产业发展 | 中国近代特殊钢冶炼技术发展研究（1890—1949）上

摘 要：本文梳理了 1890—1949 年中国特殊钢冶炼概况，对兵工企业和非兵工企业冶炼特殊钢技术的来源、设备类型、冶炼规模和能力以及产品产量等问题加以考察。同时以西北实业公司创办西北育才炼钢机器厂为例，考察中国近代特殊钢冶炼技术的获得及其发展过程，认为西北实业公司的特殊钢冶炼部门可以为其兵工制造提供有限的支撑。另外，本文还探究了近代中国特殊钢研发机构及其研发活动，进一步通过对比同时期中国和欧美国家及日本特殊钢的生产规模和产量，对中国近代特殊钢冶炼技术发展的特点进行了讨论。

关键词：特殊钢技术史；冶金史；西北实业公司；西北育才炼钢机器厂

特殊钢通常指具有特殊化学成分、工艺、性能或需求的钢。冶炼的主要原料是普通钢、铁或废钢加入镍、铬、锰、钼、钒、钨等合金元素，经过热处理等工艺制成不同合金成分比例的钢材，如镍钢、铬钢、镍铬钢、铬钒钢、铬钼钢、锰钢、锰硅钢、钨钢等，近代特殊钢按功能可分为四类：构造钢、工具钢、电磁钢、其他钢。 这些钢材的韧性、强度等性能较优越，常被应用于机械加工和军工等行业中，如作为机床、枪管炮筒材料，因此特殊钢的冶炼水平事关国民经济和国防建设，也是工业制造水平和能力的体现。

近代特殊钢可用坩埚、平炉或电炉等冶炼设施降冶炼，在更好的技术被发明出来前，特殊钢通常由电炉冶炼。电炉具有炉内状态稳定、温度可控、合金不易变质等优点，电力产生的高温使合金熔化，经氧化、还原冶炼成特殊钢。特殊钢与合金钢的概念在近代存在很大的重合，尤其在近代中国二者时有混用，故本文的研究内容既包括特殊钢也包括部分意义上的合金钢，除特别指出外均以特殊钢代称。

中国并非现代特殊钢冶炼技术原发国家，相关技术在中国经历了较长的传播过程。现阶段学界对中国近代特殊钢技术史研究较少，本文探究了近代特殊钢冶炼技术在中国的发展状况和研发过程，并以西北实业公司为例，还原近代特殊钢冶炼与兵工制造的关系，以期理解特殊钢技术能力在近代中国的形成过程和特点。

一、近代中国特殊钢冶炼的发展状况

实际上在电炉出现之前，特殊钢大多由坩埚冶炼而成。1878 年西门子（Sir William Siemens）发明了电弧炉（electric arc furnace），1900 年海洛尔特（Paul. T. Héroult）发明了工业用电弧炉。20 世纪初，世界各国开启了电炉冶炼特殊钢的进程，第一次世界大战的爆发使特殊钢需求激增，使电炉成了冶炼特殊钢的主流。1920 年，世界共有电炉 700 多座，其中美国有 250 座，1921 年日本共有电炉 40 多座。苏联的特殊钢技术发展相对较迟，到了 1937 年可基本满足自身需求。第二次世界大战对武器的大量需求使电炉冶炼特殊钢技术有了更大的发展。

中国近代特殊钢冶炼始于晚清洋务运动时期的兵工制造业，这一时期创办了江南机器制造总局、汉阳兵工厂等企业，为解决兵工材料问题，通过技术贸易即购买成套设备并聘请国外工程师的方式获得冶炼技术，近代中国对特殊钢技术认知和生产能力的获得由此开始。

近代特殊钢冶炼集中在两类部门，一是兵工及相关企业，包括兵工企业所属炼钢部门和为兵工企业提供钢材的炼钢厂，还有部分相关研究机构及其参与组建的钢铁企业。二是非兵工企业，抗日战争前散落于唐山和上海等工业城市，抗日战争时部分冶炼设施西迁，在重庆和四川等地建设了渝鑫钢铁厂等企业。此外，抗日战争时日据地区由日本人建设了一批特殊钢冶炼设施，集中在东北、唐山等地。以下就两类情况加以分述。

1. 兵工相关企业特殊钢冶炼

近代大部分特殊钢冶炼设备集中在兵工及相关企业里（表 1）。抗日战争前具备特殊钢冶炼能力的主要有上海兵工厂炼钢厂、湖北枪炮厂、巩县兵工厂、东三省兵工厂炼钢厂、重庆电力炼钢厂和西北育才炼钢机器厂等。

由表 1 可知，抗日战争之前中国特殊钢冶炼工艺存在一个演变的过程，从 19 世纪末到 20 世纪 10 年代，兵工企业生产武器所需钢材主要由平炉和小规模的坩埚提供，直到 20 世纪 20 年代后才引进电炉冶炼武器用钢材，兵工企业电炉冶炼特殊钢能力才初步具备。

江南制造局是中国早期使用平炉和坩埚冶炼武器用特殊钢的典型代表，其炼钢厂设立于 1890 年，从英国购进 3 吨马丁炉 1 座和小型坩埚炉，能使用硅锰铝等原料生产枪筒、炮筒用材和少量工具钢。马丁炉的原料选用进口海墨太生铁、曼干尼司锰铁和废钢，加以美南铝、矽（硅）等，炼成枪炮所需的大部分合金钢。坩埚钢原料则包括瑞典熟铁、卡本铁、锰、铝和硅等。生产的钢材能制造直径在 6 英寸（152.4 毫米）以下的武器，超过 6 英寸的如口径为 21 英寸的火炮则需要从英国进口 ，如 1905 年制造局生产的沪造克虏伯 75 毫米后装山炮的材料除复进机弹簧需要从国外购买外，炮身、炮闩、摇架、炮架等结构的钢料均由炼钢厂的马丁炉冶炼 。1917 年炼钢厂又引进平炉（图 1）和转炉各 1 座，1919 年开始冶炼钨钢，1933 年炼钢厂借用江南造船厂电炉 1 座，开始使用电炉炼钢，其电炉、平炉合计炼钢 679 吨。

20 世纪 20 年代是兵工企业真正开始使用电炉冶炼特殊钢的时期，这个时期巩县兵工厂 、东三省兵工厂 和太原兵工厂 相继引进电炉炼钢设施并成功投产。巩县兵工厂引进电炉 1 座用于制造各式炮弹，但因技术能力缺乏，大部分材料需要进口 。东三省兵工厂于 1923 年设立钢厂，先后设 3 座 3 吨电炉 ，但只冶炼工具钢 ，武器钢材依赖进口钢料，其制造的辽 14 式 75 毫米山炮的材料进口自日本和奥地利 。1926 年，阎锡山为配合太原兵工厂武器制造而创办了育才炼钢厂，并成功地为枪支和工具机提供了特殊钢，成为这一时期兵工企业用钢自给的代表。此外，20 世纪 30 年代开始筹建的重庆电力炼钢厂，由美国和德国购买炼钢设备，1936 年 3 吨莫尔式（Moore Type）电炉安装完毕，但直到 1937 年以后才正式出钢。

全面抗战时期，后方相继成立兵工企业，这一时期特殊钢冶炼能力的获得主要通过两方面：一是抗日战争前各大兵工企业的原有设施西迁或保留（表 2），该类企业有钢铁厂迁建委员会、兵工署第二十四厂；二是重新购买和自主开发（表 3），主要包括中国电力制钢厂、资源委员会电化冶炼厂、陵江炼铁厂和兵工署第二十八工厂，这些企业均由当时的材料研发机构参与组建而成。

1937 年前原有的电炉所形成的特殊钢冶炼部门，受战争的影响，在战时因地制宜地采取了一些特殊工艺和办法，如为解决废钢缺乏和电力不足的问题，兵工署第二十四厂在战争初期用土铁代替废钢，自行设计了三联法生产特殊钢，即用 3 吨的卧式煤气熔铁炉、3 吨侧吹炉和 3 吨的电炉三联热装冶炼特殊钢，此法1937 年底试验成功。为扩充生产能力，1943 年该厂仿照厂中莫尔式电炉设计新炼钢电炉 1 座，命名为“吉产 业 发 展 55辉炉”，1945 年电力短缺问题得到解决，两炉能同时冶炼。这期间，兵工署第二十四厂生产的钢材有钨钢、锰铬钢等，供应兵工署各厂制造炮筒等兵工器材。1937—1949 年合计生产钢料 3.6 万吨，钢材 2.4 万吨（图 2）。

1938 年成立于重庆的钢铁厂迁建委员会（简称钢迁会）是后方最大规模的钢铁企业，有原属上海炼钢厂的 1.5 吨和 3 吨电炉各 1 座。其中 1.5 吨电炉于 1941 年 11 月开始出钢。但因原料等原因，其在战时所炼钢材多为普通碳素钢，用于制造轻型钢轨，兼有少量高硬度的钢材用于制造锉刀。因此，其电炉在特殊钢生产上发挥的作用有限。1946 年之后，钢迁会方能向兵工署各厂提供镍铬钢等材料。

此外，因战时对特殊钢需求的增长，后方新创办了具有特殊钢冶炼能力的兵工企业，其设备来自两个方面，一是进口电炉，二是自行开发的坩埚炼钢设施。值得一提的是，这类企业均由当时的钢铁材料研发机构参与创办。这一方面是由于这些研究机构在战前特殊钢冶炼技术开发能力上的积累；另一方面则是其就地取材地开发本土资源的研发能力的体现。

电炉方面。通过引进电炉设施增设了两家电力炼钢厂，分别是中国电力制钢厂和资源委员会电化冶炼厂。中国电力制钢厂由国立中央研究院工程研究所参与创办，工程研究所于 1928 年在上海设立了钢铁试验场，这是战前特殊钢试制研发的最重要机构，在利用电炉冶炼开发各种特殊钢和碳素钢等方面积累了经验，这为其创办中国电力制钢厂提供了条件。中国电力制钢厂设于云南安宁，原有电炉在抗日战争全面爆发后未能迁移，于 1939 年向美国订购了 1 吨电弧炉 1 座，后又购进了美国匹兹堡电炉公司拍卖的0.5 吨电炉 1 座 。1941 年 8 月 28 日成功出钢，原料就近采用云南含磷硫较低的土熟铁，根据原料类型配套酸性电炉冶炼，钢材质量参考美国机动车工程师学会（Society of Automotive Engineers，SAG）标准，生产碳素钢、镍钢、镍铬钢、高速工具钢、硅锰弹簧钢 ，1941—1945 年产各种钢材 1443 吨。能在抗日战争时较快地成功生产出多种特殊钢材，这与战前钢铁试验场研发能力的积累有关。

1941 年成立的资源委员会电化冶炼厂由经济部矿冶研究所组建。1939 年，经济部矿冶研究所筹办纯铁炼厂、炼锌厂和炼铜厂，1941 年合并成资源委员会电化冶炼厂，购买大型高周率电炉一套，能炼各种工具钢与合金钢，产能可达每日 8 吨。从产能上看，这是抗日战争后期后方最大规模的电炉设施。坩埚炼钢是战时后方为满足特殊钢需求所采取的因地制宜的措施。经济部矿冶研究所和兵工署材料试验处在此时均设立了坩埚炼钢研发部门，分别为矿冶所试验炼铁厂坩埚钢部和兵工署第二十八厂（表 3，有关研发详情后述），两个坩埚炼钢厂是坩埚炼钢研究成果的产业化试验场所。1939 年，兵工署材料试验处用四川当地产耐火材料制造小型坩埚，配给四川产土钢等作为原料试炼，取得成功后又制造大型坩埚，制成了钨铁合金、高碳钢、磁钢、各式高速工具钢和镍铬钢件等特殊钢，其冶炼了含碳 0.74%、硅 0.15%、锰 0.5%、钨 16.11%、铬 3.89%、钒 0.8%、钼 0.39 的钢材，制成枪管钢后经兵工署第二十一厂试验合格，1942 年生产 14.82 吨钢材，1943 年产 73.1 吨钢材，1944 年产 556.4 吨钢材。 与此同时，经济部矿冶研究所也利用四川产原料试炼合金钢，品质较好但产量不高，无法量产供应市场，但相关研发部门的设立为后方冶金工业培养了一批技术人才。

2. 非兵工企业及日占区特殊钢冶炼

中国近代除国防兵工相关的特殊钢冶炼设施外，部分非兵工企业在抗日战争全面爆发前也创办了特殊钢冶炼部门，为普通工业制造提供各式工具钢、不锈钢和合金铸件等特殊钢产品（表 4）。随着抗日战争的全面爆发，部分企业如国立中央研究院工程研究所钢铁试验场和大鑫钢铁厂在后方重新建立并陆续出钢；还有部分企业因未能西迁被日军占领后失去生产能力，如启新机器厂。

启新机器厂附属于 1906 年开办的启新洋灰公司，1923 年引进了德国克伦机器厂 0.5 吨电弧炉（图3），成为近代中国最早以生产非兵工特殊钢为目的的企业，启新机器厂创办的目的是为启新公司自制的水泥窑炉提供钢材、为洋灰厂炼制窑炉用钢提供机件，以及为永利碱厂、开滦矿务局和其他铁路矿厂制造机件。 1927 年南京国民政府成立之后，中国工业步入了创业高潮期，上海等工业城市非兵工企业的兴起推动了民间资本和各地政府创办一批新的炼钢厂。这些企业利用电炉为新兴工业生产工具钢等材料，如大鑫钢铁厂和华西兴业股份有限公司。但因当时筹资能力和渠道的限制，这些企业引进的电炉设备规模均在 1—1.5 吨，远低于同期西方国家的规模，实际产量也非常有限。

南京国民政府的成立还促使了中国第一家特殊钢材料研发机构的产生。1928 年，国立中央研究院正式成立，次年在上海创办工程研究所钢铁试验场。从美国进口的 0.65 吨电炉 1 座（图 4）除进行特种铁铸件和特殊钢铸件的开发和制造外，还生产普通碳钢铸件为社会服务。到 1935 年，产品有各式齿轮、吊钩、车架等钢铁铸件。

抗日战争全面爆发后，部分非兵工用电炉设施内迁至后方，继续发挥作用。其中，大鑫钢铁厂设施迁至重庆，更名为渝鑫钢铁厂（图 5） ，不仅为兵工署各厂提供手榴弹、炸弹等军用武器钢材，还制造各式钢丝、钉子、钢件供民用。1939 年，华西兴业经资源委员增资改名为中国兴业公司，成为资本和规模仅次于钢迁会的后方钢铁企业 。其钢铁部电炼厂有战前购置的电炉 1 座，因电力供应不足只能日产2—3 吨钢材，1940 年 2 月开始出钢，抗日战争胜利后停产。

抗日战争时期日本人在中国的东北、华北、上海等地侵占或新建了一批钢铁企业冶炼特殊钢（表5）。东北是战争时期最重要的特殊钢生产地区，有三个大型特殊钢冶炼企业：一是 1938 年建成并投产的满铁抚顺炭矿制铁试验工场，工场原为 1907 年关东都督设立的中央实验所，南满洲铁道株式会社接管后对其进行了扩建；二是 1938 年 10 月从本溪湖煤铁公司增资独立出来的本溪湖特殊钢株式会社，前身是该公司的特殊钢试验工场 ；三是 1939 年成立的大华矿业株式会社，由 1918 年成立的大华电气冶金株式会社改组而来。与中国本土资本创办的企业不同，东北的日资企业设立的冶炼设备较大，拥有 2 座 15吨、4 座 6 吨以及 3 座 5 吨的电炉。实际上，东北日据区的特殊钢企业在生产规模上大于后方本土企业，成为中国境内最大的特殊钢产出地，但其产品全部供给日军。除东北外，日本人在华北和上海也增设了特殊钢冶炼设施。1945 年，日本北“支那”制铁株式会社在唐山建立唐山制铁所，有日式 7 吨电炉 1座，但只生产普通软钢；上海地区也有被日商投资或侵占的亚细亚钢业厂 、大陆铁厂 、丰田汽车修理厂 等企业为日军生产军用钢铁。

3. 小结

总之，中国近代特殊钢冶炼呈现以下特点：一是其兴起与中国最初的兵工制造业需求密切相关。二是除了抗日战争后方坩埚冶炼的自主研发外，以电炉为主的特殊钢冶炼设备均来自国外。三是中国本土企业所设立的冶炼设施在规模上偏小，均为 3 吨以下的电炉。而同一时期，日本在华设立的最大电炉已达 15 吨，日本国内主流设备规模是 20 吨左右。 四是受限于合金原料和电力的供应能力，以及设备规模和研发能力，近代中国企业虽然已可以生产包括工具钢、弹簧钢、不锈钢、兵器用钢等特殊钢品种，但产量十分有限，而且基本无法铸造和轧制大型特殊钢材。可以说，近代中国的特殊钢冶炼尚无法为国防和工业生产的发展提供足够的材料支撑。

然而，通过这一时期特殊钢冶炼从无到有的发展，中国积累了最早的现代特殊钢冶炼技术和能力，西北实业公司特殊钢冶炼能力的获得及其对兵器制造所发挥的作用，便是一个较为典型的案例。

未完待续

注：1.本文节选自武力主编《产业与科技史研究. 第八辑》（北京：科学出版社，2021.3），注释及其他相关内容可参考原辑刊，图片来自于网络