鋼是怎么練出來(lái)的

【專(zhuān)家解說(shuō)】：　　我們通常說(shuō)的“鐵”分“生鐵”和“熟鐵”兩種，包括“鋼”在內(nèi)，都是以鐵（Fe）和碳（C）兩種元素為主的一種合金。人們通常把含碳量在百分之○·○五以下的叫熟鐵，百分之○·○五到百分之二·○的叫鋼，百分之二·○到百分之六·六七的叫生鐵。 　　人類(lèi)早期煉得的熟鐵通常叫塊煉鐵，它是鐵礦石在八百到一千攝氏度左右的條件下，用木炭直接還原得到的。出爐產(chǎn)品是一種含有大量非金屬夾雜的海綿狀固體塊。塊煉鐵和生鐵比較起來(lái)，有如下幾個(gè)缺點(diǎn)：一是它不能從爐里流出，取出鐵塊時(shí)，爐膛要受到不同程度的破壞，不能連續(xù)生產(chǎn)，生產(chǎn)率比較低，產(chǎn)量比較小。二是成形費(fèi)工費(fèi)時(shí)。三是所含非金屬夾雜比較多，要通過(guò)反覆鍛打才能排除。四是含碳量往往比較低，因而很軟。生鐵的冶煉溫度是一千一百五十到一千三百攝氏度，出爐產(chǎn)品呈液態(tài)，可以連續(xù)生產(chǎn)，可以澆鑄成型，非金屬夾雜比較少，質(zhì)地比較硬，冶煉和成形率比較高，從而產(chǎn)量和質(zhì)量都大大提高。由塊煉鐵到生鐵是煉鐵技術(shù)史上的一次飛躍。 　　我國(guó)鋼鐵冶煉技術(shù)的發(fā)展道路和世界各國(guó)是不完全相同的。國(guó)外一般是先有塊煉鐵，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期緩慢發(fā)展之后才有生鐵。歐洲許多地方的塊煉鐵是公元前1000年前后發(fā)明出來(lái)的，但是直到公元十四世紀(jì)才有生鐵。我國(guó)卻不是這樣。我國(guó)冶鐵術(shù)大約發(fā)明于西周時(shí)期，比歐洲晚，可是它一經(jīng)發(fā)明，不久就出現(xiàn)了生鐵，后來(lái)者居上，使我國(guó)成為世界上最早發(fā)明并使用生鐵的國(guó)家。 　　1964年，江蘇六合程橋鎮(zhèn)出土一件春秋晚期的鐵塊，經(jīng)鑒定是白口生鐵。這是到現(xiàn)在為止我國(guó)出土并且經(jīng)過(guò)科學(xué)分析的最早生鐵實(shí)物。戰(zhàn)國(guó)中晚期，鐵器在我國(guó)農(nóng)業(yè)、手工業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)了主導(dǎo)地位。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前出土的戰(zhàn)國(guó)鐵質(zhì)生產(chǎn)工具大約十六種左右，其中多數(shù)是生鐵和它的柔化處理件，塊煉鐵處于輔助地位。這表明這時(shí)我國(guó)生鐵生產(chǎn)已經(jīng)有了比較大的發(fā)展。 　　我國(guó)生鐵技術(shù)發(fā)明比較早的原因是多方面的，我們以為在技術(shù)上至少應(yīng)包括以下幾點(diǎn)：一是我國(guó)冶銅術(shù)中很早就使用了比較強(qiáng)的鼓風(fēng)裝置。二是很早就對(duì)冶煉用的原料進(jìn)行了比較好的選擇和處理。三是很早就發(fā)明了比較高大的冶煉豎爐。一般認(rèn)為，我國(guó)生鐵技術(shù)的發(fā)明和發(fā)展同青銅技術(shù)有密切的關(guān)系。 　　可鍛鑄鐵 　　可鍛鑄鐵原是白口鐵經(jīng)高溫退火得到的一種高強(qiáng)度鑄鐵，具有一定的塑性和沖擊韌性。依熱處理?xiàng)l件的差別，又可分成白心可鍛鑄鐵和黑心可鍛鑄鐵兩種：白心可鍛鑄鐵以脫碳為主，又叫脫碳可鍛鑄鐵；黑心可鍛鑄鐵以石墨化為主，又叫石墨化可鍛鑄鐵。 　　國(guó)外的白心可鍛鑄鐵是公元1722年由法國(guó)人首先發(fā)明的。公元1826年，美國(guó)人又發(fā)明了黑心可鍛鑄鐵。此后一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期里，人們都把白心可鍛鑄鐵叫做“歐洲式可鍛鑄鐵”，把黑心可鍛鑄鐵叫做“美洲式可鍛鑄鐵”。其實(shí)，這兩種可鍛鑄鐵，我國(guó)早在兩千多年前都已經(jīng)發(fā)明了。 　　“洛陽(yáng)水泥制品廠戰(zhàn)國(guó)早期灰坑遺址出土過(guò)一件鐵鏟，鏟體基本銹蝕，只在銎（qióng）部（裝柄的孔）有部分金屬殘留，在金相顯微鏡下顯示了黑心可鍛鑄鐵組織，基體是鐵素體，上面分布著團(tuán)絮狀退火石墨。這是到現(xiàn)在為止世界上經(jīng)過(guò)科學(xué)分析的最早的鑄鐵可鍛化退火處理件。戰(zhàn)國(guó)中晚期后，可鍛化處理工藝有了比較大的發(fā)展，主要表現(xiàn)在：第一，分布地域更廣了。在北方，目前經(jīng)分析過(guò)的有河北易縣燕下都遺址的鐵钁、鐵鋤、鐵鐏等，在南方有湖北包山出土的空首斧、湖南長(zhǎng)沙出土的鐵鏟等。第二，部分器件已經(jīng)處理得比較好，器件斷面基本上是可鍛鑄鐵組織，中心沒(méi)有白口鐵殘余，如燕下都的鐵鐏等。漢代到南北朝時(shí)期，鑄鐵可鍛化技術(shù)發(fā)展到比較成熟的階段：一是使用范圍有了進(jìn)一步擴(kuò)展。近年在山東薛城、河南南陽(yáng)、澠池和鞏義市，北京清河和大藻臺(tái)，湖北銅綠山等地，都發(fā)現(xiàn)了這類(lèi)器件。南陽(yáng)瓦房莊出土的農(nóng)器有十二作，經(jīng)過(guò)分析，九件是普通可鍛鑄鐵，兩件是鑄鐵脫碳鋼，只有一件是白口鐵。二是技術(shù)水平有了進(jìn)一步提高。凡處理過(guò)的器伴，中心很少有白口鐵組織殘留，石墨發(fā)育比較好，形態(tài)多和現(xiàn)代可鍛鑄鐵相當(dāng)。這些可鍛鐵中，有白心的，也有黑心的，多數(shù)是農(nóng)具。 　　鑄鐵可鍛化處理有十分重要的意義。在常溫下，碳在鑄鐵中主要有兩種存在形式：一是化合態(tài)，主要是滲碳體；二是自由石墨態(tài)，有條狀、團(tuán)絮狀、球狀石墨等。碳的存在形式不同，同一成分的鑄鐵，性能也是不盡相同的。白口鐵中，碳全部以滲碳體形式存在，因滲碳體硬度很高，塑性極低，所以白口鐵性硬而脆。通過(guò)可鍛化處理，白口鐵中的碳或以自由石墨態(tài)形式析出，或因氧化而去除，從而使材料強(qiáng)度提高，硬脆性減少，綜合機(jī)械性能得到改善。戰(zhàn)國(guó)中期以后，我國(guó)在農(nóng)業(yè)、手工業(yè)中這樣廣泛地使用了鐵器，可鍛鑄鐵的發(fā)明和發(fā)展是起了重要作用的。 　　球墨可鍛鑄鐵 　　球墨可鍛鑄鐵因所含石墨呈球狀而得名。它有比較高的強(qiáng)度、塑性和韌性，鑄造加工性能也比較好。 　　1974年，河南澠池發(fā)掘了一個(gè)北魏鐵器窖，里面藏有從漢代到北魏的鐵器四千多件，種類(lèi)有生產(chǎn)工具、兵器、日用器皿以及鑄范、鐵材等。有一件鐵斧，整體經(jīng)過(guò)脫碳退火處理，器件斷面大部分相當(dāng)于含碳百分之○·四的中碳鋼，沒(méi)有石墨析出。但在銎的底部發(fā)現(xiàn)有球狀石墨，直徑是二十微米，分布在平均厚度約三，二毫米、總長(zhǎng)五十毫米的U形斷面上，共約三十顆，外形比較規(guī)整。這類(lèi)具有球狀石墨的鑄件在南陽(yáng)瓦房莊、鞏義市鐵生溝等兩漢冶鑄遺址也有發(fā)現(xiàn)。特別值得指出的是鞏義市鐵生溝一件漢代鐵钁，它的石墨發(fā)育良好，有明顯的核心和放射性結(jié)構(gòu)，和現(xiàn)行國(guó)家球墨鑄鐵標(biāo)準(zhǔn)一類(lèi)A級(jí)相當(dāng)。從現(xiàn)有研究資料看，這種球狀石墨應(yīng)是白口鐵退火過(guò)程中得到的。 　　在國(guó)外，鑄態(tài)球墨是1947年后使用了加入球化劑的方法才得到的。多年來(lái)，人們一直試圖用白口鐵退火的方式來(lái)獲得球狀石墨，但是難度很大。我國(guó)古代生鐵含硅量長(zhǎng)期偏低，在低硅的情況下，我國(guó)人民不但生產(chǎn)了大量具有絮狀石墨的可鍛鑄鐵，而且生產(chǎn)了部分球墨可鍛鑄鐵，這在世界冶金史上是十分罕見(jiàn)的，實(shí)在難能可貴。 　　煉鋼技術(shù) 　　炒 鋼 　　炒鋼因在冶煉過(guò)程中要不斷地?cái)嚢韬孟癯慈R一樣而得名。 　　炒鋼的原料是生鐵，操作要點(diǎn)是把生鐵加熱到液態(tài)或半液態(tài)，利用鼓風(fēng)或撒入精礦粉等方法，令硅、錳、碳氧化，把含碳量降低到鋼和熟鐵的成分范圍。炒鋼的產(chǎn)品多是低碳鋼和熟鐵，但是如果控制得好，也可以得到中碳鋼和高碳鋼。 　　炒鋼工藝大約發(fā)明于西漢。近年在河南鞏義市鐵生溝、南陽(yáng)瓦房莊等處都發(fā)現(xiàn)過(guò)漢代炒鋼爐遺址。鞏義市遺址斷代是西漢中期到新莽，瓦房莊遺址使用時(shí)間比較長(zhǎng)，由西漢中期到東漢晚期。另外，鐵生溝還出土了一些炒煉產(chǎn)品，經(jīng)分析，有的含碳量是百分之一·二八，有的是百分之○·○四八。文獻(xiàn)上關(guān)于炒鋼的記載最早見(jiàn)于東漢《太平經(jīng)》卷七十二，書(shū)中說(shuō)：“使工師擊治石，求其鐵，燒冶之，使成水，乃后使良工萬(wàn)鍛之，乃成莫邪耶。”這“水”應(yīng)指生鐵水?！叭f(wàn)鍛”應(yīng)指生鐵脫碳成鋼后的反覆鍛打。 　　炒鋼的優(yōu)點(diǎn)是成分可適當(dāng)控制，生產(chǎn)率比較高，質(zhì)量也比較好。在現(xiàn)代，人們常把由礦石直接制鋼的工藝叫一步冶煉或直接冶煉，而把先由礦石冶煉成生鐵、然后再由生鐵煉鋼的工藝叫兩步冶煉或間接冶煉。炒鋼的生產(chǎn)過(guò)程也分兩步：先煉生鐵，后煉鋼。因而在某種意義上說(shuō)，炒鋼的出現(xiàn)便是兩步煉鋼的開(kāi)始，是具有劃時(shí)代意義的重大事件。它進(jìn)一步促進(jìn)了我國(guó)古代鐵器的廣泛使用和社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展。十八世紀(jì)中葉，英國(guó)發(fā)明了炒鋼法，在產(chǎn)業(yè)革命中起了很大的作用。馬克思懷著極大的熱情給予了很高的評(píng)價(jià)，說(shuō)不管怎樣贊許也不會(huì)夸大了這一革新的重要意義。 　　百煉鋼 　　“百煉鋼”以一種含碳量比較高的炒煉產(chǎn)品作為原料，操作要點(diǎn)是反覆加熱鍛打，千錘百煉?，F(xiàn)在見(jiàn)到的最早百煉鋼實(shí)物是東漢晚期的制件。1961年日本大和櫟本東大寺古墓出土一把東漢靈帝中平年間（公元184年到189年）的紀(jì)年鋼刀，上有錯(cuò)金銘文“百練清剛”字樣?！熬殹本褪恰盁挕?，“剛”就是“鋼”。在文獻(xiàn)中，“百煉鋼”一詞最早也見(jiàn)于東漢晚期。曹操作寶刀五枚，稱(chēng)謄是“百煉利器”；陳琳（？—217）《武軍賦》說(shuō)：“鎧則東胡闕鞏，百煉精鋼?！边@些實(shí)物和文獻(xiàn)都說(shuō)明了百煉鋼工藝已經(jīng)興起。除百煉鋼外，我國(guó)古代還有“卅煉鋼”、“五十煉鋼”等說(shuō)。1974年，山東蒼山出土過(guò)一把東漢安帝永初六年（公元112年）大鋼刀，上有錯(cuò)金銘文“卅湅大刀”字樣；1978年徐州銅山出土一把東漢章帝建初二年（公元77年）大鋼劍，上有“五十湅”字樣；在文獻(xiàn)注錄中還有東漢和帝永元十六年（公元104年）“卅湅”金馬書(shū)刀等物?？磥?lái)，標(biāo)以“煉數(shù)”的制鋼工藝至遲在東漢早期就已產(chǎn)生。 　　宋代沈括《夢(mèng)溪筆談》卷三曾對(duì)百煉鋼的工藝操作作了比較詳細(xì)的記載，說(shuō)把“精鐵”鍛煉一百多火，一鍛一稱(chēng)一輕，待到斤兩不減，就成“純鋼”了；“凡鐵之有鋼者，如面中有筋，濯盡柔面，則面筋乃見(jiàn)?！鄙蚶ㄋf(shuō)的“精鐵”，不應(yīng)是生鐵，也不是現(xiàn)代意義的熟鐵，由建初“五十湅”長(zhǎng)劍、永初“卅湅大刀”等器物的科學(xué)考察，以及有關(guān)文獻(xiàn)來(lái)看，應(yīng)是含碳量稍高的一種炒煉產(chǎn)品。這種炒煉產(chǎn)品所含非金屬夾雜是比較多的。一鍛一稱(chēng)一輕，是因?yàn)橹饾u排除這些夾雜，氧化鐵皮不斷產(chǎn)生并脫落了。說(shuō)最后“斤兩不減”，這是相對(duì)來(lái)說(shuō)的，實(shí)際上，不斷地加熱鍛打，氧化鐵皮不斷地產(chǎn)生又脫落，重量總要不斷減輕的。滲碳和脫碳都不是百煉過(guò)程的主要環(huán)節(jié)。百煉銅工藝的主要操作是反攝加熱鍛打。鍛打可以去除夾雜，減小殘留夾雜的尺寸，使成分均勻，組織致密，有時(shí)也可以細(xì)化晶粒，從而使材料強(qiáng)度大大提高。曹植（192—232）在他的《寶刀賦》中稱(chēng)贊百煉鋼刀能“陸斬犀革，水?dāng)帻堉邸保蚶ㄔ凇秹?mèng)溪筆談》卷三中說(shuō)百煉鋼“其色清明，磨瑩之，則黯黯然青且黑，與常鐵迥異。”這都說(shuō)明了百煉鋼性能的優(yōu)良。 　　百煉鋼是在塊鐵滲碳鋼反覆鍛打的基礎(chǔ)上，伴隨著炒鋼技術(shù)、刀劍工藝的發(fā)展而興起的?！笆疅挕?，“三十煉”的說(shuō)法在公元前一世紀(jì)的西漢后期就已出現(xiàn)，最初是用在煉銅上的。魏晉時(shí)期百煉鋼發(fā)展到了鼎盛的階段，之后，雖因一些技術(shù)和社會(huì)的原因而有所減弱，但一直沿用到了明清時(shí)期。百煉鋼制作比較艱難，成本比較高，主要用來(lái)制造寶刀、寶劍等一類(lèi)貴重器物，它凝聚著我國(guó)古代勞動(dòng)人民的勤勞和智慧，一定程度上反映了當(dāng)時(shí)金屬冶煉和加工技術(shù)的先進(jìn)水平。 　　鑄鐵脫碳鋼 　　鑄鐵脫碳鋼是用熱處理方法制作出來(lái)的。它的操作要點(diǎn)是先生產(chǎn)出白口鐵鑄件，然后在氧化性氣氛中脫碳退火，使含碳量降低到鋼的成分范圍以下，不析出或很少析出石墨。它的金相組織同近代的鋼和熟鐵相似。 　　鑄鐵脫碳技術(shù)大約可以追溯到戰(zhàn)國(guó)早期。洛陽(yáng)水泥制品廠戰(zhàn)國(guó)早期灰坑遺址出土過(guò)兩件鐵錛，對(duì)其中一件的銎部作了金相分析，知道它的表層已經(jīng)脫碳，稍里是珠光體，中心是白口鐵組織。這表明鐵錛進(jìn)行過(guò)不完全的脫碳退火處理，應(yīng)屬鑄鐵脫碳鋼的前身或早期階段。經(jīng)秦、漢、魏、晉到南北朝時(shí)期，這項(xiàng)技術(shù)發(fā)展到相當(dāng)成熟的階段，主要表現(xiàn)在：第一，進(jìn)行這種處理的器物更多了。 近年在北京大葆臺(tái)、河北武安和河南澠池、南陽(yáng)瓦房莊、鄭州古滎鎮(zhèn)、魯山望城崗等處都有發(fā)現(xiàn)，種類(lèi)有鐵斧、鐵剪、鐵鏟、鐵小刀、鐵鑿、鐵笄、鐵犁、鐵鏵等成形件，以及梯形和長(zhǎng)方形的小鐵板等半成品件。第二，多數(shù)器件的整個(gè)斷面都已經(jīng)脫碳成鋼或熟鐵，中心再?zèng)]有白口鐵組織殘余，沒(méi)有或只有微量石墨在晶粒間界析出。第三，部分器件在整體脫碳成鋼或熟鐵后，經(jīng)過(guò)局部鍛打、刃部滲碳或其他加工，獲得了更加良好的使用性能。第四，鑄鐵脫碳鋼主要用作手工業(yè)工具的斧、剪以及農(nóng)具的鐮一類(lèi)鋒刃器，而一般可鍛鑄鐵主要用作農(nóng)具的鋤、钁、鏟一類(lèi)，至于鐵釜、鐵范、軸承一類(lèi)生活用器、生產(chǎn)工具和交通用具，多用白口鐵和灰口鐵制作，說(shuō)明當(dāng)時(shí)人們對(duì)這些材質(zhì)的性能已經(jīng)有了相當(dāng)認(rèn)識(shí)，也說(shuō)明鑄鐵脫碳鋼技術(shù)、可鍛化處理技術(shù)已經(jīng)達(dá)到比較高的水平。南北朝時(shí)期以后，由于炒鋼等冶煉工藝和加工工藝的發(fā)展等，鑄鐵脫碳鋼技術(shù)、可鍛鑄鐵技術(shù)逐漸失去了它們?cè)谏a(chǎn)中的重要地位，唐代以后就很少看到了。 　　鑄鐵脫碳鋼的發(fā)明具有十分重要的意義。古代一般是沒(méi)有鑄鋼的，而鍛鋼生產(chǎn)率很低，加工成形比較難，所含雜質(zhì)比較多。我國(guó)古代利用生鐵生產(chǎn)率比較高、容易成型、夾雜比較少的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)脫碳退火的辦法，得到一種組織和性能同近代鑄鋼相近的鑄件，這是我國(guó)古代冶金技術(shù)上的一項(xiàng)重大發(fā)明。 　　灌 鋼 　　所謂“灌鋼”，用宋代蘇頌的話來(lái)說(shuō)，就是“以生柔相雜和，用以作刀劍鋒刃者”。“生”就是生鐵，“柔”應(yīng)是一種可鍛鐵，只從含碳量看，應(yīng)包括現(xiàn)代意義的鋼和熟鐵。所以依蘇頌所說(shuō)，灌鋼是由生鐵和可鍛鐵在一起冶煉得到的、用來(lái)制作刀劍鋒刃的一種含碳比較高、質(zhì)量比較好的鋼。 　　灌鋼發(fā)明時(shí)間似可追溯到漢魏晉時(shí)期。東漢末年王粲（177—217）的《刀銘》中說(shuō)：“灌襞已數(shù)、質(zhì)象已呈?！蔽鲿x張協(xié)《七命》中說(shuō)：“乃煉乃爍，萬(wàn)辟千灌。”“辟”同“襞”，意思就是“疊”，指鋼鐵材料的多層積疊，多次折疊?！肮唷睉?yīng)指“灌煉”，就是“灌鋼”。 　　南北朝時(shí)期，灌鋼工藝有了一定的發(fā)展，南朝梁代陶弘景說(shuō)灌鋼是“雜煉生鍒作刀鐮者”。既然灌鋼已用作刀、鐮一類(lèi)普通生產(chǎn)工具和生活用器，可見(jiàn)它的生產(chǎn)已經(jīng)比較普遍。北朝東魏北齊間的綦毋懷文用灌鋼制造了一把大鋼刀，叫“宿鐵刀”，“斬甲過(guò)三十札”，非常鋒利。 　　在歷史上，灌鋼有過(guò)好幾種不同的操作工藝。一種是把生鐵和柔鐵片捆在一起，用泥封住，入爐冶煉，如沈括《夢(mèng)溪筆談》卷三所說(shuō)：“用柔鐵屈盤(pán)之，乃以生鐵陷其間，泥封煉之，鍛令相入，謂之‘團(tuán)鋼’，亦謂之‘灌鋼’?！币环N是把生鐵放在熟鐵（可鍛鐵）片的上面，生鐵先化，滲淋到熟鐵中，如宋應(yīng)星《天工開(kāi)物》卷十四所說(shuō)：“用熟鐵打成薄片如指頭闊，長(zhǎng)寸半許，以鐵片束包尖緊，生鐵安置其上，又用破草履蓋其上，泥涂其底下，洪爐鼓鞲，火力到時(shí)，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(tuán)鋼，亦曰灌鋼者是也?！币环N是“蘇鋼”，它是灌鋼發(fā)展的高級(jí)階段，灌鋼的優(yōu)點(diǎn)在這里得到了最充分的表現(xiàn)。 　　蘇鋼操作的要點(diǎn)是：先把熟鐵料放到爐里鼓風(fēng)加熱，后把生鐵的一端斜放到爐口里加熱。當(dāng)爐溫達(dá)到一千三百攝氏度左右時(shí)，爐里生鐵不斷熔滴，熟鐵料已經(jīng)軟化，使用鉗子鉗住生鐵塊，使鐵水均勻地澆淋到熟鐵料上。澆淋完畢后，停止鼓鳳，夾出鋼團(tuán)，砧上錘擊，去除夾雜。一般要滲淋兩次。蘇鋼冶煉高明的地方有兩點(diǎn)：一是熟鐵組織比較疏松，所含氧化夾雜比較多，硅、錳，碳含量比較高，灌煉時(shí)氧化反應(yīng)比較劇烈，有利于渣、鐵分離。二是熟鐵所含鐵氧化物和生鐵中的碳作用后，部分鐵可被還原出來(lái)，提高了金屬收得率。 　　灌鋼以生鐵和可鍛鐵作為原料，灌煉操作在生鐵熔點(diǎn)以上進(jìn)行，因此生產(chǎn)率比較高，渣、鐵分離比較好；人們可以通過(guò)控制原料配比和鼓風(fēng)等操作來(lái)控制產(chǎn)品成分，因此產(chǎn)品質(zhì)量也比較好。在公元1740年坩堝液態(tài)煉鋼法發(fā)明以前，世界上制鋼工藝基本上屬于固態(tài)冶煉和半液態(tài)冶煉，渣、鐵分離比較難。像灌鋼這樣，成分比較容易控制，渣、鐵分離也比較好，在古代制鋼技術(shù)中是十分罕見(jiàn)的。 　　有色冶金“六齊” 　　“六齊”是我國(guó)古代配制青銅合金的六條規(guī)定，見(jiàn)于《考工記》一書(shū)，原文如下： 　　“金有六齊：六分其金而錫居一，謂之鐘鼎之齊；五分其金而錫居一，謂之斧斤之齊；四分其金而錫居一，謂之戈戟之齊；三分其金而錫居一，謂之大刃之齊；五分其金而錫居二，謂之削殺矢之齊；金錫半，謂之鑒燧之齊?！? 　　郭沫若（1892—1978）認(rèn)為，《考工記》原是齊國(guó)的官書(shū)?！傲R”的“齊”同“劑”，原是調(diào)劑、配合的意思。“金”指赤銅。“六分其金而錫居一”就是六分銅一分錫，“金錫半”就是一分銅半分錫。所以“六齊”中各“齊”的含錫量分別是：“鐘鼎之齊”百分之一四·三，“斧斤之齊”百分之一六·七，“戈戟之齊”百分之二○，“大刃之齊”百分之二五，“削殺矢之齊”百分之二八·六，“鑒隧之齊”百分之三二·二。 　　“六齊”的成分配比規(guī)定是我國(guó)古代青銅技術(shù)高度發(fā)展的表現(xiàn)，它是許多試驗(yàn)資料的反映和歸納?，F(xiàn)有考古資料表明，我國(guó)早在夏代（公元前二十一世紀(jì)到公元前十六世紀(jì)）就掌握了紅銅冷鍛和鑄造技術(shù)，夏末商（公元前十六世紀(jì)到公元前十一世紀(jì)）初就有了青銅冶煉和鑄造，商代中期以后就創(chuàng)造了高度發(fā)展的青銅文化。目前出土的青銅器中，既有大批禮器、兵器、日用器，也有部分生產(chǎn)工具（包括手工業(yè)工具和農(nóng)具）等。渾厚莊重的司母戊大鼎、技術(shù)高超的四羊尊等都是青銅器的精品。兵器都剛強(qiáng)鋒利；響器的聲音悅耳悠揚(yáng)。這些都說(shuō)明我國(guó)人民很早就有了豐富的合金知識(shí)。 　　“六齊”的成分配比規(guī)定和現(xiàn)代科學(xué)的基本原理是完全相合的。我們知道銅錫合金的含錫量是百分之十四左右的，色黃，質(zhì)堅(jiān)而韌，音色也比較好，所以宜于制作鐘和鼎。銅錫合金含錫量是百分之十七到百分之二十五的，強(qiáng)度、硬度都比較高，所以宜于制作斧斤、戈戟、大刃和削殺矢。斧斤是工具，既要鋒利，又要承受比較大的沖擊載荷，所以含錫量不宜太高，否則太脆。戈戟、大刃、削殺矢都是兵器，都需要鋒利。戈戟受力比較復(fù)雜，對(duì)韌性要求比較高，所以在兵刃中含錫量最低。大刃（刀劍）既需要鋒利，也要求一定的韌性以防折斷，所以含錫量比較高而又不太高。削殺矢比較短小，主要考慮銳利，所以在兵器中它的含錫量最高。銅錫合金含錫量是百分之三十到百分之三十六的，顏色最潔白，硬度也比較高。色潔白，就宜于映照；硬度高，研磨時(shí)就不容易留下道痕。所以這種銅錫合金宜于制作銅鏡和陽(yáng)燧。 　　有一點(diǎn)需要指出的是，除了鐘鼎外，“六齊”規(guī)定成分和考古實(shí)物科學(xué)分析的成分基本上是不相符合的，原因是：“六齊”并不是生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，而是一種試驗(yàn)資料的反映和歸納；人們?cè)谏a(chǎn)實(shí)踐中已對(duì)“六齊”成分作了適當(dāng)?shù)男拚? 　　“六齊”的產(chǎn)生有極大的技術(shù)意義和社會(huì)意義。它是世界上對(duì)合金成分和性能的關(guān)系的最早認(rèn)識(shí)。在古代世界中，我國(guó)青銅技術(shù)的產(chǎn)生并不是最早的，但發(fā)展很快。除資源等方面的原因外，在技術(shù)方面至少有兩點(diǎn)：首先是我國(guó)很早就掌握了金屬冶煉所需要 的高溫技術(shù)：其次是很早具有了水平比較高的合金技術(shù)。世界上不少?lài)?guó)家在公元前二三千年就進(jìn)入了青銅時(shí)代，但發(fā)展緩慢。我國(guó)卻不是這樣。我國(guó)人民一旦發(fā)明了冶銅技術(shù)，很快就具有豐富的合金知識(shí)，并且迅速地把整個(gè)青銅技術(shù)推到更高的階段，建立了世界上最光輝燦爛的青銅文明。 　　黃銅和鋅的冶煉 　　鋅在我國(guó)古代又叫“倭鉛”、“白鉛”?！百零U”一名最早見(jiàn)于署名“飛霞子”著的《寶藏論》（遼神冊(cè)三年，公元918年）一書(shū)中。 　　據(jù)文獻(xiàn)記載和一些實(shí)物分析，我國(guó)用鋅的歷史大概分三個(gè)階段。 　　第一階段是西漢以前。這時(shí)鋅作為伴生礦成分隨銅或者隨錫、鉛進(jìn)入銅合金中，銅器含鋅量常在萬(wàn)分之幾的水平上，個(gè)別的比較高，也有含鋅量超過(guò)百分之二十五的。 　　第二階段是西漢到來(lái)元時(shí)期。這時(shí)開(kāi)始有意地把鋅的氧化物如爐甘石加入化銅爐里，氧化鋅被還原并立刻溶解到銅中，成為以鋅為主要合金元素的銅合金，就是黃銅。這一技術(shù)是逐漸成熟的。 　　第三階段至遲從明代開(kāi)始，這時(shí)發(fā)明了用爐甘石生產(chǎn)金屬鋅、55習(xí)再用金屬鋅配制黃銅的方法。明《天工開(kāi)物》卷十四曾詳細(xì)地記述了金屬鋅的生產(chǎn)過(guò)程：把十斤爐甘石裝入泥罐，用泥封牢，晾干，用煤墊底，用木柴煅燒。爐甘石熔化成團(tuán)，冷定后破罐取出，就得倭鉛，每十斤損耗兩斤。原記載雖不盡完美，如遺漏了還原劑等，但基本原理和設(shè)備同現(xiàn)代橫罐煉鋅法是相似的。這說(shuō)明至遲在明代我國(guó)就生產(chǎn)了比較多的金屬鋅。 　　黃銅和鋅的出現(xiàn)有重要的技術(shù)意義。黃銅耐蝕性能、機(jī)械性能都比較好，在現(xiàn)代工業(yè)中有廣泛的用途。 　　我國(guó)是世界上最早冶煉并使用了金屬鋅的國(guó)家。歐洲直到十六世紀(jì)才了解到鋅是一種金屬，十七世紀(jì)才知道由爐甘石煉鋅。這充分顯示了我國(guó)人民的聰明才智和創(chuàng)造精神。 　　含鎳白銅 　　我國(guó)使用含鎳白銅的時(shí)間比較早，制煉工藝最初大約是使用一種銅鎳礦，后來(lái)才使用含鎳礦石和銅礦或者和銅一起冶煉的。 　　文獻(xiàn)上關(guān)于“白銅”的記載開(kāi)始見(jiàn)于東晉常璩《華陽(yáng)國(guó)志》，說(shuō)在令云南會(huì)澤、巧泉一帶有一座螳螂山“出銀、鉛、白銅、雜藥”。結(jié)合后世的大量資料看，這“白銅”就是含鎳白銅。因?yàn)槟且粠Ь彤a(chǎn)銅和銅鎳礦，東晉時(shí)候冶煉出含鎳白銅是完全可能的。 　　國(guó)內(nèi)外不少學(xué)者對(duì)我國(guó)生產(chǎn)和使用鎳白銅的問(wèn)題作過(guò)研究。有人說(shuō)早在秦漢時(shí)期，我國(guó)鎳白銅就運(yùn)到了大夏國(guó)，他們還用它鑄成了錢(qián)幣，它的成分和中國(guó)的白銅十分接近，含銅百分之七十七，鎳百分之二十。十八世紀(jì)的時(shí)候，西方許多人都極力仿制中國(guó)白銅，直到公元1823年才由英國(guó)人和德國(guó)人仿制成功。以后各種各樣的仿制品都進(jìn)入了市場(chǎng)，最流行的名叫“德國(guó)銀”。我國(guó)白銅的西傳，對(duì)西方鎳白銅的生產(chǎn)和近代化學(xué)工藝起了很大的啟發(fā)和推動(dòng)作用。 　　鼓風(fēng)技術(shù)和冶金燃料 　　水 排 　　水排是我國(guó)古代一種冶鐵用的水力鼓風(fēng)裝置。人類(lèi)早期的鼓風(fēng)器大都是皮囊，我國(guó)古代又叫橐。一座爐子用好幾個(gè)橐，放在一起，排成一排，就叫“排囊”或“排橐”。用水力推動(dòng)這種排橐，就叫“水排”。 　　水排發(fā)明干東漢早期，它是南陽(yáng)太守杜詩(shī)（？—38）在總結(jié)勞動(dòng)人民實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上發(fā)明出來(lái)的。因?yàn)樗坝昧ι?，?jiàn)功多”（《后漢書(shū)·杜詩(shī)傳》），所以大家樂(lè)于使用。三國(guó)時(shí)期的韓暨把它推廣到了魏國(guó)官營(yíng)冶鐵作坊中，用水排代替過(guò)去的馬排、人排，四季不歇。水排不但節(jié)省了人力、畜力，而且鼓風(fēng)能力比較強(qiáng)，因此促進(jìn)了冶鐵業(yè)的發(fā)展。水排在我國(guó)沿用了很長(zhǎng)一個(gè)時(shí)期，直到本世紀(jì)七十年代，一些地方還在使用。 　　漢代水排的具體構(gòu)造現(xiàn)在已經(jīng)很難了解，由同一時(shí)期的永碓和翻車(chē)結(jié)構(gòu)推測(cè)，大約也是一種輪軸拉桿傳動(dòng)的裝置。我國(guó)古代水排構(gòu)造的詳細(xì)記述最早見(jiàn)于元代的《王禎農(nóng)書(shū)》，依水輪放置方式的差別，王禎把水排分成立輪式和臥輪式兩種，它們都是通過(guò)輪軸、拉 桿以及繩索把圓周運(yùn)動(dòng)變成直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的，以此達(dá)到啟閉風(fēng)扇和鼓風(fēng)的目的。因?yàn)樗嗈D(zhuǎn)動(dòng)一次，風(fēng)扇可以啟閉多次，所以鼓風(fēng)效能大大提高。 　　鼓風(fēng)器最早是皮囊，后來(lái)是風(fēng)扇，再后是風(fēng)箱。風(fēng)扇大約發(fā)明于公元十世紀(jì)以前。北宋《武經(jīng)總要》前集的行爐圖，敦煌榆林窟西夏（公元1032年到1227年立國(guó)）鍛鐵壁畫(huà)，元代《王禎農(nóng)書(shū)》的水排圖，都有風(fēng)扇的形象?；钊斤L(fēng)箱最早見(jiàn)于明代《天工開(kāi)物》中。 　　水力鼓風(fēng)有十分重要的意義，它加大了風(fēng)量，提高了風(fēng)壓，增強(qiáng)了風(fēng)力在爐里的穿透能力。這一方面可以提高冶煉強(qiáng)度，另一方面可以擴(kuò)大爐缸，加高爐身，增大有效容積。這就大大地增加了生產(chǎn)能力。足夠強(qiáng)大的鼓風(fēng)能力，足夠高大的爐子，是煉出生鐵的必要條件。歐洲人能在十四世紀(jì)煉出生鐵來(lái)，和水力鼓風(fēng)的應(yīng)用是有一定關(guān)系的。水排的發(fā)明是人類(lèi)利用自然力的一次偉大勝利。 　　冶金用燃料的發(fā)展 　　燃料在冶金生產(chǎn)中占有特殊的地位。它既是一種發(fā)熱劑，也是一種還原劑；既要為冶煉過(guò)程創(chuàng)造必要的高溫，也直接參與冶金的物理化學(xué)過(guò)程。因此，人們對(duì)冶金燃料提出了許多特殊要求。 　　人類(lèi)最早使用的冶金燃料是木炭。木炭的優(yōu)點(diǎn)是：第一，容易獲得。第二，氣孔度比較大，使料柱具有良好的透氣性。在鼓風(fēng)能力不強(qiáng)、風(fēng)壓不高的條件下，這點(diǎn)具有尤其重要的意義。第三，所含硫、磷等有害雜質(zhì)比較低。一直到現(xiàn)在，木炭還是冶煉高級(jí)生鐵的理想燃料。 　　木炭的最大缺點(diǎn)是資源有限，所以人們一直在努力尋找新的燃料。首先找到的是煤。 　　我國(guó)冶煉生鐵用煤的起始年代大約可以上推到南北朝時(shí)期。北魏酈道元（約466—527）《水經(jīng)注·河水篇》說(shuō)：今新疆庫(kù)車(chē)縣北二百里有山，人們?nèi)∩缴系拿簛?lái)冶煉山上的鐵，供給周?chē)膹V大地區(qū)使用。一般認(rèn)為，宋代以后，冶煉用煤又有了一些發(fā)展。 　　但是用煤冶煉也有缺點(diǎn)：一是所含硫、磷等有害雜質(zhì)成分比較高，它們?cè)谝睙掃^(guò)程中會(huì)滲入生鐵而引起金屬加工過(guò)程中的熱脆和冷脆。二是所含其他雜質(zhì)也比較多，因此煉渣多，爐子容易發(fā)生故障。三是煤的氣孔度小，熱穩(wěn)定性能比較差，容易爆裂，影響料柱透氣性。于是人們又進(jìn)行新的探索，終于找到了另一種冶金燃料，就是焦炭。焦炭是由煤干餾得到的，它保留了煤的長(zhǎng)處，避免了煤的缺點(diǎn)。直到現(xiàn)在，仍舊是冶金生產(chǎn)的主要燃料。 　　我國(guó)冶煉用焦的記載最早見(jiàn)于明末清初方以智的《物理小識(shí)》卷七，說(shuō)把發(fā)臭味（揮發(fā)分多）的煤燒熔封閉起來(lái)，就成焦炭（“礁”）了；用它“煎礦煮石”，都“殊為省力”。在《戒庵漫筆》、《顏山雜記》、《會(huì)理州記》等書(shū)上，也有關(guān)于煉焦的記載。 　　冶金用燃料由木炭到煤，由煤到焦，都是重大的轉(zhuǎn)變，這每一次轉(zhuǎn)變對(duì)冶金生產(chǎn)都產(chǎn)生過(guò)重大的影響。歐洲人到十八世紀(jì)初才使用焦炭，才解決了冶煉用焦的問(wèn)題。在生鐵冶煉用煤和冶金用焦上，我國(guó)都比歐洲早得多。 　　濕法冶金的起源——膽銅法 　　山西大學(xué) 邢潤(rùn)川 　　膽水煉銅，以我國(guó)為最早，是濕法冶金的起源，在世界冶金史上占有光輝的一頁(yè)。 　　在漫長(zhǎng)的歷史長(zhǎng)河中，我們的祖先在冶煉銅和鐵、應(yīng)用銅鐵器的實(shí)踐中，以及在探索各種物質(zhì)所進(jìn)行的變化的一些實(shí)驗(yàn)工作中，逐漸對(duì)鐵和銅的鹽類(lèi)相接觸而發(fā)生的化學(xué)作用有了一些認(rèn)識(shí)。 　　獄/pre> 贊同 0 | 評(píng)論