灌鋼法

南北朝時期，已經出現了技術更為先進的灌鋼法，用此法制作的兵器堅韌鋒利。早在漢代，人們就開始用煤做燃料，並用來冶鐵。北宋時期，用煤冶鐵已相當普遍。冶鐵爐的温度因此得到提高，於是加速了冶煉進程，提高了冶鐵業的生產效率。

後來，灌鋼法又不斷髮展。宋代又把生鐵片嵌在盤繞的熟鐵條中間，用泥巴把鍊鋼爐密封起來，進行燒煉，效果更好。明代又有改進，把生鐵片蓋在捆緊的若干熟鐵薄片上，使生鐵液可以更好均勻地滲入熟鐵之中。不用泥封而用塗泥的草鞋遮蓋爐口，使生鐵可從空氣中得到氧氣而更易熔化，從而提高冶煉的效率。明中期以後，灌鋼法更進一步發展為蘇鋼法以熟鐵為料鐵，置於爐中，而將生鐵板放在爐口，當爐温升高到1300℃左右，生鐵板開始熔化時，既用火鉗夾住生鐵板左右移動，並不斷翻動料鐵，使料鐵均勻地淋到生鐵液；這樣，既可產生很好的滲碳作用，又可產生劇烈的氧化作用，使鐵和渣分離，生產出含渣少而成份均勻的鋼材。直到現今，在蕪湖、湘潭、重慶、威遠等地人們還在使用；可見其影響的深遠。在17世紀以前，中國的鍊鋼（不是冶鑄）技術長期居於世界領先地位，受到各國地普遍讚揚。公元1世紀時，羅馬博物學家在其名著《自然史》中説：“雖然鐵的種類很多，但沒有一種能和中國來的鋼相媲美。”

中國古代冶煉技術在春秋以前，處於比較原始的階段，當時使用的冶煉方法稱為“塊煉法”。當時鍊鐵使用木炭作燃料，熱量少，加上爐體小，鼓風設備差，因此爐温比較低，不能達到鐵的熔鍊温度，所以煉出的鐵是海綿狀的固體塊，稱為“塊鍊鐵”。塊鍊鐵冶煉比較費時，質地比較軟，含雜質多，經過鍛打成為可以使用的熟鐵。

鋼鐵冶煉技術後來進一步發展到“塊鍊鋼”。人們在鍛打塊鍊鐵和熟鐵的過程中，需要不斷地反覆加熱，鐵吸收木炭中的碳份，提高了含碳量，減少夾雜物後成為鋼。這種鋼組織緊密、碳分均勻，適用於製作兵器和刀具。出土文物表明，中國最遲在戰國晚期已經掌握這種最初期的鍊鋼技術。

後進一步發展到“百鍊鋼”技術。人們在打製器物的時候，有意識地增加摺疊、鍛打次數，一塊鋼往往需要燒燒打打、打打燒燒，重複很多次，甚至上百次，所以稱之為百鍊鋼。百鍊鋼碳分比較多，組織更加細密，成份更加均勻，所以鋼的品質提高，主要用於製作寶刀、寶劍。

至春秋中後期，我國的鍊鐵技術已經達到較高的水平｡在熟練地掌握了塊煉法鍊鐵後，我國又在世界上最早發明了生鐵冶鑄技術｡

據《左傳·昭公二十九年》記載，公元前513年，晉國鑄造了一個鐵質刑鼎，把範宣子所制定的《刑書》鑄在上面｡鑄刑鼎的鐵是作為軍賦向民間徵收來的，這説明最遲春秋末期出現了民間鍊鐵作坊，而且已較好地掌握了生鐵的冶鑄技術｡

在生鐵冶煉過程中，爐温較高，被還原生成的固態鐵會吸收碳､硫和磷，這種吸收隨着温度的升高，速度就會加快;另一方面，鐵吸收碳後，熔點隨之降低，當含碳量達到2.0%時，熔點降至1380度，當含碳量達到4.3%時，熔點最低，僅1146度｡

所以，當爐温至1200度時，就完全能使鐵充分熔化，從而得到了液態的生鐵，並可以很方便地直接用於澆鑄成器｡

生鐵冶煉技術的出現，改變了塊鍊鐵的冶煉與加工都較費工費時的狀況，煉爐可連續使用，提高了生產率，降低了成本，使得大量提煉鐵礦石和鑄造出器形比較複雜的鐵器成為可能｡這就為我國古代鍊鐵技術的發展開拓了自己獨特的道路｡

在西漢中晚期，中國出現新的鍊鋼技術“炒鋼”，這是在生鐵冶鑄技術的基礎上發展起來的一種鍊鋼技術。其基本方法是將生鐵加熱成半液體和液體狀，然後加入鐵礦粉，同時不斷攪拌，利用鐵礦粉和空氣中的氧去掉生鐵中的一部分碳，使生鐵中的碳含量降低，去渣，直接獲得鋼，這就是炒鋼技術。

這項技術的發明是鍊鋼技術的重大突破，使冶煉業能向社會提供大量廉價、優質的熟鐵或鋼，滿足生產和戰爭的需要。炒鋼的出現促進百鍊鋼技術的發展，人們以炒鋼為原料，經過反覆加熱、摺疊、鍛打成質量很好的鋼件。但是炒鋼和百鍊鋼技術還存在一定缺陷，如炒鋼工藝複雜，不容易掌握；百鍊鋼費工費時。

綦毋懷文發展的灌鋼法大約在東漢末可能出現鍊鋼新工藝“灌鋼法”的初始形式。南北朝時，綦毋懷文對這一鍊鋼工藝進行了重大改進和完善。南朝齊、梁時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，名懷文，是中國南北朝時期著名冶金家。他生活在公元6世紀北朝的東魏、北齊間，具體生卒年代歷史上缺乏記載，只知道他好“道術”，曾經作過北齊的信州（今四川省奉節縣一帶）刺史。據史書記載，綦毋懷文的鍊鋼方法是：“燒生鐵精，以重柔鋌，數宿則成鋼”，就是説，選用品位比較高的鐵礦石，冶煉出優質生鐵，然後，把液態生鐵澆注在熟鐵上，經過幾度熔鍊，使鐵滲碳成為鋼。由於是讓生鐵和熟鐵“宿”在一起，所以煉出的鋼被稱為“宿鐵”。

灌鋼法是中國古代鍊鋼技術上一個了不起的成就。同百鍊法或炒煉法比較，其優點：

（1）生鐵作為一種滲碳劑，因熔化後温度高，加速向熟鐵中滲碳的速度，縮短冶煉時間，提高生產率。

（2）熟鐵因為碳的滲入而成為鋼，生鐵由於脱碳也可以變成鋼，增加了鋼的產量。

（3）在高温下，液態生鐵中的碳、硅、錳等與熟鐵中的氧化物夾雜發生反應，去除雜質，純化金屬組織，提高金屬品質。

（4）灌鋼法操作簡便，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，加以熔鍊，就可獲得。

推動中國古代刀劍技術的發展綦毋懷文是一位出色的制刀專家，對前人造刀經驗進行研究、比較，經過不斷實踐，創造一套新的制刀工藝和熱處理技術。

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，然後“以柔鐵為刀脊，浴以五牲之溺，淬以五牲之脂”這樣做出來的刀稱為“宿鐵刀”，極其鋒利，能夠一下子斬斷鐵甲30札。對於含碳量比較高的鋼，理想的淬火介質應該是：當工件在比較高的温度650～400℃，具有較大的冷卻速度，在低温300～200℃，具有較慢的冷卻速度。這就需要採用雙液淬火法。綦毋懷文先用動物尿、後用動物油進行雙液淬火，能夠造出品質很高的“宿鐵刀”。

中國早在戰國時代就使用了淬火技術，但是長期以來，人們一般都是用水作為淬火的冷卻介質。雖然三國時的制刀能手蒲元等人已經認識到：用不同的水作淬火的冷卻介質，可以得到不同性能的刀，但仍沒有突破水的範圍。而綦毋懷文則實現了這一突破，他在製作“宿鐵刀”時使用了雙液淬火法，即先在冷卻速度大的動物尿中淬火，然後再在冷卻速度小的動物油脂中淬火，這樣可以得到性能比較好的鋼，避免單純使用一種淬火（即單液淬火）的侷限。雙液淬火法，即在工件的温度比較高的時候，選用冷卻速度比較快的淬火介質，以保證工件的硬度；而在温度比較低的時候，則選用冷卻速度比較小的淬火介質，以防止工件開裂和變形，使其有一定的韌性。雙液淬火法是一種比較複雜的淬火工藝，這在當時沒有測温、控温設備的條件下，完全依賴操作及經驗，是一個了不起的成就。

在綦毋懷文之前，中國古代的鋼刀大都用百鍊鋼製成，這樣製作的刀劍雖然性能優異鋒利，但也存在不少缺陷，整把刀全部用百鍊鋼製成，價格昂貴；如一把東漢時期的名鋼劍的價錢可以購買當時供7個人吃2年9個月的糧食。而且百鍊鋼製作刀劍費時費力。三國時，曹操命有司製作寶刀5把，用了3年時間。為此，綦毋懷文對制刀工藝進行了重大更新。這表明綦毋懷文對鋼鐵的性能有比較深刻的認識，而且能根據不同的用途合理選擇材質，發揮各種材質的優點，節省某些貴重材料，降低成本和費用。一把刀的背部、刃口實際起着不同的作用，因而要求具有不同的性能。

一般來説，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，所以應該選擇含碳量較高、硬度較大的鋼來製造。而刀背主要起一種支撐作用，要求有比較好的韌性，使刀在受到比較大的衝擊時不致折斷，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的認識，在製作刀具時才能夠將熟鐵和鋼巧妙的結合起來，將二者恰到好處地用在合適的地方，既滿足了鋼刀的不同部分的不同要求，又節省大量昂貴鋼材，利於鋼刀的推廣和普及。這種制刀工藝，今天還在沿用。

由於綦毋懷文和千百萬工匠的辛勤勞動，使中國古代冶金技術自立於世界之林。綦毋懷文發展的灌鋼法，是中國冶金史上的一項傑出成就和偉大創新，在世界鍊鋼史上佔有一定地位。灌鋼法的進一步革新，使鋼的產量和品質大大提高，為隋唐以後生產力的大幅度增長提供了條件。 ^[1]