在之前的文章中有關於百鍊鋼的描述,這種自西漢起被大力宣揚的冶金技法,最終在灌鋼法與焊接技術的到來徹底淪為了歷史的餘熄。那麼這個替代了百鍊鋼的灌鋼,它到底好還是不好?為何我要說它誤國千年?
我將從何為灌鋼為你們談起,細緻分析灌鋼法的利弊以及後世影響力,最終是如何導致古代中國冶金徹底落後於人的。
灌鋼法
灌鋼法的由來是因為古人發現百鍊鋼質地脆而且製作成本太高,無法進行量產,外加古代動不動就是數千大軍、數萬大軍的長期作戰,對冷兵器的消耗需求甚高,這也就導致了人們開始對冶金技術的研究。
眾所周知生鐵質地硬但是脆,熟鐵韌但是軟,那麼如何將這樣兩種特質結合到一起呢?人們開始思考生熟鐵雜合的可能性,這種思考帶來的嘗試,就誕生了最初的灌鋼技術。
對於古代的灌鋼技法我們可以從沈括的《夢溪筆談》中窺得,它詳細的記載了古代灌鋼技術的過程,在其卷三《辯證一》中有記載:
「世間鍛鐵所謂鋼鐵者,用柔鐵屈盤之,乃以生鐵陷其間,泥封煉之,鍛令相入,謂之『團鋼』,亦謂之『灌鋼』。此乃偽鋼耳,暫假生鐵以為堅,二三煉則生鐵自熟,仍是柔鐵。然而天下莫以為非者,蓋未識真鋼耳。
這就是當時一般的灌鋼工序,將熟鐵打成細條,然後盤起來,中間留下間隙,再用生鐵放在空隙中,這叫「灌鋼」,你也可以理解為「蚊香盤狀的鋼」。
將這樣的鐵團在密封的高爐中進行1200攝氏度以上的加溫,導致生鐵融化流到熟鐵之間,在未氧化脫碳的情況下冷卻凝固,隨後取出鍛打。這樣的技法操作簡單成本低廉,並且能煉出鋼來,對於古人而言無疑是最好的鍛造技法,可是這樣的做法,自有其缺陷。
灌鋼法的利弊
毫無疑問這樣簡單的鍛造方式最適合全國普及,相比於百鍊鋼對鍛打滲碳有經驗要求、對反覆鍛打有體力要求和技術要求,這樣的方式更適合當時的普通匠人。
可是這樣得到的灌鋼,擁有非常嚴重的隱患——含碳量不均
一、技法的缺陷
要知道生鐵水不是好的滲碳劑,它質地粘稠,對碳與許多雜質都無法得到處理而留在內部,這樣處理的灌鋼只能讓內部熟鐵的表面一層得到滲碳,而一旦冷卻下來,表面凝固的鐵水就會成為含碳量高的部分,這樣的結果就是含碳量不均勻。
灌鋼最初的設想是得到生鐵的硬而保留熟鐵的韌,但是這樣做出來的灌鋼外部硬而脆,內部軟,反而是滲透的部分達到了微妙的平衡。
二、自然勢力影響
由於自然重力,鐵水在熔化後會自然向下流,這也就意味著我們用此法得到的灌鋼天然就是含碳不均的。在冷卻之後的鋼胚上下部會形成嚴重的含碳不均,即下部鋼胚含碳極高,會非常重且脆,而上部含碳略低,更是不硬也不脆。
這樣的隱患古人只能用反覆進行灌鋼來解決,或者乾脆直接進行灌鋼法改良。反覆灌鋼導致的就是可塑性極差,並且會耗費許多時間,這和灌鋼法的初衷相違背,而改良灌鋼法看起來自然是更有前景一點,這也導致了中國古代冶金技術的走向開始了轉變。
灌鋼法的改良形成的結果
要知道灌鋼法的出現本就是中國古代越過鍛造與熱處理進行的一次大跨步,並沒有像其它文明一樣進行表面滲碳的研究,用通俗的話來說古人想一口吃個胖子還不想拿筷子。可謂一步錯步步錯,沒有基礎的灌鋼法被世人慢慢彌補,就像一座房子本就修歪了,結果人人上前幫襯一把,結果房子越來越大,反而成為了榜樣。
比如在《物理小識》卷七《金石類》中有記:「灌鋼以熟片加生鐵,用破草鞋蓋之,泥塗其下,火力熔滲,取鍛再三。」這就是針對灌鋼法封爐避免氧化的調整,改為不封爐以便提高溫度,改為封閉材料。
另外由《天工開物》記載的新灌鋼法延伸出的蘇鋼法,更是超越了灌鋼法成為了這一分支的另一個成功節點,這也導致了人們習慣在灌鋼法上尋找新出路來解決一個又一個問題,反而忽視了最基本的鍛造技術。
不僅僅只有古代中國思考過將生鐵與熟鐵進行某種雜合,歐洲在17世紀也進行了一種叫彌散法的嘗試。與中國以生置熟不同,歐洲反將熟鐵置於生鐵中,不僅具有了我們灌鋼法的所有優點,鐵渣的分離比我們的更高。可是歐洲在比對了彌散法與傳統滲碳的重要性之後,毅然決然拋棄了曇花一現的彌散法,走上了表面滲碳的工業化道路,而中國古代的匠人們,還在刻意迴避鍛造難以及熱處理的問題。
如果說灌鋼技法能成大氣也好,可惜灌鋼技法雖然走的很遠,但是卻生產出一堆「垃圾」。拋開鍛造技術在壓迫下的萎縮不提,灌鋼的質量也是極其惱人的,如沈括所說,灌鋼產生的鋼「二三煉則生鐵自熟,仍是柔鐵」,這個意思就是鋼胚中間的滲碳還沒完成,外面的生鐵就已經成熟鐵了。
這樣的結局由於中國本土的鐵礦本身含磷過高,甚至到了宋代煤煉鐵的普及,形成了含碳不均、磷硫過高、不懂回火、缺少鍛鍊的長期冶金環境,只能說灌鋼法在一昧追求高產的情況下將中國古代的冶金技術帶向了看似平坦實則崎嶇的方向,所以也怪不得在《天工開物》中說日本人非常看不起古代中國的灌鋼,泱泱大國的冶金技術變成這樣,確實應該感到羞愧。
寫在最後
中國古代有許多的冶金成就,例如鑄鐵和炒鐵,一個成就了歐洲人生產出堅船大炮,一個可以非常經濟有效的冶煉熟鐵,這些都是我們的高起點。
然而在追求數而不追求量的情況下,以及士農工商的階級地位差異下,包括本土礦產的劣勢下,我國古代的冶金技術從世界最強慢慢滑落到晚清時期的那樣。而且晚清不僅僅是閉關鎖國的一部分原因,如果我們真的走對了路,且沒有經歷那三次慘烈的工匠屠殺,數千年的工業差異也會形成質變,何況我們的量,一直是足夠的。
只能分外惋惜當時的人們走錯了一步,最難過的是左腳過右腳,走錯了一步接一步。以鏡為鑑,可正衣冠,以史為鑑,可以明得失。
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