近期連續介紹中國古代的幾種煉鋼方法（2）

灌鋼法
　　內容導讀：灌鋼法又叫團鋼法，或生熟法，是中國早期煉鋼技術一項最突出的成就。17世紀以前，世界各國一般都是采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，為世界冶煉技術的發展做出劃時代貢獻。
　　春秋以前，中國的冶煉技術處于比較原始的階段，當時使用的冶煉方法稱為“塊煉法”。當時煉鐵使用木炭作燃料，熱量少，加上爐體小，鼓風設備差，因此爐溫比較低，不能達到鐵的熔煉溫度，所以煉出的鐵是海綿狀的固體塊，稱為“塊煉鐵”。塊煉鐵冶煉比較費時，質地比較軟，含雜質多，經過鍛打成為可以使用的熟鐵。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煉鋼技術。人們在鍛打塊煉鐵和熟鐵的過程中，需要不斷地反復加熱，鐵吸收木炭中的碳份，提高了含碳量，減少夾雜物后成為鋼。這種鋼組織緊密、碳分均勻，適用于制作兵器和刀具。進一步發展到“百煉鋼”技術。人們在打制器物的時候，有意識地增加折疊、鍛打次數，一塊鋼往往需要燒燒打打、打打燒燒，重復很多次，甚至上百次，所以稱之為百煉鋼。百煉鋼碳分比較多，組織更加細密，成份更加均勻，所以鋼的品質提高，主要用于制作寶刀、寶劍。

　　綦毋懷文發展灌鋼法大約在東漢末，可能出現煉鋼新工藝“灌鋼”法的初始形式。南北朝時，綦毋懷文對這一煉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，綦毋懷文的煉鋼方法是:“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，然后，把液態生鐵澆注在熟鐵上，經過幾度熔煉，使鐵滲碳成為鋼。由于是讓生鐵和熟鐵“宿”在一起，所以煉出的鋼被成為“宿鐵”。

灌鋼法是中國古代煉鋼技術上一個了不起的成就。同百煉法或炒煉法比較，其優點1)生鐵作為1種滲碳劑，因熔化后溫度高，加速向熟鐵中滲碳的速度，縮短冶煉時間，提高生產率。(2)熟鐵因為碳的滲入而成為鋼，生鐵由于脫碳也可以變成鋼，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，加以熔煉，就可獲得。
　　綦毋懷文造刀的方法是:先把生鐵和熟鐵以灌鋼法燒煉成鋼，做成刃口，然后“以柔鐵為刀脊，浴以5牲之溺，淬以5牲之脂”這樣做出來的刀稱為“宿鐵刀”，極其鋒利，能夠一下子斬斷鐵甲30札。對于含碳量比較高的鋼，理想的淬火介質應該是:當工件在比較高的溫度650～400℃，具有較大的冷卻速度，在低溫300～200℃，具有較慢的冷卻速度。這就需要采用雙液淬火法。綦毋懷文先用動物尿、后用動物油進行雙液淬火，能夠造出品質很高的“宿鐵刀”。中國早在戰國時代就使用了淬火技術，但是長期以來，人們一般都是用水作為淬火的冷卻介質。雖然三國時的制刀能手蒲元等人已經認識到:用不同的水作淬火的冷卻介質，可以得到不同性能的刀，但仍沒有突破水的范圍。而綦毋懷文則實現了這一突破，他在制作“宿鐵刀”時使用了雙液淬火法，即先在冷卻速度大的動物尿中淬火，然后再在冷卻速度小的動物油脂中淬火，這樣可以得到性能比較好的鋼，避免單純使用1種淬火(即單液淬火)的局限。雙液淬火法，即在工件的溫度比較高的時候，選用冷卻速度比較快的淬火介質，以保證工件的硬度；而在溫度比較低的時候，則選用冷卻速度比較小的淬火介質，以防止工件開裂和變形，使其有一定的韌性。在綦毋懷文之前，中國古代的鋼刀大都用百煉鋼制成，這樣制作的刀劍雖然性能優異鋒利，但也存在不少缺陷，整把刀全部用百煉鋼制成，價格昂貴；如一把東漢時期的名鋼劍的價錢可以購買當時供7個人吃2年9個月的糧食。而且百煉鋼制作刀劍費時費力。三國時，曹操命有司制作寶刀5把，用了3年時間。為此，綦毋懷文對制刀工藝進行了重大更新。這表明綦毋懷文對鋼鐵的性能有比較深刻的認識，而且能根據不同的用途合理選擇材質，發揮各種材質的優點，節省某些貴重材料，降低成本和費用。1把刀的背部、刃口實際起著不同的作用，因而要求具有不同的性能。

　　刃口主要起刺殺作用，因而要求有比較高的硬度，這樣才能保證刀的鋒利，所以應該選擇含碳量較高、硬度較大的鋼來制造。而刀背主要起支撐作用，要求有比較好的韌性，使刀在受到比較大的沖擊時不致折斷，這樣就要選擇含碳量較低、韌性較大的熟鐵。綦毋懷文正是有了上述類似的認識，在制作刀具時才能夠將熟鐵和鋼巧妙的結合起來，將二者恰到好處地用在合適的地方，既滿足了鋼刀的不同部分的不同要求，又節省大量昂貴鋼材，利于鋼刀的推廣和普及。這種制刀工藝，今天還在沿用。

　　灌鋼法的進一步革新灌鋼法的出現，使鋼的產量和品質大大提高，為隋唐以后生產力的大幅度增長提供了條件。后來，灌鋼法又不斷發展。宋代又把生鐵片嵌在盤繞的熟鐵條中間，用泥巴把煉鋼爐密封起來，進行燒煉，效果更好。明代又有改進，把生鐵片蓋在捆緊的若干熟鐵薄片上，使生鐵液可以更好均勻地滲入熟鐵之中。不用泥封而用涂泥的草鞋遮蓋爐口，使生鐵可從空氣中得到氧氣而更易熔化，從而提高冶煉的效率。明中期以后，灌鋼法更進一步發展為蘇鋼法以熟鐵為料鐵，置于爐中，而將生鐵板放在爐口，當爐溫升高到1300℃左右，生鐵板開始熔化時，既用火鉗夾住生鐵板左右移動，并不斷翻動料鐵，使料鐵均勻地淋到生鐵液；這樣，既可產生很好的滲碳作用，又可產生劇烈的氧化作用，使鐵和渣分離，生產出含渣少而成份均勻的鋼材。直到現今，在蕪湖、湘潭、重慶、威遠等地人們還在使用；可見其影響的深遠。在17世紀以前，中國的煉鋼技術長期居于世界領先地位，受到各國地普遍贊揚。公元1世紀時，羅馬博物學家在其名著《自然史》中說:“雖然鐵的種類很多，但沒有一種能和中國的鋼相媲美。