灌鋼

灌鋼又叫團鋼法，或生熟法，是中國早期煉鋼技術一項最突出的成就。17 世紀以前，世界各國一般都是採取熟鐵低溫冶煉的辦法，鋼鐵不能熔化，鐵和渣不易分離，碳不能迅速滲入。中國發明的灌鋼法，成功解決這一難題，為世界冶煉技術的發展做出劃時代貢獻。

基本介紹

• 中文名：灌鋼
• 外文名：Pouring steel
• 歷史沿革：中國古代關於灌鋼的記載始
• 工藝操作：宋代以前這方面的記載很少
• 第一種：生鐵陷入法
• 學科：冶金工程

簡介

灌鋼又叫團鋼法，或生熟法，是中國早期煉鋼技術一項最突出的成就。17 世紀以前，世界各國一般都是採取熟鐵低溫冶煉的辦法，鋼鐵不能熔化，鐵和渣不易分離，碳不能迅速滲入。中國發明的灌鋼法，成功解決這一難題，為世界冶煉技術的發展做出劃時代貢獻。

灌鋼工藝是我國古代刃鋼生產的主要方法。它以生鐵（一種含碳量較高[2.11%以上]的炒煉產品）和“熟鐵”（一種含碳量較低[0.02%以上]的炒煉產品）為原料，將它們加熱到生鐵熔點以上，合煉而成鋼。

其中生鐵是指由礦石冶煉得到的液態鑄鐵，含碳量和雜質很高，性脆易碎；熟鐵是指將生鐵經過“炒”或“蒸”等工藝而脫碳後的鐵，柔軟可鍛，雖然碳量降下來了，但氧化夾雜等並未減少，故需要經過反覆加熱鍛打，以去除夾雜物，同時滲碳而增強剛硬性，成為鋼。灌鋼工藝是將高碳含量的生鐵液澆灌到紅熱的低碳含量的熟鐵（現代鋼鐵技術中所謂的低碳鋼或純鐵）中，相互熔融混合，直接獲得剛硬的鋼（現代鋼鐵技術中所謂的高碳鋼）。

歷史沿革

中國古代關於灌鋼的記載始見於東漢晚期。《全後漢文》卷九十一王粲（177—217年）《刀銘》云：“相時陰陽，制茲利兵，和諸色劑，考諸濁清；灌襞已數，質象已呈。附反載穎，舒中錯形。”此文所述為製作寶刀的全過程。其中的“灌”即灌煉，“襞”原指衣服上的褶襉，在此應指鋼鐵材料的多層積疊、反覆摺疊。“灌襞已數”即是多次灌煉。可見東漢末年，人們便用灌鋼製作刀劍，其發明年代至遲在東漢晚期。何堂坤：《關於灌鋼的幾個問題》，《科技史文集》第15輯，上海科技出版社1989年版。

稍後，晉張協《七命》也談到過與王粲《刀銘》所云相似的工藝：“銷逾羊頭，鏷（鍱）越鍛成，乃煉乃鑠，萬辟千灌；豐隆奮椎，飛廉扇炭。”此“銷”，唐李善引許慎說為“生鐵也”。鍱，《廣雅》釋為鋌。李善注云：“辟謂疊之，灌謂鑄之”。《六臣注文選》卷三五張協《七命》注。所以，此“萬辟千灌”便是指多層積疊，多次灌煉，即是灌鋼工藝。

南北朝時，灌鋼在中國南北各地推廣開來，且用於農具製作中。《重修政和經史證類備用本草》卷四“玉石部”引梁陶弘景云：“鋼鐵是雜煉生鍒作刀鐮者”。北齊綦毋懷文亦製作過灌鋼刀。及宋，各種記載更多。張君房《雲笈七籤》卷七十八載：“灌剛之時，必須林栗等炭，余皆不堪用。”又云：“取自然成剛鐵上，次取擣剛五灌已上者佳。”《重修政和經史證類備用本草》卷四又引北宋蘇頌《圖經本草》云：“以生柔相雜和，用以作刀劍鋒刃者為鋼鐵。”灌鋼在中國一直沿用到明清，本世紀三十年代還在四川等地流行。

李時珍《本草綱目》卷八“鋼鐵”條：“鋼鐵有三種，有生鐵夾熟鐵煉成者，有精鐵百鍊出鋼者，有西南海山中生成狀如紫石英者。”前者即是灌鋼，次者百鍊鋼，後者系金剛石之誤。可見在古人心目中，灌鋼是中國古代鋼的主要品種之一。因其含碳量較高，通常主要用來製作刀、劍、鐮等兵器、生產工具的鋒刃部，對中國古代社會生產的發展起到了重要的作用。

工藝操作

宋代以前這方面的記載很少，宋以後至少有三種不同的工藝類型。

第一種，生鐵陷入法

沈括《夢溪筆談》卷三云：“世間鍛鐵所謂鋼鐵者，用柔鐵屈盤之，乃以生鐵陷其間，封泥煉之。鍛令相入，謂之團鋼，亦謂之灌鋼。”此“柔鐵”即古代“熟鐵”。此“封泥”的作用有三：⑴使鐵料各部分均勻受熱，讓生鐵緩慢熔化。⑵防止生鐵熔化後的流失，使之更好地與柔鐵作用。⑶防止和減少碳在爐氣中的燒損。

第二種，生鐵覆蓋法

宋應星《天工開物》卷一四云：“凡鋼鐵煉法，用熟鐵打成薄片，如指頭闊，長寸半許，以鐵片束包尖（夾）緊，生鐵安置其土（上）（原註：廣南生鐵名墮子生鋼者妙甚）。又用破草履蓋其上（原註：粘帶泥土者，故不速化），泥塗其底下。洪爐鼓鞴，火力到時，生鋼先化，滲淋熟鐵之中，兩情投合。取出加錘，再煉再錘，不一而足。俗名團鋼，亦曰灌鋼者是也。”此操作比生鐵陷入法又有了一些進步：⑴生鐵置於“熟鐵”上，熔化後向下滲淋，就增加了生、“熟”鐵接觸反應的機會，減少了生鐵流失的機率。⑵不需封泥，而是上蓋破草履，下塗泥，簡化了操作。⑶“熟鐵”為薄片狀，增加了反應面，提高了生產率。

第三種，生鐵澆淋法

約始創於明代中期，清時在安徽蕪湖，湖南湘潭等地都較興盛，因傳為江蘇工匠始創，又名之為“蘇鋼”。

明代唐順之《武編前編》卷五“鐵”條說：“熟鋼無出處，以生鐵合熟鐵煉成，或以熟鐵片夾廣鐵，鍋塗泥入火而團之，或以生鐵與‘熟鐵’並鑄，待其極熟，生鐵欲流，則以生鐵於‘熟鐵’上，擦而入之。”此“熟鋼”即灌鋼，這裡談到兩種操作，前者與沈括所云相類似，後者即是蘇鋼工藝。

陳春華《嘉慶蕪湖縣誌》卷一也有蘇鋼的記載：“居於廛治鋼業者數十家，每日須工作不啻數百人。初鍛‘熟鐵’於爐，徐以生鏷下之，名曰餧鐵，餧飽則鏷不入也。於時渣滓盡去，錘而條之，乃成鋼。”《光緒湘潭縣誌》卷十一、1935年出版的《中國實業志（湖南）》第七篇都說到湘潭蘇鋼是乾隆年間從蕪湖傳去的。可知蕪湖蘇鋼應在清代早中期便較發達。

與前二法相比，蘇鋼操作的優點是：⑴其“熟鐵”僅僅是初鍛過的，組織較為疏鬆，便增大了生、“熟”鐵接觸反應面，所含氧化夾雜亦較多，可提高碳氧反應的強度，增強去渣能力。並且，部分氧化亞鐵可被還原，就提高了金屬收得率。⑵生鐵不是直接覆蓋於“熟鐵”之上，亦非夾於“熟鐵”間，從“以生鐵於‘熟鐵’上，擦而入之”、“徐以生鏷下之”兩句來看，生鐵、“熟”鐵是保持一定距離的，便可有控制地進行灌淋。據周志宏先生1938年調查，周志宏：《中國早期鋼鐵冶煉技術上創造性的成就》，《科學通報》1956年2月。重慶北碚蘇鋼亦採用類似的操作。無需封泥、塗泥，以及覆蓋破草履，亦簡化了工序。

此三種操作反映了灌鋼技術不斷發展和人們認識逐漸深化的過程。

工藝原理

因灌鋼以生鐵和“熟鐵”為原料，有學者認為它是一種利用生鐵向熟鐵滲碳的工藝，這是一種誤解。灌鋼冶煉的主要目的並不是調劑含碳量，而是排除夾雜。實際上百鍊法和灌煉法都是在炒鋼的基礎上，為了進一步去除夾雜而發明出來的。依據是：

1.前面談到，古代“熟鐵”的含碳量是與可鍛鐵相當的。因灌鋼以“熟鐵”為原料，灌煉之後，其含碳量便有可能增加，也有可能減少，或者變化不大的。

2.含碳量與原料“熟鐵”含碳量是一樣的。它們之間的主要區別是：成品鋼中的矽、錳、磷、硫含量稍較原料“熟鐵”為低。這顯然是排除了夾雜之故。在其他地方的冶煉實例中，其蘇鋼產品含碳量也可能存在高於或低於原料“熟鐵”含碳量的現象，但這不是灌煉的主要目的。

總結

灌鋼是中國古代冶金技術的一項傑出創造，它利用生鐵含碳量較高、“熟鐵”含氧化夾雜較多的特點，用“熟鐵”中的氧來氧化生鐵中的矽、錳、碳，造成激烈的“沸騰”，而達到去除夾雜的目的。雖操作簡單，效果卻十分明顯，這是人類古代制鋼工藝中所獲得的最高成就。