们的技术专长非常需要制造战争装备，但是目前，乡村铁匠们并没有使用乌兹钢。’
杰基山（Jaikishan）归咎于失去了对白钨素钢的了解，归因于英国东印度公司对1857年开始的印度起义或第一次独立战争的反应。“他们决定在1858年停止生产白蜡钢，”他说。同时，1862年颁布的森林法也阻止了印度社区开发附近的树木，从而减少了木炭的供应。杰基山说：“这打破了这个国家的钢铁工业。”
到那时，欧洲化学家已经确定铁对碳的吸收对钢铁生产至关重要，并确定了碳本身是元素，从而导致了大规模的钢铁生产。今天，我们知道，如果将钢保持在低于900°C的温度下，它就会以称为铁素体的晶体结构存在，该结构最多包含0.022％的碳。超过该温度，它将变为奥氏体晶体形式，可容纳高达2.14％的碳。随着冷却，多余的碳单独或以称为珠光体的层状铁素体/钙铁矿混合物的形式分离成复合渗碳体Fe 3C。
1924年，瑞士科学家B Zschokke将大麦士革wootz钢定为一种含碳约1.5％的珠光体混合物。他拍摄了几个叶片的微观组成，显示出形成水状图案的球形白色渗碳体颗粒带。乐队还为大马士革剑的传奇般的锋利度和韧性做出了贡献，彼得·帕夫勒（Peter Paufler）指出，他以前是德国德累斯顿工业大学的退休结构物理学家。渗碳体本身坚硬，是形成锋利边缘的理想选择，但很脆。但是，薄的渗碳板避免了脆性问题。帕夫勒解释说：“在柔软的基质中，由高强度材料制成的平行纤维大大提高了后者的强度。”
从2003年开始，Paufler的团队就用现代光学和电子显微镜研究了各种刀片，其中包括Zschokke检查过的刀片之一。他们证实，直径至少数十微米的渗碳体颗粒具有吸引人的外观，还发现了线性纳米级的富碳相，有可能增强叶片的锋利度。一些纳米颗粒是渗碳体，但德国科学家得出结论，存在其他更令人惊讶和现代的结构，即碳纳米管。 3然而，科学家们无法获得所需的资金来证实其关于纳米管如何形成的假设。其他科学家，例如威廉姆斯和埃奇，也怀疑它们确实存在于伍兹钢中。
为了制造坚固，美观的刀片，需要铁匠在锻造过程中用锤子将颗粒物理敲打到位。几乎所有高碳钢在银色铁素体中都有深色珠光体材料带，前提是该钢已严重变形，然后从奥氏体缓慢冷却。记录表明，在浇水的大马士革钢刀片中，通过用弱酸（例如果汁）蚀刻使图案更加突出。帕夫勒说，古代的照片也显示出女性正在变形，这表明耐力很重要。他说：“有报道说，对于一个叶片，锻造/冷却/加热周期需要一周的时间。” ‘我很欣赏古代铁匠的专业知识。他们必须控制化学成分，温度和变形率，而无需使用现代化的测量仪器。’
法国钢铁先驱RenéAntoine Ferchault deRéaumur展示了这种锻造技术的重要性。一位18世纪的化学家写道，在获得印度钢铁的样本后，Réaumur“在巴黎没有人发现可以伪造的钢铁。于是他把责任归咎于我们的工人，因为东方的居民知道如何使用这种钢材。 4但是，如果这是唯一的秘密，那么Kammari当然应该保留了这些知识吗？
在1980年代初期，美国爱荷华州立大学的约翰·韦尔霍文（John Verhoeven）开始搜寻甚至卡马里人都无法捉摸的秘密。 Verhoeven和他的同事使用自动轧机并用铁匠锻造叶片，用钢生产标准的铁素体/珠光体带。两者均未产生水样。通过其他大马士革钢铁爱好者，Verhoeven与佛罗里达州的铁匠Alfred Pendray会面，他的钢铁工作量比爱荷华州科学家多了几十个周期。 Verhoeven回忆说：“他寄给我的东西非常有趣，非常接近我们追求的东西，但是无法很好地复制它。”
十年后，Pendray和Verhoeven能够使用名为Sorel的铸铁定期制作正宗的大马士革图案。他们能够通过比以前认为的必要的方法更精确地分析铁的成分来确定原因。硬质合金非常纯净，但他们发现其中含有约0.04％的钒。他们发现，低至百万分之40的水平将形成大马士革模式，而中世纪的刀片（包括Zschokke研究的刀片）几乎总是含有比这更多的钒。 5
钒和其他杂质（例如铬和钛）会促进硬质渗碳体颗粒的形成，硬质渗碳体颗粒的位置取决于钢在凝固时形成的形状。 Verhoeven解释说：“如果能够透过固化的金属合金液体的表面观察并看到固体，就像飞机上的松树林一样。” “固态树突的分支从主茎成直角倾斜，就像一棵树。”随着固体的形成，不断增长的树突将钒杂质推入周围的液体中。 ‘这导致钒排列，这又导致碳化物在平面上排列。’
这种木质的类比可能回答了研究人员留下的一个难题：为什么乌兹大马士革叶片突然消失？ Verhoeven和Pendray建议，生产商可能已经用尽或无法使用他们依赖的含钒或其他类似杂质的铁矿石。
尽管Pendray说他每年只能生产不到20片刀片，但资深的钢铁专家仍在使用这些知识。他解释说：“我什至都无法弥补我的开支，因为这是如此费力，而且您会使用大量的材料和燃料。”当他尝试进一步改善外观（例如通过增加渗碳体带之间的间距）时，他的大部分工作仍处于实验阶段。 ‘最好的旧材料在层之间运行60–70µm。间距较大时，视觉效果会更好-您几乎可以从整个房间看到它。最近，我已经超过了100µm。’
大马士革钢以比现代钢更好的出色声誉是错误的，但是乌兹钢比1800年代之前的其他任何产品都要好
尽管Pendray无法保证自己的刀片与中世纪刀片相同，但所有证据都与他匹配，他还说服了其他有眼光的专家。例如，他与约旦国王阿卜杜拉二世的铁匠合作制作浇水的乌兹钢。佩德雷回忆说：“他们走在商店里，我把刀具整理好了，他们说：“我们需要弄清楚你是怎么做的。”
在Pendray和Verhoeven自己的“围巾掉落”测试中，乌茨刀片显然能像剪刀一样干净地切割丝绸，而现代刀片切割的边缘则更粗糙。然而，Verhoeven轻描淡写地认为该测试不可靠且不科学，他说，大马士革钢铁公司优于现代钢铁公司的良好声誉是“完全错误的”。他强调说：“ Zschokke表明，当代德国钢制刀片不那么脆，边缘也一样坚硬。” ‘但是，乌兹钢比他们通常在1800年代以前的其他任何产品都要好。
威廉姆斯说，尽管这些制造乌兹钢的方法很成功，但从历史上看，仍有许多变化有待探索。他很兴奋，因为他和Edge正在使用一种可能揭示这种差异的技术。而且与以前使用的方法不同，它不会造成物理损坏，这意味着它甚至可以安全地研究珍贵的历史文物。
该方法涉及在英国牛津郡Isis工厂的INES衍射仪中用中子照射叶片。 6仪器科学家Antonella Scherillo解释说，尽管X射线只能从叶片表面提供信息，但中子的穿透力却更深。 “大多数中子会不受干扰地通过，但相互作用的中子会提供有用的信息。”意大利塞斯托·菲奥伦蒂诺复杂系统研究所的Francesco Grazzi补充说，所获得的峰识别出诸如铁素体或渗碳体之类的钢相。他说：“相含量可为您提供碳含量。”
华莱士收藏馆的主要应用是解决许多武器姿势带来的难题。几个世纪以来，它们使用砖屑之类的研磨材料进行了抛光，留下了看起来均匀的应变原子层。泰姬陵建筑商Shah Jahan的匕首就是这种情况，他的纯金，祖母绿，钻石和红宝石镶嵌的剑柄将适合浇水的钢制刀片。埃奇说：“我们不知道它是否是坩埚钢。” “没有人会让我们切断头来寻找答案的。”
威廉姆斯解释说，无损中子衍射首先可以揭示碳含量，从而鉴定出高质量的东方叶片。然后，由于其不规则渗碳体带，旋转的乌兹钢物体通常会产生不同的衍射图样。如果有证据表明叶片最初是浇水的钢，则可以使用弱蚀刻剂（如氯化亚铁III）对其进行处理，以恢复装饰效果。
然而，这些研究引起了进一步的困惑，因为某些可能是低音的叶片在各个方向上都显示出相同的衍射图样。 威廉姆斯说：“我们认为这与锻造温度有关。” ‘我们将在2016年做更多的实验，如果是这样，我们可以说出它们在车间进行的工作。’ 如果这些怀疑得到证实，wootz steel的非凡故事将进入另一个令人振奋的新篇章。 数据将扩大证据的宝库，以证明如何制作这种有名望的材料，而这种确定性的材料是由确定的，精明的少数人采用的现代技术从模糊的边缘中夺走的。