(3)旋绕锻合法。魏源《海国图志》引黄冕《飞炸弹炮说》云:“用铁条烧熔百炼,逐渐旋绕成团,每五斤方能炼成一斤。”据调查,二十世纪三十年代以前,北京宝刀工艺中也有一种类似的操作,但其旋绕锻合的次数视情况而定。
百炼钢因制作艰难,金属收得率低,所以主要用作宝刀宝剑一类名贵器物,普通刃器和生产工具应用甚少——
四、灌钢及其工艺原理
灌钢工艺是我国古代刃钢生产的主要方法。它以生铁和“熟铁”(一种含碳量较高的炒炼产品)为原料,将它们加热到生铁熔点以上,合炼而成钢。
(一)灌钢工艺的发明和发展
我国古代关于灌钢的记载始见于东汉晚期。《全后汉文》卷九十一王粲(177—217年)《刀铭》云:“相时阴阳,制兹利兵,和诸色剂,考诸浊清;灌襞已数,质象已呈。附反载颖,舒中错形。”此文所述为制作宝刀的全过程。其中的“灌”即灌炼,“襞”原指衣服上的褶裥,在此应指钢铁材料的多层积叠、反复折叠。“灌襞已数”即是多次灌炼。可见东汉末年,人们便用灌钢制作刀剑,其发明年代至迟在东汉晚期。何堂坤:《关于灌钢的几个问题》,《科技史文集》第15辑,上海科技出版社1989年版。
稍后,晋张协《七命》也谈到过与王粲《刀铭》所云相似的工艺:“销踰羊头,镤(鍱)越锻成,乃炼乃铄,万辟千灌;丰隆奋椎,飞廉扇炭。”此“销”,唐李善引许慎说为“生铁也”。鍱,《广雅》释为铤。李善注云:“辟谓叠之,灌谓铸之”。《六臣注文选》卷三五张协《七命》注。所以,此“万辟千灌”便是指多层积叠,多次灌炼,即是灌钢工艺。
南北朝时,灌钢在我国南北各地推广开来,且用于农具制作中。《重修政和经史证类备用本草》卷四“玉石部”引梁陶弘景云:“钢铁是杂炼生鍒作刀镰者”。北齐綦毋怀文亦制作过灌钢刀。及宋,各种记载更多。张君房《云笈七签》卷七十八载:“灌刚之时,必须林栗等炭,余皆不堪用。”又云:“取自然成刚铁上,次取擣刚五灌已上者佳。”《重修政和经史证类备用本草》卷四又引北宋苏颂《图经本草》云:“以生柔相杂和,用以作刀剑锋刃者为钢铁。”灌钢在我国一直沿用到明清,本世纪三十年代还在四川等地流行。
李时珍《本草纲目》卷八“钢铁”条:“钢铁有三种,有生铁夹熟铁炼成者,有精铁百炼出钢者,有西南海山中生成状如紫石英者。”前者即是灌钢,次者百炼钢,后者系金刚石之误。可见在古人心目中,灌钢是我国古代钢的主要品种之一。因其含碳量较高,通常主要用来制作刀、剑、镰等兵器、生产工具的锋刃部,对我国古代社会生产的发展起到了重要的作用。
(二)灌钢的工艺操作
宋代以前这方面的记载很少,宋以后至少有三种不同的工艺类型。
第一种,生铁陷入法。沈括《梦溪笔谈》卷三云:“世间锻铁所谓钢铁者,用柔铁屈盘之,乃以生铁陷其间,封泥炼之。锻令相入,谓之团钢,亦谓之灌钢。”此“柔铁”即古代“熟铁”。此“封泥”的作用有三:(1)使铁料各部分均匀受热,让生铁缓慢熔化。(2)防止生铁熔化后的流失,使之更好地与柔铁作用。(3)防止和减少碳在炉气中的烧损。
第二种,生铁覆盖法。宋应星《天工开物》卷一四云:“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(夹)紧,生铁安置其土(上)(原注:广南生铁名堕子生钢者妙甚)。又用破草履盖其上(原注: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,两情投合。取出加锤,再炼再锤,不一而足。俗名团钢,亦曰灌钢者是也。”此操作比生铁陷入法又有了一些进步:(1)生铁置于“熟铁”上,熔化后向下渗淋,就增加了生、“熟”铁接触反应的机会,减少了生铁流失的机率。(2)不需封泥,而是上盖破草履,下涂泥,简化了操作。(3)“熟铁”为薄片状,增加了反应面,提高了生产率。
第三种,生铁浇淋法。约始创于明代中期,清时在安徽芜湖,湖南湘潭等地都较兴盛,因传为江苏工匠始创,又名之为“苏钢”。
明代唐顺之《武编前编》卷五“铁”条说:“熟钢无出处,以生铁合熟铁炼成,或以熟铁片夹广铁,锅涂泥入火而团之,或以生铁与‘熟铁’并铸,待其极熟,生铁欲流,则以生铁于‘熟铁’上,擦而入之。”此“熟钢”即灌钢,这里谈到两种操作,前者与沈括所云相类似,后者即是苏钢工艺。
陈春华《嘉庆芜湖县志》卷一也有苏钢的记载:“居于廛治钢业者数十家,每日须工作不啻数百人。初锻‘熟铁’于炉,徐以生镤下之,名曰餧铁,餧饱则镤不入也。于时渣滓尽去,锤而条之,乃成钢。”《光绪湘潭县志》卷十一、1935年出版的《中国实业志(湖南)》第七篇都说到湘潭苏钢是乾隆年间从芜湖传去的。可知芜湖苏钢应在清代早中期便较发达。
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