在冷兵器研究所之前的文章《刀剑真的不详吗?这个流传千年的说法竟源自一帮羽士》中提到,中国古代著名的灌钢法,是生铁在上,熟铁不才,高温时生铁先于熟铁融化,然后“滴灌”到熟铁上。这个熔融层末了就能出钢。
但这样就有一个逻辑抵牾,即:矿石冶炼出来的是生铁,熟铁是生铁脱碳而成。既然是生铁脱碳,而且也不是瞬间完成,制熟铁的过程不但漫长而且是可控的。那么,直接生铁脱碳不就成钢了?脱了碳,然后再用生铁往里渗碳?莫不是古人思路有问题?谈论古人思路有没有问题前,我们先看看熟铁在史估中是怎么来的。下文来自《天工开物》卷十四“五金•铁”
若造熟铁,则生铁流出时相连数尺内低下数寸筑一方塘,短墙抵之,其铁流入塘内。数人执持柳木棍排立墙上,先以污潮泥晒干,舂筛细罗如面,一人疾手撒滟,众人柳棍疾搅,即时炒成熟铁。其柳棍每炒一次,烧折二三寸,再用则又更之。炒过稍冷之时,或有就塘内斩划成方块者,或有提出挥椎打圆后货者。虽然对《天工开物》的内容记载目前有诸多争议阐明,但是如何理解这一段炒熟铁,学者们在以下不雅观点上达成了同等。
①工艺事理目前普遍认为这136个字记录的是生铁氧化脱碳的过程。操作要点是在液态半液态下,利用空气中的氧来氧化生铁中的硅、锰、碳。在全体过程中要快速地搅拌金属。
②工艺相对前辈从这段笔墨中可明确知道,炒炼室与生铁熔炼室是串联的,生铁出炉后 直接流入方塘进行炒炼,省去了生铁再加热工序,避免燃估中的硫在加热过程中进入金属。 我们再来看看《天工开物》中的“灌钢法”是什么样的。凡钢铁炼法,用熟铁打成薄片如指头阔,长寸半许,以铁片束包尖紧,生铁安置其[上](广南生铁名堕子 生钢者妙甚),又用破草履盖其上(粘带泥土者,故不速化),泥涂其底下。洪炉鼓鞴,火力到时,生钢先化,渗淋熟铁之中,两情迎合,取出加锤,再炼再锤,不一而足。俗名团钢,亦曰灌钢者是也
现在,我们根据《天工开物》的原文和冶金前辈们的判断可以得出这样一个结论。生铁的氧化脱碳还原不是瞬息完成的,他须要一直搅拌很永劫光。如果脱碳没有进行到底,铁水在某个含碳量较高水平上就稳定冷却下来,那这便是低碳钢乃至高碳钢成品了呀。根本就用不到后面灌钢法来出钢。
能吗?古人真能用土办法掌握韶光?我中原文明悠久残酷,文明的火种代代相传从未给断绝……我实在就想说只要文明活得够久,就能留下不少技能活化石。由于民国科技发展缓慢,一贯到抗战期间,工业化大生产的钢铁制品都没能把内地的古代技能小冶炼作坊挤兑去世。1938年,周志宏师长西席仔细剖析了重庆北碚金刚碑苏钢作坊质料、产品身分。结论如下
所谓苏钢便是古代灌钢法的末了一代嫡系血脉。在1938年这个韶光点,这个小作坊是没有得到什么大厂的技能支持的。什么工业温度计,电力之类之类统统没有用到这个小作坊头上。我们可以认为,这个小作坊的“苏钢法”和几百年前明代的生产条件是十分近似的。同样的生产条件,同样的技能,我们可以看到这个塑钢作坊用于炼钢的“熟铁料”本身便是含碳1%以内的钢,而经由这个作坊古法加工之后,质料钢中的硅锰硫磷杂质明显减少,并且成品钢与质料“熟铁”含碳量几无差异。石心圃师长西席也曾经获取过一些所谓“苏钢”的样本。剖析之后身分如下
可见这苏钢身分范围很宽,包括了当代意义的低碳钢到亚共析高碳钢、过共析高碳钢。可惜的是石师长西席未列出炼钢所用“熟铁”的身分,故难以明确指出每一号试样在冶炼过程中碳分的变革情形。设若其质料 “熟铁”含碳量与周师长西席剖析的相称,则只有“2号”样的“熟铁”可算是渗了碳的,而“1号”、 “3号”样的则未曾渗碳,而是脱碳。
由此可推断,古代的各种“炼钢法”实在不是字面意义上的“炼钢”,而是给练出来的钢消灭杂质。从当代技能不雅观点看,制钢过程的紧张目的:一是掌握好含碳量,二是去除金属的和非金属的夹杂。当代化制钢是在液态下进行,去除夹杂一样平常比较随意马虎,因而制钢的紧张任务是掌握含碳量。古时不论炒钢还是灌钢,都在半液态下进行冶炼,去除夹杂十分困难。夹杂去除如果不足充分,则成品只能用来制作一些机器性能哀求不高的器物,比如箭头,短匕,矛头之类;若工件机器性能哀求较高,比如一米长剑,则需将夹杂去除到最低限度。因此撤除夹杂便成了古代“制钢”的紧张任务。
从这个视角来看,沈括推崇的“百炼钢”明显就不如“灌钢”法精良。首先,“精益求精”的办法尤其费工费时,金属收得率低;其次,身分不易掌握,去渣能力不足强。灌钢去渣能力较强紧张与它本身的工艺特点有关,生铁所含硅、锰、碳较高,熔点较低,“熟铁”料含氧化夹杂较多;合炼之时,化学反应进行得十分激烈。“熟铁”中部分铁的氧化物会被硅、锰、碳还原而提高了金属收得率。此过程中还会产生出许多气泡,另部分氧化物会被带出并流走,结果得到一个夹杂较少的钢团。
在没有温度计,没有金相显微技能,乃至没有“含碳量”这个观点的古代,人们所说的“熟铁”实在是个范围很广很广的观点,从当代意义上的熟铁到可锻鉄,低碳钢,中碳钢,乃至高碳钢都有可能被包含到“熟铁”这个观点中来。由于在古人心里,“钢”是神圣的,只有杂质少,硬度高的一小部分钢材才会被古人冠以“钢”的称号用到刀刃上。其他的全都是“铁”。
参考资料
《中国早期钢铁冶炼技能上创造性的造诣》周志宏,《科学通报》1955年第2期
《中国古代冶金北京钢铁工业学院第一次科学研究及传授教化法谈论会搜集》石心圃 1956年
《我国炼钢史上的一个问题》陈佐良《大陆杂志》第四十九卷第六期,1974年
《中国古代炼钢技能初论》何堂坤《科技史文集》第十四辑,上海科学技能出版社,1955年
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