炼钢炼铁(炒钢与百炼钢：东汉时期的炼钢技术有多牛，居然领先西方1800年)

Posted 2023-06-01

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炼钢炼铁(炒钢与百炼钢：东汉时期的炼钢技术有多牛，居然领先西方1800年)

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一、炒钢技术

东汉时代，我国炼钢技术也有不少重要的发明，取得很大的成就。其中以铸铁脱碳制钢工艺和炒钢技术尤为突出。

以含碳量高的生铁为原料，采用脱碳的办法炼制成钢铁，这是我国古代炼钢的一种重要方法。东汉时代我国固体脱碳制钢技术已经广泛应用，而且在冶铸工艺上已经实行一定程度的规格化。如在河南渑池发现的汉、魏窖藏大批铁器中，就有许多铸铁脱碳钢的钢件，包括斧、镰等工具和兵器，从外形看是铸件，从化学成分和金相组织看基本是钢，而且夹杂物极少。

根据考古发掘数据显示：汉魏时的器物虽然产自不同作坊，但其化学成分和金相组织却大体相近，尤其是碳的含量基本统一，表明东汉时期固体脱碳技术已达到一定规格化的程度。

在郑州市博物馆中，收藏有六件东汉铁剪。经研究，证明它们是用铸件脱碳淬火而成，金相检验的结果表明：剪刀整个断面都是含碳量为1%的碳钢，组织均匀，渗碳体成良好的球状，和现代工业中所使用的碳素滚珠钢相似，而质地非常纯净。其硬度和弹性都达到很高的标准，突出地反映了东汉时代铸铁脱碳制钢工艺的成就。

西汉末期创造的“炒钢”技术，在东汉也有进一步提高，并推广应用。“炒钢”是把生铁加热后加以炒炼，使之脱碳成钢。“炒钢时，首先把生铁在空气中加热，使其处于半融熔状态。加热到1200度时，含碳总量3%的生铁，由约60%的含碳量1.7%的奥氏体和40%的含碳量3.7%左右的液体组成，通过不断地搅拌，增加氧气和铁的接触面，使液体中的碳氧化；随着温度升高，奥氏体中含碳量逐渐下降；铁中硅锰氧化后与氧化铁生成硅酸盐夹杂，如果在半固体下继续搅拌，借助空气中的氧把所含的碳再氧化掉，就可以成为低碳熟铁。

也可以在它不完全脱碳时.控制所需要的含碳量，终止炒炼过程，就可以成为中碳钢或高碳钢。

这种钢由于含碳较高，氧化程度较低，与低碳熟铁相比所夹杂物应较小较少，经反复锻打，即成优质钢材”(《中国古代冶铁技术发展史》)。这种技术比起块炼法(即块炼铁渗碳制钢)是当时炼钢技术的进步。

铁工具已多用钢刀，《考工纪·车人》郑玄注“首六寸，谓今刚关头斧”。贾公彦疏：“汉时斧近刃，皆以钢铁为之。”由于炒钢技术的推广，钢和熟铁产量大增，东汉时已出现熟铁的专用词-“镖”。《说文解字》：“镖，铁之页也。”目前已发现汉代几座炒钢炉和为数不少的以炒钢锻制的器物，如河南南阳东郊出土的一件铁刀，宽11.2厘米，长约17厘米，刀背厚约0.5厘米，形制较特殊，刀身有一道平行于刃部的锻接痕迹，其刃部就是用高质量的炒钢锻接而成。

炒钢技术的出现，标志着炼钢技术新阶段，它可以使社会上得到大量的廉价的熟铁和钢，对于生产工具的改进，起着重要作用，欧洲用炒钢方法把生铁炒炼成熟铁，是18世纪中叶始于英国。而我国在东汉时代就已达到相当高的水平，比欧洲要早一千八百年之久。

二、百炼钢技术

由于炒钢技术的提高，东汉时代出现了“百炼钢”。所谓“百炼钢”者，即将炒钢反复锻打，每加热锻打一次称为一“炼”，以炼制成含碳量高，含杂质少而组织均匀的优质钢。在魏、晋的诗文中，就把精良的钢称为“百炼精钢”或“百炼钢”，如陈琳的赋中就有这方面记载，百炼不仅省时省力而且可提高生产效率。

这是炼钢技术史上的重要革新，直到现代，生铁仍为炼钢的主要原料。但这种炼钢技术的困难很大，主要是难于控制含碳量，在古代缺乏化学分析的条件下，只能靠熟练的技巧和丰富的经验。东汉炒钢技术已积累了相当丰富的经验，而且应用得十分普遍，一般的过程是，先寻求矿石，冶炼成生铁水，然后炒炼成钢，再反复锻打，制成较为名贵的器物(主要用于武器)。

在《太平经》中有这样的记载：

“今军师兵，不祥之器也，君子本不当有也，………不贵用之也。但备不然，有急乃后使工师击治石，求其中铁，烧冶之使成水，乃后使良工万锻之，乃成莫耶”(《太平经》卷72《不用大言无效诀》第一百一十)。

“莫耶”是古代有名的钢剑。可见，东汉时炒钢技术的应用，特别是制造武器方面，已经十分普遍。东汉的王充在所著的《论衡·率性篇》中也说：

“世称利剑有千金之价。棠溪、鱼肠之属，龙泉、太阿之辈，其本铤，山中之恒铁也，冶工锻炼，成为铦利。岂利剑之锻与炼乃异质哉?工良师巧，炼一数至也。

这里说明炼成利剑的钢，关键在于“工良师巧”。由于“精钢”(《北堂书钞》卷121引)，晋刘琨《重赋卢谌诗》中有“何意百炼钢，化为绕指柔”(《昭明文选》卷25)。可见，“百炼钢”在东汉时代就已为人尽知。

在东汉时代“百炼钢”已经有一定工艺标准，因而有“三十炼”、“五十炼”、“百炼”的区别。在炼制刀剑时，用生铁炒成的钢为原料，可以用同一种钢料反复折叠锻打，也可用数层成分略有不同的原料叠打，然后加热折叠再锻，反复多次(见《中国古代的百炼钢》载《自然科学史研究》1984年第4期)。所谓“卅炼”即加热锻打折叠三十次；“五十炼”即加热、锻打、折叠五十次。“百炼”当然就是百次了。

1974年在山东苍山县汉墓中出土的一把环首钢刀，刀身即有隶书铭文：

“永初六年(公元112年)五月丙午造卅(炼)大刀，吉羊(祥)宜子孙”(《山东苍山发现东汉永初纪年铁刀》)，说明这把刀也是以“卅炼”工艺制成的。

用“五十炼”工艺制成的钢制品也有发现：

1978年江苏徐州铜山县驼龙山汉墓出土的一把钢剑，剑把正面就有铭文“建初二年(77年)蜀郡西工官王情造五十凍(炼)△△△孙剑△。”内侧上阴刻铭文“直千五百”(《徐州发现东汉建初二年五十炼钢剑》)。

铭文不仅告诉我们此剑为“五十炼”工艺制品，而且标明价钱“千五百”，是极可贵的资料。以“百炼”工艺制成的钢制品，在日本保存一件，即1961年日本奈良县古墓中出土的钢刀，上有错金铭文：

“中平△(年)五月丙午，造作(支刀)，百炼清(刚)，上应星宿，(下)辟(不祥)。”(《奈良县栎本东大寺古坟出土汉中平纪年铁刀》)

“中平”是汉灵帝年号，时间为公元184--189年，说明这是中国东汉时期制造的一把“百炼”钢刀，但不知何故流传到了日本。

东汉时代的“百炼钢”代表了当时炼钢工艺的最高水平。如东汉末建安年间，曹操令人造五把宝刀，三年才造成。这五把刀称“百辟刀”，是百炼利器，曹植还专门为此作赋，盛赞其锋利和炼制之不易”，可见其刀之贵重。

东汉末建安二十四年(219年)曹丕也曾令“国工”选“良金”，炼成三把宝剑、两把匕首和一把陌露刀，它们也是“至于百辟”才炼成的。他在《典论·剑铭》中说炼钢的时候“五色充(或作“跃”)炉，巨囊自鼓，灵物仿佛，飞鸟翔舞”。炼成的宝剑，有“光似流星”而名为“飞景”的，有“色似彩虹”而名为“流采”的，还有名为“华锋”的。

宝刀中有的“文似灵龟”，有的“采似丹霞”，有的“似霜”；匕首有的“理似坚冰”，有的“曜似朝日”，露刀则“状如龙纹”(《典论·剑铭》)。这些花纹和色泽究竟是什么样，虽然今天无法得知，但也可推测其精美、锋利绝非一般刀剑可比。

（正文完）

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