◆“百炼成钢”为什么并不更好？◆生铁和熟铁宿在一起会发生什么事儿？◆“好钢要用在刀刃上”你真的懂吗？◆你知道綦毋怀文是谁吗？他为何能从动物尿中制出惊世好刀？本期“典籍中的工人” 为你讲述这些冷知识背后的趣事！ 撰文 | 独孤放牛（詹船海） 编辑 | 李冠杰 百炼成钢，你所不知道的那些事儿！| 典籍中的工人㉗沈括看见的百炼钢 我们从小就略知一二，北宋有位官员科学家叫沈括，他著的《梦溪笔谈》是我国科学史上一部重要著作。在《梦溪笔谈》卷三，他写到钢铁——《锻钢之法》。 “铁之有钢者，如面中有筋，濯尽柔面，则面筋乃见，炼钢亦然。” 他以面筋与面的关系喻铁与钢的区别，我们古代的科学家只能借助文学的手段来表达他们的发现，这一点我们要理解。其实即使在今天，我们也需要这样的科普手段，给我这类“文科生”一点自信、一双慧眼。 △沈括与《梦溪笔谈》 沈括说，那年他出使磁州（今河北磁县），至该地锻坊看炼铁，方识真钢，并看见那真钢是怎样炼成的。其法：取精铁加热锻打一百多次，每锻一次称一次，每称一次就轻一点，直锻到不能再轻一点，就是纯钢了。此乃铁之精纯者，其色清明，磨光后呈青黑色，与常铁迥异。 百炼钢法 沈括所记之炼铁法，主要是锻，即所谓“锻炼”，俗谓打铁。当然，打铁还有一层意思是铸造。我们记忆中铁匠炉中的打铁，就是在铸造过程中，如打一把镢头、一把镰刀等。现在我们清楚了打铁也是一种冶炼工艺。《说文》释“锻”字为“小冶”，可理解为辅助性、进一步性的冶炼，或精炼，可专指炼钢。“大冶”则指冶炼矿石，即炼铁、炼铜等。用反复锻炼法所成之钢，就是百炼钢，此法亦即所谓“千锤百炼”“百炼成钢”。 嘿嘿，“锻炼”“锤炼”“精炼”“千锤百炼”百炼成钢”，从给老师写作文起就常用的词，终于知道是怎么回事了吧？本是劳动技术，是工艺名称，因为充满了劳动的正能量，就转化为精神上的正能量词语，其中如“精炼”等，还恰好是要求我们把作文写好的词。我们再次从古代工人的劳动创造中发现物质变精神的造词秘密。 “打铁还须自身硬”，这句俗话的另一层意思：打铁是为了铁的硬，钢硬。从现代技术原理看，反复锻打可以排除夹杂，还可均匀成分、致密组织，有时亦可细化晶粒，这就硬了。因不断去除夹杂，氧化铁皮不断产生并脱落，所以每锻一次就轻一点，直到不能再轻一点，自然纯之又纯、硬之又硬，钢性十足。 沈括所看见的作为原材料的精铁，有解释说是指含碳量稍高，所含夹杂不多的铁碳合金。这即是说，这精铁，已经是钢了，之所以还要精益求精地炼，主要目的只是为了进一步去除夹杂、致密组织等，百炼前后的含碳量倒无明显变化。 但也有释此“精铁”为熟铁者，这样，百炼的主要目的就是渗碳成钢。 先不细辩此间是非。但最初的百炼钢确实是指将质柔的熟铁或块炼铁用木炭反复加热折叠锻打的炼钢法。锻打去除夹杂物，木炭燃烧，碳微粒就均匀地渗进钢铁层中，成为块炼渗碳钢——原始的钢。反复折叠锻打精炼，以之铸造刀剑。百炼技术始于战国晚期，成熟于东汉，鼎盛于魏晋时期。 自然，大家一开始就明白了，“百炼”只是概言次数之多，并非一定要一百次以上。数十次可能是有的。东汉早期，刀剑往往有铭文，记录炼的次数。 1974年山东苍山出土的铁刀铭文为：“永初六年（112年）五月丙午，造三十湅（炼）大刀。”1978年江苏徐州出土长剑的铭文为：“建初（77年），蜀郡……造五十湅……剑。”三国时蜀汉制刀名匠蒲元造的刀则都刻“七十二湅”。 时人认为，炼的次数越多，刀剑就越好，后来就竞称百炼。其实，如果是好铁，何须百炼。百炼毕竟是效率低下的表现，且因此成本高企。东汉的唯物主义者王充就在他的《论衡》中说：“有好铁，有好工匠，炼一次就能制出好剑。” 我国在西汉时期还发明和应用了炒钢技术。 炒钢法 炒钢的原料是生铁，操作要点是把生铁加热到液态或半液态，利用鼓风或撒入精矿粉等方法，令硅、锰、碳氧化，把含碳量降低到相当于低碳钢和熟铁的层次上。炒钢因在冶炼过程中要不断搅拌，好像炒菜，故名。 炒出来的熟铁或低碳钢，亦须反复锻打，得到百炼钢，亦即成为中碳钢和高碳钢，成就兵器的锋利。上文说到出土实物“三十湅”大刀和“五十湅”长剑，经科学鉴定，都是以炒熟铁锻打而成。 炒钢出品，自然是品质较好的铁，是精铁。根据我们刚才的分析，精铁不必炼那么多次。如此看来，沈括在磁州那家锻坊看到的精铁，未必很“精”。 綦毋怀文的灌钢法 百炼成钢既是效率低下的表现，就有工匠致力于技术革新。灌钢法就是这样的革新，而与这项革新连在一起的工匠是有名有姓的，叫綦毋（qí wú）怀文。 人物介绍 綦毋怀文，襄国沙河（今河北邢台沙河）人，生活在公元六世纪北朝的东魏、北齐时代，曾经做过北齐的信州（今河南省沈丘县）刺史等。 成就：著名冶金家，襄国宿铁刀的发明者。他总结了历代炼钢工匠的丰富经验，对古代一种新的炼钢方法——灌钢法作出了突破性发展和完善，同时在制刀和热处理方面也有独特创造，为中国冶金技术的发展作出了划时代贡献。 灌钢法始创于东汉，到綦毋怀文手里再作革新，趋于成熟，得以推广应用。所以我们就将此功归于綦毋，并封他为冶金家。 灌钢法 沈括在上述笔记中首先记道，世间锻铁成钢的方法，是把“柔铁”（熟铁）盘屈起来，把生铁镶嵌其间，用泥封好后烧炼，再锻打使生熟互掺，谓之“团钢”，亦谓之“灌钢”。 与百炼法和炒钢法相比，灌钢操作简单。生、熟铁抱团，温度尚未达到更高时，熔点较低的生铁就先熔化成“水”，灌到熟铁当中，生熟中和，成为新的一团。 接着我们用现代科学术语描述，液态生铁中的碳分及硅、锰等与熟铁中的氧化物夹杂发生剧烈氧化反应，这样可以去除杂质，纯化金属组织，提高金属质量。 然后也是反复折叠、锻打，但次数已少得多。沈括看见的是，三三炼就行了。 《北齐书 ·綦毋怀文传》描述此法是：“烧生铁精（生铁溶液），以重（重叠）鍒铤（指熟铁），数宿则成钢”。“数宿成钢”，这里的描写很生动而又富有哲理：生铁和熟铁在一起“睡”了几次，就有了钢。这样子成的钢就叫宿钢或宿铁。 我们已说过我国古代炼钢有加法（熟铁和块炼铁的渗碳成钢，具体则百炼钢），有减法（生铁的脱碳成钢，具体则炒钢），然则灌钢法即为加减法，其背后蕴含着“冲气以为和”“和实生物”的技术思想。 灌钢“数宿成钢”，比百炼钢提效至少数倍，也比炒钢省时多多。灌钢出，就取代了炒钢和百炼钢，至宋代流行全国，成为当时主要的炼钢方法。在1740年英国亨茨曼(B.Hunsman)发明坩锅炼钢法之前，灌钢技术一直是世界上最先进的炼钢方法。 然而沈括却在上述笔记中称灌钢是“伪钢”，他认为，在这种办法中，熟铁只是暂时假借生铁而变硬，再经二三次锻炼后，也只是把生铁锻成了熟铁，都是假的钢，不是他所见到的百炼之后的真钢。不得不说，沈括兄错了。他一不小心忽略了灌钢是一种更先进的技术。我们今天赋予“百炼成钢”这个词以一种无限的褒意，也建立在同样忽略的基础上。 “好钢用在刀刃上”的宿铁刀 綦毋怀文在制刀方面也做出了杰出贡献。 我们已经知道，在綦毋怀文之前，我国制刀大都用百炼钢，费时费力，成一锋利，往往旷日持久，且花费高昂。如三国曹操命有司制作宝刀5把，竟耗时三年。还有人匡算，东汉时期，一把名钢剑的价钱相当于7个人两年零9个月的口粮！ 更先进的技术意味着可以用更小且很小的代价生产质优且更优、价廉且更廉的产品，否则那先进就没有意义，没有生命力。 于是綦毋怀文着手对制刀工艺进行重大革新。与我们分享过的铸造复合青铜剑的工艺相似（典籍中的工人㉖：它被人称为“恶金”，却带来了黄金时代！ ），他的革新也是复合式的，他用灌钢法炼制的钢做成刀的刃部，而用含碳量低的熟铁作刀背，以钢保证刃口锋利，以韧性熟铁制刀背，则保证刀背在遭遇冲击时不轻易折断。呵呵，忽然就起一句俗话：“好钢要用在刀刃上”，这下算透彻理解啦！又想起“刚柔相济”这个词，这会儿也从一把刀子身上又明白了一次。 以上办法不仅能制成更好的刀，还大大节省了价比铁贵的钢材，降低了制刀成本，符合我们对技术革新的要求。 綦毋怀文制的刀就叫“宿铁刀”，名牌。锋利无比，能一下子斩断30札铁甲。值得一提的是，他能制成那么好的刀，还与他在淬火方面也有绝活有关系。 淬火，我们在民间打铁坊中看到过，将加热红透的工件夹起来浸入冷水中，急速冷却，增加其强度和硬度。工件入水，嚓啦一声，青烟腾冒，我脑中就贮存着这样的印象。这是一种热处理工艺，用的是“冷处理”的手段（“淬火”也引申成为一个育人成才的词）。 我国在战国时代掌握了淬火技术，一般都是用水作为冷却介质。但不同的水因冷却速度不一，也会影响刀性。 三国演义时代，这个奥秘就被蜀汉那位制刀名匠蒲元认识到了。据宋《太平御览》记载，蒲元在斜谷(在今陕西眉县)为诸葛亮造刀三千口，每把刀都能劈开装满铁珠的竹筒，被誉为神刀。蒲元造刀的主要诀窍在就在于其独特的淬火技术。他淬火时并不就近舀取汉江之水，宁远道运输成都的蜀江之水，因“汉水钝弱，不任淬用”，而“蜀江爽烈，是谓大金之元精”。说白了就是，蜀江水冷却速度要比汉江水大，能淬出更好的刀。 蒲元终究还在水上做文章，綦毋怀文则突破了水，因而取得了更大的成功。 綦毋怀文在制作“宿铁刀”时，是使用动物尿和动物油脂作为冷却介质的。动物尿中含有盐分，冷却速度比水快，用它淬火，比用水淬火的钢坚硬；而动物油脂冷却速度则比水慢，淬火后的钢比用水淬火的钢有韧性。这是对钢铁淬火工艺的重大改进，一则扩大了淬火介质的范围，再则可以获得不同的冷却速度，以得到不同性能的钢。 △沙河綦村曾是中国古代冶铁业中心，对我国冶铁、炼钢做出过重大贡献，在我国冶金史上具有重要地位。图为沙河市綦村镇綦阳村阁楼上的砖雕“映鉄冶”匾额。 铁刀出，震动朝野，代有传承。在隋唐至宋代，綦毋老家所产的宿铁刀一直被列为贡品。 从灌钢术到宿铁刀，綦母怀文在冶炼和铸造技术方面的贡献，使他也被”评”为神。从隋朝开始，便修庙塑像，到河北邢台旅游，可以去看“冶神庙”，其内供奉的便是綦毋怀文。 |
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