冷知識：解密中國古代刀灌鋼法冶煉技術
灌鋼法又叫團鋼法,或生熟法,是中國早期鍊鋼技術一項最突出的成就。17世紀以前,世界各國一般都是採取熟鐵低溫冶煉的辦法,鋼鐵不能熔化,鐵和渣不易分離,碳不能迅速滲入。中國發明的灌鋼法,成功解決這一難題,爲世界冶煉技術的發展做出劃時代貢獻。
1 古代冶煉技術的演進春秋以前,中國的冶煉技術處於比較原始的階段,當時使用的冶煉方法稱爲“塊煉法”。當時鍊鐵使用木炭作燃料,熱量少,加上爐體小,鼓風設備差,因此爐溫比較低,不能達到鐵的熔鍊溫度,所以煉出的鐵是海綿狀的固體塊,稱爲“塊鍊鐵”。塊鍊鐵冶煉比較費時,質地比較軟,含雜質多,經過鍛打成爲可以使用的熟鐵。鋼鐵冶煉技術的進一步發展到“塊煉滲碳鋼”。出土文物表明,中國最遲在戰國晚期已經掌握這種最初期的鍊鋼技術。人們在鍛打塊鍊鐵和熟鐵的過程中,需要不斷地反覆加熱,鐵吸收木炭中的碳份,提高了含碳量,減少夾雜物後成爲鋼。這種鋼組織緊密、碳分均勻,適用於製作兵器和刀具。進一步發展到“百鍊鋼”技術。人們在打製器物的時候,有意識地增加摺疊、鍛打次數,一塊鋼往往需要燒燒打打、打打燒燒,重複很多次,甚至上百次,所以稱之爲百鍊鋼。百鍊鋼碳分比較多,組織更加細密,成份更加均勻,所以鋼的品質提高,主要用於製作寶刀、寶劍。
在西漢中晚期,中國出現新的鍊鋼技術“炒鋼”,這是在生鐵冶鑄技術的基礎上發展起來的一種鍊鋼技術。大約在春秋末期,中國就已經發明生鐵冶鑄技術,以後經過長時間的實踐和探索,逐漸形成利用生鐵爲原料的炒鋼技術。其基本方法是將生鐵加熱成半液體和液體狀,然後加入鐵礦粉,同時不斷攪拌,利用鐵礦粉和空氣中的氧去掉生鐵中的一部分碳,使生鐵中的碳含量降低,去渣,直接獲得鋼,這就是炒鋼技術。這項技術的發明是鍊鋼技術的重大突破,使冶煉業能向社會提供大量廉價、優質的熟鐵或鋼,滿足生產和戰爭的需要。炒鋼的出現促進百鍊鋼技術的發展,人們以炒鋼爲原料,經過反覆加熱、摺疊、鍛打成質量很好的鋼件。但是炒鋼和百鍊鋼技術還存在一定缺陷,如炒鋼工藝複雜,不容易掌握;百鍊鋼費工費時。
2 綦毋懷文發展灌鋼法大約在東漢末,可能出現鍊鋼新工藝“灌鋼”法的初始形式。南北朝時,綦毋懷文對這一鍊鋼工藝進行了重大改進和完善。南朝齊、梁時的陶弘景首先記載了灌鋼法,北朝魏、齊間的綦毋懷文曾用這種方法制成十分鋒利的“宿鐵刀”。綦毋懷文,姓綦毋,名懷文,是中國南北朝時期著名冶金家。他生活在公元6世紀北朝的東魏、北齊間,具體生卒年代歷史上缺乏記載,只知道他好“道術”,曾經作過北齊的信州(今四川省奉節縣一帶)刺史。據史書記載,綦毋懷文的鍊鋼方法是:“燒生鐵精,以重柔鋌,數宿則成鋼”,就是說,選用品位比較高的鐵礦石,冶煉出優質生鐵,然後,把液態生鐵澆注在熟鐵上,經過幾度熔鍊,使鐵滲碳成爲鋼。由於是讓生鐵和熟鐵“宿”在一起,所以煉出的鋼被成爲“宿鐵”。
灌鋼法是中國古代鍊鋼技術上一個了不起的成就。同百鍊法或炒煉法比較。
其優點主要有4點：
(1)生鐵作爲1種滲碳劑,因熔化後溫度高,加速向熟鐵中滲碳的速度,縮短冶煉時間,提高生產率。
(2)熟鐵因爲碳的滲入而成爲鋼,生鐵由於脫碳也可以變成鋼,增加了鋼的產量。
(3)在高溫下,液態生鐵中的碳、硅、錳等與熟鐵中的氧化物夾雜發生反應,去除雜質,純化金屬組織,提高金屬品質。
(4)灌鋼法操作簡便,容易掌握。要想得到不同含碳量的鋼,只要把生鐵和熟鐵按一定比例配合好,加以熔鍊,就可獲得。3 推動中國古代刀劍技術的發展綦毋懷文是一位出色的制刀專家,對前人造刀經驗進行研究、比較,經過不斷實踐,創造一套新的制刀工藝和熱處理技術。
