冷兵器之我为刀狂 第二卷 木之卷 刀的制造 第五章 炼钢(五)

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五、坩埚钢


钢我国古代坩埚钢的资料目前仅见一例,何堂坤等:《洛阳坩埚附着钢的初步研究》,《自然科学史研究》1985年第1期。但却是十分确凿的。我国汉代曾冶炼过坩埚钢无疑。


1979年,洛阳市文物工作队在黄河北岸的吉利工区发掘了一批汉墓,其中一座出土了11个坩埚。坩埚皆直筒形,口沿稍稍外卷,底圆,外径一般为14-15厘米,外高35-36厘米,壁厚2厘米。内外壁均有烧流,外表粘有煤块、熔渣等物,内表面较为平滑,有的地方粘有一层薄薄的铁渣。其中一个坩埚内壁的中段粘附一钢块,钢块整体作戟形,表面黄褐色,长10厘米、宽15厘米、厚0.4厘米。伴出物有五铢钱五枚,分别与《满城汉墓发掘报告》的Ⅱ、Ⅲ型(西汉中期)相当。经坩埚热释光断代试验,距今为1832±147年。故墓葬年代大体定为西汉中晚期至东汉中期。


经化学分析,钢块含碳量为1.21%,属过共析高碳钢。扫描电镜(能谱)成分分析结果为:铁98.637%、磷0.277%、硫0.584%、硅0.117%、铝0.383%。可见其含磷、硫较高。从金相分析看,金属基体为珠光体,晶粒间界上分布着许多网状渗碳体,磷共晶和氧化物。碳分布较为均匀,基本上是等轴晶,未见明显的柱状晶,磷共晶以不规则的星形分布于晶粒间界上。经扫描电镜分析,共晶区含磷9%-12%。不管金属晶粒还是非金属夹杂,均无拉伸和破碎现象,说明钢块冷凝后并未进行过任何压力加工。


经分析,坩埚成分为:SiO2 43.57%、Al2 O3 37.28%、Fe2 O3 3.46%、K2 O0.63%、Na2 O0.26%、C13.66%,可见其三氧化铝量和碳量都较高,这显然是有意选择配制的。优点是耐火度较高、热稳定性较好。经测定,坩埚耐火度为1580-1610℃。依Fe-C平衡图,并考虑到其他夹杂元素的影响,坩埚附着钢完全熔化的温度约低于1470℃,故坩埚耐火度是能够满足冶炼要求的。这也体现了我国古代耐火材料技术的高超。


关于坩埚附着钢的冶炼工艺,目前尚无更多的资料可寻,我们推测很可能是一种直接冶炼,即以铁矿石为原料,以木炭、煤炭作还原剂和渗碳剂,在坩埚中直接还原渗碳。一般而言,这样冶炼得到的产品应当是生铁,但控制得当,也可以得到钢。据说古印度的坩埚钢便是这样直接冶炼得到的。但古印度坩埚钢多未达到液态,而是一种胶融状的半液态,其出炉产品往往是一种组织和成分极不均匀的固体块。洛阳坩埚钢却是充分熔化了的。在西方,液态坩埚钢在1740年才出现,我国在汉代就炼出了液态坩埚钢,实在难能可贵



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