熟铁的冶炼技术是从什么时候开始的？

长期以来，我们的钢铁冶炼技术一度领先于世界。中国冶炼块铁的起始时间是公元前6世纪。在春秋时期古代冶炼技术演变之前，我国的冶炼技术处于比较原始的阶段，当时使用的冶炼方法称为“团块冶炼法”。当时炼铁用的燃料是木炭，热量少，炉体小，鼓风设备差，所以炉温比较低，达不到铁的熔化温度。因此，生产出来的铁是海绵状的固体块状物，被称为“块状炼铁”。块状炼铁耗时长，质地软，杂质多，锻造后可作为熟铁使用。钢铁冶炼技术进一步发展到“块状渗碳钢”。出土文物表明，中国最迟在战国末期就已经掌握了这种初步的炼钢技术。在炼铁和熟铁的锻块过程中，人们需要反复加热。铁吸收木炭中的碳，增加碳含量，减少夹杂物变成钢。这种钢结构致密，碳含量均匀，适合制作兵器和刀具。“百炼钢”技术的进一步发展。制作器皿时，人们有意识地增加折锻次数。一块钢往往需要烧、打，反复多次，甚至上百次，故称百炼钢。钢的含碳量更多，组织更细，成分更均匀，因此钢的质量提高，主要用于制作宝刀、宝刀。

冶炼铸铁的技术比欧洲早。铸铁在中国的发明出现在公元前5世纪，而在欧洲则晚至公元15世纪。因为铸铁的性能远高于块铁，所以真正的铁器时代是在铸铁诞生之后才开始的。社会发展的历史表明，铸铁的出现是社会生产力提高和社会进步的主要标志。中国从块铁到发明铸铁只用了一个世纪左右，而西方用了近3000年。中国古代炼铁技术发展如此迅速，在世界上独树一帜。英国著名科学史家伯纳德说，这是世界炼铁史上唯一的例外。

另一项杰出的生铁加工技术是炸钢，这是中国古代将生铁变成钢或熟铁的主要方法，发明于西汉后期。其方法是将生铁加热成液态或半液态并不断搅拌，使生铁中的碳和杂质不断被氧化，从而得到钢或熟铁。河南珙县铁生沟和南阳瓦房庄冶铁遗址为汉代应用炸钢技术提供了实物证据。东汉写的《太平经》也说:“急则令匠击石，求其内之铁，烧之以制水。如果你让好工人伪造它，它会成为莫也。”“莫也”是古代宝剑的名字。这段话虽略，但不难看出，它描述的是从矿石冶炼中获取生铁，然后将生铁水煎锻成成品的工艺过程。钢炒工艺操作简单，原料易得，可连续大规模高效生产。获得的钢材或熟铁质量高，对我国古代钢铁生产和社会发展具有重要意义。直到十八世纪中叶，欧洲的英国人才发明了类似的技术。

中国古代炼钢技术主要是“百钢”。自从西晋的刘琨写下了那首家喻户晓的诗“为什么要炼成钢，又把它变成软指头？”、“百炼成钢”、“百炼成钢”成了常见的成语。百炼钢始于西汉初年大量冶炼渗碳钢，后不断增加锻造次数，形成一套加工技术。到了东汉三国，炼钢工艺已经相当成熟。引用《太平经》中的“莫邪”就是一个生动的写照。曹操曾命工程师制造“百种利器”，曹丕《典论·明建》说:“择好金(指铁)，命他国努力，炼之。至于百剑”。刘备曾下令“濮院制刀五千，皆串联，刃口刻七十二断头台”。《古今服饰笔记》也说:“吴大帝有三剑，一是百审，二是青牛犊，三是缺景。”这一技术在后世得到了不断的继承和发展。但炸钢炼钢技术仍存在一些缺陷，如炸钢工艺复杂，难以掌握；炼钢需要时间和劳动。

此外，1981年，中国学者关宏业等人对汉魏时期出土的513件铁器进行研究，表明中国在两千多年前的汉代就已经发明了球墨铸铁，远早于欧洲发达国家。目前，中国学者的研究结论已经得到国际学术界的认可。

创立于魏晋南北朝时期的浇钢技术，是中国冶金史上的独创发明。陶弘景曰:“钢铁杂炼而成镰”，北齐母亲怀闻曰:“铸铁刀，以软领烧生铁精之法，数夜而坚”，即浇注技术。浇钢的过程大致是这样的:将熔化的生铁与熟铁混合，生铁中的碳会扩散到熟铁中并趋于均匀分布，可以去除部分杂质，形成优质钢。

东汉末年，新的炼钢工艺“浇钢”可能以最初的形式出现。南北朝时，齐武怀文对这种炼钢工艺进行了很大的改进和提高。齐梁南朝的陶弘景最早记载了浇钢的方法。北魏齐时，万怀文就用这种方法制作了非常锋利的“铁刀”。吴晴怀文，本姓吴晴，名怀文，是我国南北朝时期著名的冶金学家。他生活在公元6世纪东魏至北齐之间，具体的生卒年月在史书中没有记载。只知道他擅长道教，曾是北齐新州(今四川奉节县)刺史。据史书记载，齐武怀文的炼钢方法是:“烧生铁精，用重软领，数夜而成钢”，也就是说，选择高品位铁矿石冶炼优质生铁，再将液态生铁倒在熟铁上，经过数次冶炼，将铁渗碳成钢。因为生铁和熟铁是“夹”在一起的，所以炼出来的钢叫“夹铁”。浇钢法是中国古代炼钢技术的一大成就。与百炼法或煎炸法相比，具有1)的优点作为1渗碳剂，生铁由于熔化后温度高，加快了渗碳成熟铁的速度，缩短了冶炼时间，提高了生产率。(2)熟铁因碳的渗入而变成钢，生铁也可因脱碳而变成钢，增加了钢的产量。(3)在高温下，液态生铁中的碳、硅、锰与熟铁中的氧化物夹杂反应，去除杂质，净化金属组织，提高金属质量。(4)浇钢法易于操作和掌握。为了获得不同碳含量的钢，只需将生铁和熟铁按一定比例混合后熔炼即可。3推动中国古代刀剑技术的发展，吴怀文是一位优秀的制刀专家，他研究和比较了以往人造刀的经验，通过不断的实践，创造了一套新的制刀技术和热处理技术。

刀的制作方法是:先用生铁和熟铁浇钢烧成钢做刃口，再“以软铁为刀脊，五兽溺淬成脂”。用这种方法制作的刀被称为“苏铁刀”，锋利无比，一次可以削去30片甲胄。对于含碳量较高的钢，理想的淬火介质应该是:当工件在650 ~ 400℃的较高温度下具有较高的冷却速度时，在300 ~ 200℃的较低温度下具有较慢的冷却速度。这就需要使用双液淬火法。齐武怀文先用动物尿，再用动物油进行双液淬火，可以做出高质量的“铁刀”。中国早在战国时期就使用了淬火技术，但在很长一段时间里，人们普遍使用水作为淬火的冷却介质。虽然三国时期制刀专家濮院等人已经认识到用不同的水作为淬火冷却介质可以得到不同性能的刀，但仍然没有突破水的范围。然而齐武怀文实现了这一突破。他在制造“铁刀”时，采用了双液淬火法，即先在冷却速度高的动物尿液中淬火，再在冷却速度低的动物脂肪中淬火，这样可以获得性能更好的钢材，同时也避免了只能使用1种淬火(即单液淬火)的局限性。双液淬火法，即在工件温度较高时，选择冷却速度较快的淬火介质，以保证工件的硬度；当温度较低时，选择冷却速度相对较低的淬火介质，防止工件开裂变形，并使其具有一定的韧性。双液淬火法是1种复杂的淬火技术，在当时没有温度测控设备的情况下完全依靠操作和经验，是一个惊人的成就。在文以前，中国古代的钢刀多由百种钢制成。用这种方法制造的剑虽然性能优异锋利，但还是有很多缺陷。整把刀是百钢打造，价格不菲。比如一把东汉名剑的价格，可以买七个人两年九个月的粮食。

而且炼钢造剑也是费时费力的。三国时期，曹操命一家公司制作五把宝刀，耗时三年。为此，齐武怀文对制刀工艺进行了重大更新。这说明齐武怀文对钢材的性能有着深刻的认识，能够根据不同的用途合理选择材料，充分发挥各种材料的优势，节约一些有价值的材料，降低成本和费用。1刀的背面和刃口实际上起着不同的作用，所以要求它们有不同的性能。

一般来说，刃口主要起刺的作用，所以要求硬度高，这样才能保证刀的锋利度，所以要选择含碳量高、硬度大的钢材进行制造。刀背主要起1种支撑作用，要求韧性好，这样刀在受到比较大的冲击时才不会断裂，所以要选择含碳量低，韧性高的熟铁。正是有了上述类似的认识，吴怀文在制刀时就能巧妙地将铁艺和钢材结合起来，用在恰当的地方，既满足了钢刀不同部位的不同要求，又节省了大量昂贵的钢材，有利于钢刀的推广和普及。这种制刀工艺一直沿用至今。

宋代以后，钢的浇注技术不断改进，减少了浇注和精炼的次数，甚至一次精炼。沈括在《孟茜笔谈》卷三中说:“世界上所谓的铁伪造者，用软铁弯板，因生铁陷于其中，以泥封之，锻打而成，称为'团钢'，亦称'浇钢'”，并说“二、三次冶炼使生铁自熟，仍为软铁”，体现了浇注次数的减少。其中，弯曲软铁的目的是增加生、熟铁的接触面，提高浇钢效率，促进碳更均匀的分布；泥封可以促进造渣，清除杂质，起到保护作用。到了明代，浇钢技术进一步发展。据《天工吴凯》卷十四记载，将柔性铁改为薄熟铁皮，进一步增加了生熟铁的接触面，加速了“生熟铁和，炼出钢来”的进程，泥印也改为草泥混合印。浇钢，又称“抹钢”、“苏钢”，从清朝到现代，仍很流行。在坩埚炼钢发明之前，浇钢是最先进的炼钢技术。

由于万怀文和数百万工匠的努力，中国古代冶金技术自立于世界之林。因此，我们在研究和总结古代科技成就的时候，不应该忘记吴怀文的成就。这是中国冶金史上的杰出成就和伟大创新，在世界炼钢史上占有一定地位。浇钢法的进一步创新浇钢法的出现大大提高了钢材的产量和质量，为隋唐以后生产力的大幅提高提供了条件。后来，浇钢法继续发展。宋代将生铁片嵌在成卷的铁条中间，炼钢炉用泥封着烧，效果更佳。明代有所改进，将生铁片覆盖在几块粘合紧密的熟铁片上，使生铁液更均匀地渗入熟铁中。用涂泥草鞋代替泥封盖住炉口，使生铁从空气中获得氧气，更容易熔化，从而提高冶炼效率。明代中期以后，浇钢法进一步发展为苏州钢铁有限公司，用熟铁做原料铁，放在炉内，原料铁板放在炉口。当炉温升至1300℃左右，生铁板开始熔化时，用钳子夹住生铁板，左右移动，不断翻动生铁块，使生铁块均匀地浸透在熔化的生铁中。这样既能产生良好的渗碳，又能产生剧烈的氧化，从而使铁与渣分离，生产出渣少、成分均匀的钢。直到现在，芜湖、湘潭、重庆、威远等地仍有人在使用。可见其影响之深远。17世纪以前，中国的炼钢技术长期处于世界领先地位，受到各国的广泛赞誉。公元1世纪，罗马博物学家在他的名著《博物学》中说:“虽然铁的种类很多，但没有一种能与来自中国的钢相比。”