中国钢铁历史.docx

中国是世界上最早生产钢的国家之一。考古工作者曾经在湖南长沙杨家山春秋晚期的墓葬中开 掘出一把铜格“铁剑”，通过金相检验，结果证明是钢制的。这是迄今为止我们见到的中国最 早的钢制实物。它说明从春秋晚期起中国就有【炼钢】生产了，炼钢生产在中国已有2500多年 的历史。春秋战国时期，楚国制造的兵器有名天下。史记礼书和苟子议兵篇中都谈到楚国 的宛（今河南省南阳）出产的兵器刃锋象蜂刺三样厉害，这确定是钢制的。由于铁制的刀剑过 于松软，不行能到达象蜂刺一样的锐利程度。当时西方古罗马士兵使用的刀剑是熟铁的，在 战场上交锋时一刺便弯，再刺之前非要放在地上用脚踩直不行。公元1 世纪时欧洲人普利尼 曾经说过：“虽然铁的种类多而又多，但是没有一种能和中国的钢比美。”可是春秋战国时期, 中国人到底是实行什么方法进展炼钢生产的呢？人们在文献资料中还没有找到记载，而考古 工作者在对河北易县燕下都出土的局部钢兵器进展科学检验的时候却提醒出中国最 古老的炼 钢法。我们知道，生铁、熟铁和钢的主要区分在于含碳量上，含碳量超过2%的铁，叫生铁；含碳 量低于 0.05%的铁，叫熟铁；含碳量在0.05% 2%当中的铁，称为钢。中国古代最早的炼钢 工艺流程是：先承受木炭作燃料，在炉中将铁矿石冶炼成呈海绵状的固体块，待炉子冷后取出， 叫块炼铁。块炼铁含碳量低，质地软，杂质多，是人类早期炼得的熟铁。再用块炼铁作原料， 在碳火中加热吸碳，提高含碳量，然后经过锻打，除掉杂质又渗进碳，从而得到钢。这种钢，叫1块炼铁渗碳钢】。河北燕下都出土的钢兵器，都是用块炼铁渗碳钢制造的。用块炼铁透碳钢制造的刀，虽然比拟锐利，但仍旧达不至U能够“斩金断玉，削铁如泥”的程度。由 于这种钢的质量还不够好，炼这种钢碳渗进的多少，分布的是否均匀，杂质除掉的程度，都 格外难把握，而且生产效率极低。为了提高钢的质量，中国古代工匠从西汉中期起制造了 “百炼 钢”的工艺。所谓【百炼钢】，以一种含碳量比拟高的炒炼产品作为原料，将块炼铁反复加热折叠锻打， 千锤百炼，使钢的组织致密、成份均匀，杂质削减，从而提高钢的质量。用百炼钢制成的刀 剑质量很高。1974 年，山东省临沂地区苍山汉墓中，出土了一把东汉永初六年（公元112 年）制造的钢刀，全长111. 5厘米，刀背有错金铭文：“永初六年五月丙午造卅濂大刀吉 羊宜子孙”。“濂、即是炼的意思。这是迄今为止开掘出的最早的百炼钢类型的产品。科学检 验说明，这把钢刀含碳量比拟均匀，刃部经过淬水，所含杂质与现代熟铁相像。百炼钢的品种 繁多，见于记载的有：“五炼”、“九炼”、“卅炼”、“五十炼”、“七十二炼”及“百炼”。炼字前面这 些具体数字的特定含义，争辩者一般认为是指加热的次数，即炼了多少火。北宋有名科学家沈 括在梦溪笔谈里表达磁州百炼钢的过程，就是连续烧锻百余次，至斤两不减为止。曹操 曾命有司造“百辟刀”五把，在内诫令中称它们为“百炼利器”。孙权有三口宝刀，其 中一 口名“百炼”。蒲元为刘备造的宝刀，上刻“七十二炼”。由此可见，在三国时期，百炼钢 已经 相当普遍了。百炼钢的需要越来越大，由于它的原料块炼铁的生产效率很低，冶炼出来以后必需经过“冷 化”，才能得到，所以，百炼钢的进展受到限制。百炼，那么是反覆加热、折叠锻打一百次， 使得杂质尽出，最精纯的钢。惋惜这样的技术太费工，动辄消耗数年，才得宝刀三五把。百 炼钢的技术，唐以彳发可能就失传了。至宋时根本绝迹，因此当沈括在磁州锻场觉察此种工艺时， 竟然认为这才是“真钢”。也有说始终沿用到了明清时期。百炼法在中国外乡虽然渐渐绝 迹， 但却在日本流传开来，成为制作东洋刀的不二法门，历经千万次的过火与锤炼方可制成一本绝世 宝刀。百炼钢，中国刀剑工艺最高水准，制作比拟困难，本钱比拟高，主要用来制造宝刀、宝剑等 一类贵重器物，应用并不广泛，最终为效率更高的灌钢法所取代，【炒钢】，的生铁炼钢技术,就是把生铁加热到熔化或根本熔化之后,在熔炉中加以搅拌，借空气 中的氧把生铁中所含的碳化掉，从而得到钢。这种炼钢工艺，可以在东汉末年的史 籍中找到间 接的描述。太平经卷七十二中记载：“使工师击冶石，求其铁烧冶之，使成 水，乃后使良 工万锻之，乃成莫邪（古代的利剑）耶。”这段话虽然没有明确提出炒钢二字，却把炒钢工艺 包含进去了。由于把铁矿炼成液体，固然只能是生铁水，而在“乃后万锻”之前 肯定要炒成钢 或熟铁才行（实际上熟铁就是含碳极低的炒钢），否那么生铁是不能锻的，更甭说“万锻”了。这 是一个从铁矿石炼成生铁水，再炒出钢，最终锻造成优质兵器的全过程。炒钢的制造，是炼钢 史上的一次技术革命。在欧洲，炒钢始于18世纪的英国，比中国要晚1600多年。在三国时期，炒钢还是一种技术，大多数的冶铁匠还没有把握它。从诸葛亮别传关于蒲 元在斜谷口为诸葛亮铸刀，“铭金造器，特特别法，的记载中，我们可以推断：蒲元这次铸刀使用的肯定是炒钢技术。麻钢与钛钢、铝钢，是做豪华高尔夫球杆的最正确材料。不仅不简洁生锈，而且韧性比一般钢 质更强，硬度比钛合金硬60%以上。它也是制造枪炮的最好材料。没有麻钢就没有精准的狙 击步枪。汉代的炼钢技术很兴旺，陇西曾出土过一把用麻钢制作的铁锹，决不比大马士革花纹钢差多少。 折叠花纹钢，反光太厉害，不够内敛。中国的百炼钢就是一种【花纹钢】，大马士革刀上的花 纹，是钢铁用烟铸造时结晶的自然花纹；日本刀上的花纹，那么是局部淬火法形成的温度线；中国 的花纹钢，是百炼钢制作过程中不断折叠锻打彳爰消灭的纹理。日本在三十五年前出土一把中国的 钢刀，上面的错金铭文中，有中平、百炼清刚等字。而中平，就是东汉灵帝的年号。滴钢炼钢法，就是人拿着大火钳夹住铁块伸到炼钢炉中烧同时炼钢人还要不断的转动铁钳， 铁块上的铁不断受到高温的烧炼最终变成液体滴到炉中成为钢材，这种方法简洁易行，是明清 时期的主要的炼钢法。但它的致命弱点是效率太低，而且炼出的钢质量不高。转炉炼钢法，就是将炼钢炉吊在火炉中，上面由机关把握着炉体不断的旋转，下面炉中的铁水均 匀受热，而旁边鼓风机不停的吹着炉体使它不至于由于炉温过高而烧毁，这样反复燃烧多时整 炉的钢就炼成了。要想锻制出能够“斩金断玉，削铁如泥”的“神刀”，最终一道工序淬火也至关重要。所谓【淬 火】，就是先把打好的钢刀放在炉火上烧红，然后马上放入冷水中适当蘸浸，让它突然冷却。这样 反复几次，钢刀就会变得坚韧而富有弹性了。淬火工序看起来简洁，但操作起来极难掌握得恰 到好处，烧热的火候、冷却的程度、水质的优劣，都有很大关系。淬火淬得不够，那么刀锋不 硬，简洁卷刃；淬火淬过头，刀锋会变脆，简洁折断；淬火淬得适宜，非有极其丰富的阅历 不行。据诸葛亮别传上讲，蒲元对淬火用的水质很有争辩。他认为“蜀江爽烈、适宜于 淬刀，而汉水钝弱，不能用来淬力，涪水也不行用。他在斜谷口为诸葛亮造刀，专门派士 兵到成都去取江水。由于山路坎坷，坎坷难行，所取的江水打翻了一大半，士兵们就掺入了一 些活水。水运到以后，当即就被蒲元识破了，“于是咸其惊服，称为神妙。”在1700年前，蒲元就觉察了水质的优劣会影响淬火的效果，这实在是了不起的成就。而在欧洲，到近代才开 头争辩这个问题。北齐时代，分别用牲尿和牲脂淬火。牲尿含有盐分，淬火时比水冷却得快，淬火彳爰刀刃钢质 坚 硬锐利；用牲脂淬火冷却慢，因此刀背钢质柔韧，可以抵销刃口受到的冲击，以免折断。灌 钢法，又叫团钢法，或生熟法，是中国早期炼钢技术一项最突出的成就。17世纪以前，世 界各国一般都是实行熟铁低温冶炼的方法，钢铁不能熔化，铁和渣不易分别，碳不能快速渗入。 中国制造的灌钢法，成功解决这一难题，为世界冶炼技术的进展做出划时代奉献。古代冶炼技术的演进春秋以前，中国的冶炼技术处于比拟原始的阶段，当时使用的冶炼方法 称 为“块炼法”。当时炼铁使用木炭作燃料，热量少，加上炉体小，鼓风设备差，因此炉温比拟 低，不能到达铁的熔炼温度，所以炼出的铁是海绵状的固体块，称为“块炼铁”。块炼铁冶 炼比 较费时，质地比拟软，含杂质多，经过锻打成为可以使用的熟铁。钢铁冶炼技术的进一步进展 到“块炼渗碳钢”。出土文物说明，中国最迟在战国晚期已经把握这种最初期的炼钢技术。人 们在锻打块炼铁和熟铁的过程中，需要不断地反复加热，铁吸取木炭中的碳份，提高了含碳量, 削减夹杂物后成为钢。这种钢组织严密、碳分均匀，适用于制作兵器和刀具。进一步进展到 “百炼钢”技术。人们在打制器物的时候，有意识地增加折叠、锻打次数，一块钢往往需要烧 烧打打、打打烧烧，重复很屡次，甚至上百次，所以称之为百炼钢。百炼钢碳分比拟多，组 织更加细密，成份更加均匀，所以钢的品质提高，主要用于制作宝刀、宝剑。 在西汉中晚 期，中国消灭的炼钢技术'炒钢”，这是在生铁冶铸技术的根底上进展起来的一种炼钢技术。大 约在春秋末期，中国就已经制造生铁冶铸技术，以后经过长时间的实践和探索，渐渐形成利用生 铁为原料的炒钢技术。其根本方法是将生铁加热成半液体和液体状，然 后参加铁矿粉，同时不断 搅拌，利用铁矿粉和空气中的氧去掉生铁中的一局部碳，使生铁中的碳含量降低，去渣，直接 获得钢，这就是炒钢技术。这项技术的制造是炼钢技术的重大突破，使冶炼业能向社会供给大 量廉价、优质的熟铁或钢，满足生产和战斗的需要。炒钢的出现促进百炼钢技术的进展，人们 以炒钢为原料，经过反复加热、折叠、锻打成质量很好的钢件。但是炒钢和百炼钢技术还存在 肯定缺陷，如炒钢工艺简单，不简洁把握；百炼钢费工费时。大约在东汉末，可能消灭炼钢工艺“灌钢”法的初始形式。南北朝时，禁毋怀文对这一炼钢工艺进展了重大改进和完善。繁毋怀文的炼钢方法是:“烧生铁精，以重柔铤，数宿那么成钢”， 就是说，选用品位比拟高的铁矿石，冶炼出优质生铁，然后，把液态生铁浇注在熟铁上，经 过几度熔炼，使铁渗碳成为钢。由于是让生铁和熟铁'宿”在一起，所以炼出的钢被成为“宿铁”。灌钢法是中国古代炼钢技术上一个了不起的成就。同百炼法或炒炼法比拟，其优点1）生铁 作 为1种渗碳剂，因熔化后温度高，加速向熟铁中渗碳的速度，缩短冶炼时间，提高生产率。 熟铁由于碳的渗入而成为钢，生铁由于脱碳也可以变成钢，增加了钢的产量。（3）在 高温下, 液态生铁中的碳、硅、镒等与熟铁中的氧化物夹杂发生反响，去除杂质，纯化金属组织，提 高金属品质。（4）灌钢法操作简便，简洁把握。要想得到不同含碳量的钢，只要把 生铁和熟铁 按肯定比例协作好，加以熔炼，就可获得。使钢的产量和品质大大提高，宋代又把生铁片嵌在 盘绕的熟铁条中间，用泥巴把炼钢炉密封起来，进展烧炼，效果更好。明代又有改进，把生铁 片盖在捆紧的假设干熟铁薄片上，使生铁液可以更好均匀地渗入熟铁之中。不用泥封而用涂泥的 草鞋遮盖炉口，使生铁可从空气中得到氧气而更易熔化，从而提高冶炼的效率。明中期以后， 灌钢法更进一步进展为苏钢法以熟铁为料铁，置于炉中，而将生铁板放在炉口，当炉温上升 到1300C左右，生铁板开头熔化时，既用火钳夹住生铁板左右移动，并不断翻动料铁，使 料铁均匀地淋到生铁液；这样，既可产生很好的渗碳作用，又可产生剧烈的氧化作用，使铁和 渣分别，生产出含渣少而成份均匀的钢材。【百炼法】，在中国春秋战国时期，就已经有了。比方欧冶子，干将莫邪等等。【钢淬火工艺】最早的应用见于河北易县燕下都遗址出土的战国时代的钢制兵器。淬火工艺最早的史料记载见于汉书王褒传中的“清水蟀其峰”。淬火是标准词，人们不读 它，"蘸火'是常用词，人们却不写它，这是我国文字中不多见的现象。常用的淬冷介质有盐水、水、矿物油、空气等。淬火可以提高金属工件的硬度及耐磨性， 相传春秋时楚王令欧冶子、干将师徒铸铁剑。欧冶子、干将作成铁剑三支：一名龙渊、二名 太阿、三名工布，当地龙泉水淬剑，春秋时期吴国铸剑名师干将所铸的两把宝剑“干将”、“莫邪”，一把剑身布满龟裂纹，一把剑 身 布满水波浪。这龟裂纹水波浪，大家肯定以为是刻在刀上的花纹，或者是流传过程里的一种虚构, 而实际上，这是青铜或铁在百炼之后自然形成的花纹。青铜或铁必需经时间的折叠、缎打、烧炼, 才具备刀剑的硬度和韧度，这就是俗话说的“百炼成钢工而经过百炼和特别铸 造工艺处理以 后的青铜或钢铁，会自然形成千奇百怪的花纹，如高山、如流水、如龟裂、如鱼肠，由于每 一把刀剑的锻造过程都不一样，形成的花纹也形态各异，决不重复。这就是花纹刃，世界上最有名的利刃如马来克力士剑、印度古刀、大马士革钢刀都是以花纹钢刃著称。花纹刃具有斩钉截铁、切金断玉的功力，其他刀剑与之接触，很少有不被砍断 或损坏的。三国时期蜀汉有名的兵器制造家蒲元在斜谷口（今陕西周至县西南），“铭金造器，特特别 法”，为诸葛亮铸刀三千口。刀铸成以后，为了检验质量，蒲元让士兵用竹筒灌满铁珠，举 刀猛砍，如截刍草，竹筒断而铁珠裂，人们交口赞扬蒲元铸造的钢刀是能够“斩金断玉，削 铁如泥”的“神刀”。