綦毋懷文卓越的刀劍制造技術(shù)

綦毋懷文發(fā)展灌鋼法

大約在東漢末，我國(guó)就可能出現(xiàn)了煉鋼工藝“灌鋼”法的初始形式。南北朝時(shí)，綦毋懷文對(duì)這一煉鋼工藝進(jìn)行了重大改進(jìn)和完善。南朝齊、梁時(shí)的陶弘景首先記載了灌鋼法，北朝魏、齊間的綦毋懷文曾用這種方法制成十分鋒利的 “宿鐵刀”。

綦毋懷文，姓綦毋（qíwú），名懷文，是我國(guó)南北朝時(shí)期著名冶金家。他生活在公元六世紀(jì)北朝的東魏、北齊間，具體生卒年代歷史上缺乏記載，只知道他好“道術(shù)”，曾作過(guò)北齊的信州（今四川省奉節(jié)縣一帶）刺史。

在此之前，有用生鐵直接炒煉成鋼，但工藝比較復(fù)雜，技術(shù)較難掌握，因此一般情況下要得到鋼，仍然采用 “百煉法”。但是百煉鋼的工藝費(fèi)時(shí)費(fèi)力，產(chǎn)量不容易提高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展的需要。綦毋懷文總結(jié)歷代煉鋼工匠的豐富經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)造了這種新的煉鋼工藝。

據(jù)史書(shū)記載，綦毋懷文的煉鋼方法是：“燒生鐵精，以重柔鋌，數(shù)宿則成鋼。”就是說(shuō)，選用品位比較高的鐵礦石，冶煉出優(yōu)質(zhì)生鐵，然后，把液態(tài)生鐵澆注在熟鐵上，經(jīng)過(guò)幾度熔煉，使鐵滲碳而成為鋼。由于是將生鐵和熟鐵 “宿”在一起，所以煉出的鋼被稱為“宿鐵”。

同百煉法或炒煉法比較，這種煉鋼工藝有很多優(yōu)點(diǎn)。首先，生鐵作為一種滲碳劑，熔化后溫度很高，可以大大加速向熟鐵中滲碳的速度，縮短冶煉時(shí)間，提高生產(chǎn)率。其次，不僅熟鐵因碳的滲入而成為鋼，而且生鐵由于脫碳也可以變成鋼，這樣就可以增加鋼的產(chǎn)量。第三，在高溫下，液態(tài)生鐵中的碳分及硅、錳等與熟鐵中的氧化物夾雜發(fā)生劇烈氧化反應(yīng)，這樣可以去除雜質(zhì)，純化金屬組織，提高金屬質(zhì)量。第四，灌鋼法操作簡(jiǎn)便，容易掌握。要想得到不同含碳量的鋼，只要把生鐵和熟鐵按一定比例配合好，加以熔煉，就可以了。

灌鋼法是我國(guó)古代煉鋼技術(shù)上一個(gè)了不起的成就。在17世紀(jì)以前，世界各國(guó)一般都是采用熟鐵低溫冶煉的辦法，鋼鐵不能熔化，鐵和渣不易分離，碳分不能迅速滲入。我國(guó)發(fā)明的灌鋼法，成功解決了這一難題，為世界冶金技術(shù)的發(fā)展作出了劃時(shí)代貢獻(xiàn)。

在17世紀(jì)以前，我國(guó)的煉鋼技術(shù)一直居于世界領(lǐng)先地位，受到各國(guó)的普遍贊揚(yáng)。以至于公元1世紀(jì)時(shí)，羅馬博物學(xué)家在其名著《自然史》中說(shuō)：“雖然鐵的種類很多，但沒(méi)有一種能和中國(guó)的鋼相媲美。”

一位出色的制刀專家

綦毋懷文不但是著名的冶金家，而且也是一位出色的制刀專家。他對(duì)前人造刀經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行研究、比較，經(jīng)過(guò)不斷實(shí)踐，創(chuàng)造了一套新的制刀工藝和熱處理技術(shù)。

綦毋懷文造刀的方法是：先把生鐵和熟鐵以灌鋼法燒煉成鋼，做成刃口，然后“以柔鐵為刀脊，浴以五牲之溺，淬以五牲之脂”，這樣做出來(lái)的刀稱為 “宿鐵刀”，極其鋒利，能夠一下子斬?cái)噼F甲三十札。對(duì)于含碳量比較高的鋼，當(dāng)工件在比較高的溫度（一般在400℃～650℃）的時(shí)候，具有比較大的冷卻速度，而在低溫（200℃～300℃）的時(shí)候，具有比較慢的冷卻速度。這就需要采用雙液淬火法。綦毋懷文先用動(dòng)物尿、后用動(dòng)物油進(jìn)行雙液淬火，因此能夠造出質(zhì)量很高的“宿鐵刀”。

我國(guó)早在戰(zhàn)國(guó)時(shí)代就使用了淬火技術(shù)，但是長(zhǎng)期以來(lái)，人們一般都是用水作為淬火介質(zhì)。雖然三國(guó)時(shí)的制刀能手蒲元等人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到：用不同的水作淬火介質(zhì)，可以得到不同性能的刀，但仍沒(méi)有突破水的范圍。而綦毋懷文則實(shí)現(xiàn)了這一突破，他在制作“宿鐵刀”時(shí)，使用了動(dòng)物尿和動(dòng)物油脂作為淬火劑。動(dòng)物尿中含有鹽分，冷卻速度比水快，用它作淬火劑，淬火后的鋼比用水淬火的鋼堅(jiān)硬；動(dòng)物油脂的冷卻速度則比水慢，淬火后的鋼比用水淬火的鋼有韌性。這是對(duì)鋼鐵淬火工藝的重大改進(jìn)，一方面擴(kuò)大了淬火介質(zhì)的范圍，另一方面可以獲得不同的冷卻速度，以得到不同性能的鋼。綦毋懷文還可能使用了雙液淬火法，即先在冷卻速度大的動(dòng)物尿 中淬火，然后再在冷卻速度小的動(dòng)物油脂中淬火。因?yàn)橹挥靡环N淬火介質(zhì)畢竟難以兩全其美，如果使用的淬火介質(zhì)冷卻速度比較快，就容易造成工件開(kāi)裂、變形等缺陷；如果淬火介質(zhì)冷卻速度緩慢，就會(huì)使工件韌性有余，硬度不足，難以滿足使用要求。這樣就需要使用雙液淬火法，即在工件的溫度比較高的時(shí)候，選用冷卻速度比較快的淬火介質(zhì)，以保證工件的硬度；在溫度比較低的時(shí)候，則選用冷卻速度比較慢的淬火介質(zhì)，以防止工件開(kāi)裂和變形，使其有一定的韌性。雙液淬火法是一種比較復(fù)雜的淬火工藝，掌握起來(lái)并非易事，它需要操作者有很高的技術(shù)水平和豐富的經(jīng)驗(yàn)。既要掌握好開(kāi)始淬火的溫度，又要掌握好從第一種介質(zhì)取出的時(shí)機(jī)（實(shí)際上也是工件溫度）。這在當(dāng)時(shí)沒(méi)有測(cè)溫、控溫設(shè)備的條件下，要完全依賴操作者的感覺(jué)和操作技巧。綦毋懷文能在這種困難條件下掌握如此復(fù)雜的淬火工藝，實(shí)在是一項(xiàng)了不起的成就。

在綦毋懷文之前，我國(guó)古代的鋼刀大都用百煉鋼制成，這樣制做的刀、劍雖然性能優(yōu)異、鋒利無(wú)比，但也存在不少缺陷，而且，整把刀全部用百煉鋼制成，價(jià)格昂貴。如一把東漢時(shí)期的名鋼劍的價(jià)錢可以購(gòu)買當(dāng)時(shí)供7個(gè)人吃２年 9個(gè)月的糧食。而且百煉鋼制作刀劍費(fèi)時(shí)費(fèi)力，如三國(guó)時(shí)，曹操命有司制作寶 刀5把，用了３年時(shí)間。為此，綦毋懷文對(duì)制刀工藝進(jìn)行了重大革新，他用灌鋼法煉制的鋼做成刀的刃部，而用含碳量低的熟鐵作刀背，這樣制成的刀具刃口鋒利而不易折斷，剛?cè)峒鎮(zhèn)洹⒔?jīng)久耐用。這表明綦毋懷文對(duì)鋼鐵的性能有比較深刻的認(rèn)識(shí)，而且能根據(jù)不同的用途合理選擇材質(zhì)，發(fā)揮各種材質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)和長(zhǎng)處，節(jié)省某些貴重材料，降低成本和費(fèi)用。因?yàn)橐话训兜谋巢俊⑷锌趯?shí)際起著不同的作用，因而要求具有不同的性能。一般來(lái)說(shuō)，刃口主要起刺殺作用，因而要求有比較高的硬度，這樣才能保證刀的鋒利，所以應(yīng)該選擇含碳量較高、硬度較大的鋼來(lái)制造。而刀背主要起支撐作用，要求有比較好的韌性，使刀在受到比較大的沖擊時(shí)不致折斷，這樣就要選擇含碳量較低、韌性較大的熟鐵。綦毋懷文正是有了上述類似認(rèn)識(shí)，在制作刀具時(shí)才能夠?qū)⑹扈F和鋼巧妙結(jié)合起來(lái)，將二者恰到好處地用在合適的地方，既滿足了鋼刀不同部分的不同要求，又節(jié)省大量昂貴鋼材，利于鋼刀的推廣和普及。這種制刀工藝，直至今天還在沿用。

綦毋懷文無(wú)論在鋼鐵冶煉方面，還是在制刀和熱處理工藝上，都做出了突出的貢獻(xiàn)，成為我國(guó)古代最優(yōu)秀的冶金家之一。正是由于綦毋懷文和千百萬(wàn)工匠的辛勤勞動(dòng)，使我國(guó)古代冶金技術(shù)自立于世界之林。

灌鋼法的進(jìn)一步革新

灌鋼法的出現(xiàn)，使鋼的產(chǎn)量和質(zhì)量大大提高，為隋唐以后產(chǎn)量的大幅度增長(zhǎng)提供了重要條件。后來(lái)，灌鋼法又不斷發(fā)展。宋代把生鐵片嵌在盤(pán)繞的熟鐵條中間，用泥巴把煉鋼爐密封起來(lái)進(jìn)行燒煉，效果更好。明代又有了改進(jìn)，把生鐵片蓋在捆緊的若干熟鐵薄片上，使生鐵液可以更均勻地滲入熟鐵之中，不用泥封而用涂泥的草鞋遮蓋爐口，使生鐵可從空氣中得到氧氣而更易熔化，從而提高冶煉效率。

明中期以后，灌鋼法更進(jìn)一步發(fā)展為蘇鋼法。蘇鋼法以熟鐵為料鐵，置于爐中，而將生鐵板放在爐口，當(dāng)爐溫升高到 1300℃左右，生鐵板開(kāi)始熔化時(shí)，即用火鉗夾住生鐵板左右移動(dòng)，并不斷翻動(dòng)料鐵，使料鐵均勻地淋到生鐵液中。這樣，既可產(chǎn)生很好的滲碳作用，又可產(chǎn)生劇烈的氧化作用，使鐵和渣分離，生產(chǎn)出含渣少而成分均勻的鋼材。直到近現(xiàn)代，在安徽蕪湖、湖南湘潭、重慶、四川威遠(yuǎn)等地人們還在使用這種方法，可見(jiàn)其影響深遠(yuǎn)。◆

（編輯／王輝）