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大汉帝国和中国古代冶钢技术(1/6)

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大汉帝国的冶钢技术主要是以两步冶炼的炒钢为基础,融入大炉焦煤熔烧的基础,首先出产锻铁,锻铁卖给小户铁匠或者其他商社,采用百炼与灌钢技术进行军备生产,农用铁具则部分灌钢则可。液态坩埚钢的工艺在襄阳理工学府有系统的研究,但大规模推广不现实,仍然处于小范围生产和摸索阶段。

中国古代炼钢技术

r82005-4-13

我国古代炼钢技术至迟发明于春秋晚期。由先秦到西汉中晚期,主要制钢工艺是块铁渗碳法;由汉代到明清,主要又是炒钢法和灌钢法,其次还有百炼钢法和炒铁渗碳法,汉魏南北朝时还有“铸铁脱碳钢”,汉代还有坩埚炼钢法。炒钢工艺主要生产一般的可锻铁(包括钢和熟铁),灌钢工艺主要生产含碳较高的刃钢,百炼钢是对普通炒钢的再加工。“铸铁脱碳钢”和炒铁渗碳钢工艺将在第五章介绍,这里主要讨论其他五种。

一、炼钢术的发明和块铁渗碳钢之使用

今在考古发掘中所见我国最早的钢制器物是1976年长沙杨家山出土的春秋晚期钢剑,剑全长38.4厘米,身长30.6厘米。经分析,含碳量约与中碳钢相当,组织均匀致密。长沙铁路东站建设工程文物发掘队:《长沙新发现春秋晚期的钢剑和铁器》,《文物》1978年第10期。可知我国古代制钢术至迟在春秋晚期便已发明。战国中晚期后,炼钢术在我国南北许多地方都迅速发展起来,并首先在南方的楚国达到较高水平。《史记a秦昭王临朝叹息曰“宛钜铁釶,惨如蠭蠆。”“宛”治所在今南阳。“钜”即钢,“釶”即矛。《荀子ap;#8226;议兵》杨倞注。此锋利的“铁剑”、“铁矛”,显然由钢制成。中原的韩国也制作了许多锋利兵器,《战国策a“韩卒之剑戟,皆出于冥山、棠溪、墨阳、合伯(膊)、邓师、宛冯、龙渊、太阿。皆陆断马牛,水击鹄雁,当敌即斩。”这些锋利的剑戟,后世学者一般都认为是钢铁所制。其中的冥山(今信县境)、棠溪(西平县境)、合伯(西平县境)、冯池(荥阳县境)《史记ap;#8226;苏秦列传》引“徐广曰:荥阳有冯池”。索隐:“宛人于冯池铸剑故号宛冯”,“邓国有工铸剑,因名邓师。”邓国在今河南漯河市东南。、龙泉、太阿(均在西平县境,今为舞阳钢铁厂管辖)等处都发现了古代冶铁遗址。董文安:《韩国十大宝剑产地初考》,全国金属学史学术讨论会论文,1989年,舞阳。墨阳在今河南淅川县。1965年,河北易县燕下都第44号墓出土钢铁剑15枚、矛19枚、戟12枚等;人们分析了其中的6枚兵刃器,除1枚为块炼铁外,其余5枚皆由钢制成。北京钢铁学院压力加工专业:《易县燕下都44号墓葬铁器金相考察初步报告》。《考古》1975年第4期,发掘报告见同刊同期《河北易县燕下都44号墓发掘简报》。说明当时北方的燕国制钢术亦已发展起来。

人类早期冶炼的钢一般都是在低温还原冶炼后再经渗碳而成,整个过程约分两步:第一步先由矿石炼取块炼铁,第二步再由块炼铁渗碳成钢。此渗碳过程中要不断地折叠锻打,以帮助碳的扩散。这样得到的钢便叫块铁渗碳钢。燕下都钢剑等兵器就是由这种钢制成的。如若控制得当,也有不经第二步,而一次还原冶炼成钢的,这种钢便叫块炼钢或自然钢。这两种钢的强度和硬度均较块炼铁为高。其缺点是:(1)含碳量一般较低。(2)碳分布往往不够均匀。(3)钢中所含夹杂往往较多。(4)生产率较低。在中原文化区,这种制钢工艺一直沿用到西汉中期,之后由于炒钢的发明和发展而渐被取代。满城汉墓出土的刘胜佩剑和错金书刀等皆由块铁渗碳钢制成,其夹杂已较燕下都钢剑为少,组织亦较之均匀致密。这种钢主要用来制作刀剑等兵刃器,农业和手工业中使用甚少。

二、炒钢及其工艺操作

炒钢工艺是一种半液态冶炼。它以生铁为原料,把生铁加热到液态半液态后,利用鼓风中的氧使生铁脱碳到钢和熟铁的成分范围。冶炼过程中要不断地炒动金属。古谓之“擣刚”,本世纪五十年代以前,习谓之炒铁、炒“熟铁”。

(一)炒钢的发明和发展

我国古代炒钢技术约发明于西汉中晚期,今见较早的遗物有:巩县铁生沟、南阳瓦房庄、新安孤灯村等冶铸铁遗址出土的汉代炒钢炉,以及铁生沟出土的铁块、残铁锄、铁臿等14件炒炼产品。铁生沟炒钢炉系向地下挖出的缶形小坑,内涂耐火泥,长0.37米,宽0.28米,残高0.15米,炉壁已被烧成黑色,内中残存一铁块。河南省文化局文物工作队:《巩县铁生沟》,文物出版社1962年版,赵青云等:《巩县铁生沟汉代冶铸遗址再探讨》,《考古学报》1985年第2期。我国古代关于炒钢的记载始见于东汉中晚期。《太平经》卷七十二云:“今军师兵,不祥之器也……有急乃后使工师击治石,求其中铁,烧冶之,使成水,乃后使良工万锻之,乃成莫邪耶?”此“莫邪”指锋利兵器。“烧冶之”等三句所指即是炒炼及其制器的全过程。《太平经》系道家著作,基本上保持了东汉中晚期的原貌。

炒钢的发明,迅速地改变了我国社会可锻铁的使用情况。1952-1953年,洛阳烧沟发掘了225座西汉中期至东汉晚期墓葬,出土钢铁刀116枚、剑33枚、矛5枚、斧4枚;而在青铜兵器刃器中,只有铜刀7枚(仪仗器),矛1枚,无剑。中

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