歷史那些事,煉鋼技術的新成就,「灌鋼」冶煉法

2021-01-15 張巧玲的生活

中國早期冶煉鋼鐵技術,最突出的成就,就是「灌鋼」冶煉法的創造。這種新的煉鋼方法,至少在南北朝時已經普遍應用了。陶弘景是記述我國古代「灌鋼」冶煉法的第一人,東魏、北齊的著名冶金家紊毋懷文,應用此法後才迅速地傳播開來,因此世人就認為灌鋼是他發明的。實際上,這種灌鋼冶煉法,是勞動人民在長期實踐過程中創造出來的。我國古代的煉鋼技術有一個發展過程。在春秋以前,煉鐵術已有發展,但由於爐體小,鼓風設備差,用木炭做燃料,爐溫比較低,煉出來的鐵是呈海綿狀的固體塊,等到爐子冷卻後再取出鐵塊。這種冶煉方法叫「塊煉法」。塊煉鐵含碳量低、質軟,含磷、矽等雜質,必須經過鍛打才能成為可以使用的熟鐵。江蘇六合程橋春秋吳墓出土的鐵條,就是用塊煉鐵鍛成的,這是我國考古發掘關於生鐵冶鑄器物的最早的實物見證。

熟鐵和鋼的主要區別是含碳量的不同。熟鐵含碳量在0,05%以下,鋼含碳量在0,05%一2%之間,生鐵含碳量大於2%。熟鐵性韌,可耐錘擊,但是太軟。生鐵質硬而脆。鋼則脆、韌適宜,用途廣泛。人們在鍛打熟鐵的過程中,由於反覆在木碳中加熱,使鐵吸收了碳,提高了含碳量,減少了雜質,因而成為鋼。這是最早的煉鋼技術,這種鋼叫滲碳鋼。把這種鋼反覆摺疊鍛打,使碳分布均勻,組織更加緻密,提高了質量,又叫百鍊鋼。出土文物表明,這種煉鋼法在戰國中晚期已經掌握了,西安半坡秦墓出土的鐵鑿即用這種鋼製成。這種鋼的產量很低。到西漢中、晚期,煉鋼技術有了新的進步,出現了「炒鋼」新技術。就是把生鐵加熱成半液體、半固體狀態,再加人鐵礦粉,不斷攪拌,利用鐵礦粉和空氣中的氧,燒去生鐵中一部分碳,降低了含碳量,除去渣滓,得到了鋼和熟鐵。

這種把生鐵當煉鋼原料是煉鋼技術的一個重大發展。1974年山東蒼山縣出土東漢永初六年(112)「三十諫」環首鋼刀,諫就是煉的意思。這把刀由含碳0,6% -0,7%的炒鋼反覆摺疊鍛打而成的。在河南鞏縣鐵生溝漢代冶鐵遺址發現了西漢後期炒鋼爐一座,爐內尚有未經炒煉的鐵塊。炒鋼煉鋼技術在歐洲直到18世紀中葉才出現,比我國要晚1900年。用生鐵直接炒煉成鋼,工藝比較複雜,在古代缺乏化學分析的條件下,要在炒鋼過程中控制所需要的一定含碳量是比較困難的,因此,多數是把生鐵先炒煉成低碳熟鐵,再用固體表面滲碳方法重新增碳而煉製成鋼的。這樣,仍然要經過百鍊才能得到純鋼,花費的人力和時間是很多的。

兩晉南北朝時期人們發明了灌鋼冶煉法。就是利用生鐵的溶液灌人未經鍛打的熟鐵,使碳分較快地、均勻地滲人,只要配合好生鐵和熟鐵的比例,就能得到適合於鋼的含碳量,然後反覆鍛打,擠出雜質,成為質量較好的鋼鐵。《重修政和經史證類備用本草》卷4《玉石部》引用梁陶弘景的話:「鋼鐵是雜煉生揉作刀鐮者」。這是最早具體記載的灌鋼冶煉法。「生」就是生鐵,「揉」是指熟鐵,「雜煉生揉」是把生鐵和熟鐵混雜起來冶煉。生鐵含碳量高而熔點低,先熔化後灌入熟鐵,這樣就得到了比較好的鋼,可以用來製作刀鐮。茶母懷文也用這種方法冶煉質量很高、十分鋒利的鋼刀。

茶毋懷文,匈奴人,是道教的煉丹師,曾作過東魏北齊的信州(今四川奉節縣一帶)刺史,在高歡與宇文泰作戰時,建議高歡把全軍紅色旗改為黃色,取得了勝利。史書記載茶毋懷文的煉鋼方法是「燒生鐵精,以重柔挺,數宿則成剛。」就是說,選用較好的鐵礦石,冶煉出優質生鐵,把液態的生鐵澆注在「柔挺」即熟鐵上,然後讓生鐵熟鐵如同雄雌兩性動物「宿」在一起交配,也就是《天工開物》中所說「生鋼(鐵)先化,滲淋熟鐵之中,兩情投合」,經過幾度交配後就成鋼東普張僧抓(五裡二十八扁神形圖—鬥裡神)鐵。這種鋼也叫「宿鐵」。

綦毋懷文用這種鋼製成的刀十分鋒利,一刀可以砍斷登了30多層的鎧甲。這種冶煉方法後來在襄國(今河北省邢臺縣西南)一帶長期為冶煉家所採用。灌鋼冶煉法是我國早期煉鋼技術上的一項了不起的成就。它與百鍊法或炒鋼法比較,有很多優點。它縮短了冶煉時間,提高了鋼的產最,工藝簡便,容易操作,成本低,比較能保證質量。因此,宋代以後一直到明代,這種煉鋼方法不斷發展,一直是煉鋼的主要方法。中國封建社會唐宋以後所以能高度發展,社會生產率大幅度提高,應該與此有關。

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