讲讲中国古代的“百炼钢”工艺!!!

百炼钢 中国古代将炒钢经反复折叠锻打变形而制成的钢及其工艺。其特点是反复加热锻打。多次反复锻打可排除钢中夹杂物,减少残留夹杂物的尺寸 ,从而使其成分趋于均匀,组织趋于致密,细化晶粒,改善钢的性能。古代工匠把“精铁”加热锻打一百多次,一锻一称一轻,直到斤两不减,即成百炼钢。魏晋时期是百炼钢的鼎盛时期。唐宋之后,因灌钢工艺的发展等原因,百炼钢有所减少。

除“百炼”外,古代还有“五十炼”、“三十炼”、“七十二炼”、“九炼”之说。

中国古代许多宝刀、宝剑都是用这种方法制成的。三国时期曹操有“百炼利器”五把;孙权有三把宝刀,其中有一把就命名为“百炼”。

宋应星天工开物》中说:“刀剑绝美者以百炼钢包裹其外。”可见百炼钢是质量优良的钢。

1961年日本天理市栎本町东大寺山古墓发现中国东汉钢刀,上有错金铭文24字:“中平□□五月丙午造作〔支刀〕百练清〔刚〕上应星宿〔下〕辟〔不祥〕”(见图)。中平是东汉灵帝年号(185~189)。日本奈良石上神宫藏有东晋太和元年(369)为倭王“造百练乯七支刀”。日本稻荷山古墓出土铁剑有错金字115个,也有“百炼”一词。是公元471年或531年日本制品。类似的还有江苏徐州出土“五十炼”钢剑(公元77年造),出东临沂苍山出土“卅练”钢刀(公元112年造)和传世品“卅炼”金马书刀。

对出土文物的初步研究表明,百炼钢是用炒钢作为原料,加热后反复折叠锻打,或用数种成分不同的原料反复叠锻得到的。钢件组织致密,成分均匀,夹杂物细化。经金相组织研究,五十炼钢剑的高、低碳层共50~60层。



百炼钢的工艺操作

沈括《梦溪笔谈》卷三云:“予出使至磁州,锻坊观炼铁,方识真钢。凡铁之有钢者,如面中有筋,濯尽柔面,则面筋乃见,炼钢亦然。但取精铁锻之百余火,每锻称之,一锻一轻,至累锻而斤两不减,则纯钢也,虽百炼,不耗矣。此乃铁之精纯者,其色清明,磨莹之,则黯然青且黑,与常铁迥异。亦有炼之至尽而全无钢者,皆系地之所产。”此“精铁”指百炼钢原料,应是含碳量稍高,所含夹杂不十分多的铁碳合金。“一锻一轻”,应是不断去除夹杂,氧化铁皮不断产生并脱落之故。“累锻而斤两不减”应是相对而言的。“炼之至尽而全无钢”可能是含硫较多、产生热脆的缘故。这是我国古代文献中对百炼钢工艺和原理记述得最为详细的一段文字。可见“百炼”即是百锻,其中心环节是反复锻打,“百炼钢”就是去除夹杂后的一种“纯钢”。从现代技术原理看,反复锻打除了排除夹杂外,还可均匀成分、致密组织,有时亦可细化晶粒,从而极大地提高材料质量。许慎《说文解字》云:“锻,小冶也。”这是很有道理的。有学者认为“百炼”的中心环节是渗碳,百炼钢是一种渗碳钢;又有学者认为“百炼”的中心环节是脱碳,百炼钢是一种生铁脱碳炼钢,这都是一种误解。我们以为百炼过程中,金属含碳量虽可能有些变化,但此非百炼的目的。

关于“百炼”的具体操作,从多方面的资料来看,至少应包括三种类型:

(1)多层积叠锻合法,即把许多块料积叠并锻合在一起。这些原料的成分可以相同,也可以不同;积叠锻合后也可再次折叠。这有三方面资料可为佐证。

一是文献记载。据曹植《宝刀赋》云,建安中,曹操作宝刀五枚,曹操在《内诫令》中称此刀为“百炼利器”,在《百辟刀令》中又谓之“百辟刀”。“辟”者,襞也,多层积叠、反复折叠也。说明此“百辟”是“百炼”的一种具体方式。

二是实物资料。科学分析表明,永初六年“卅湅刀”和建初二年“五十湅”长剑金相组织都明显分层,前者在刃部取样含碳量约0.6-0.7%,夹杂物细薄分散,变形量较大,分布均匀,大体为30层左右。后者刃部组织分为三部分,中心部分约可分为15层,含碳量0.7-0.8%,组织均匀;两个边部对称,各有20层左右,含碳量不甚均匀,高碳部分为0.6-0.7%,低碳部分为0.3-0.4%,总计为50余层。柯俊等:《中国古代的百炼钢》,《自然科学史研究》1984年第4期。可见在早期百炼钢工艺中,炼数与组织层数之间存在一定关系。当然,未必所有百炼钢皆是如此,“百”当言多,而非严格的数字指数。

三是日本刀工艺。据研究,日本刀的皮部、心部往往都由多层积叠的材料锻合而成。皮部常用含碳量1.3%左右的“玉钢”制作,先把玉钢锻成许多小块,后将其积叠锻合,再横向、纵向折叠,据说要反复折叠23次。心部常用含碳量稍低的“庖丁铁”与“玉钢”混合锻打,比例为2∶1。锻合后还要折叠10次以上。内田天夫:《大日本刀剑新考》,1934年,第297、298页。

(2)单料反复折叠锻合。未折叠前若材料为一层时,经`次折叠后,便会出现2n层。现代龙泉宝剑曾有“九炼”之说,“九”亦含“久”意,但实际锻打次数取决于原料质量和对产品性能的要求,通常要锻打半天。日本刀也有类似的操作,有人说新刀期要折叠15次,得到32768层组织;又有人说近世之日本刀不过折叠7-8次,得到128或256层组织本间顺治:《日本刀》,岩波书店1939年,第34-36页。;在金相显微镜下,此组织有时能够分解,有时不能分辨。

(3)旋绕锻合法。魏源《海国图志》引黄冕《飞炸弹炮说》云:“用铁条烧熔百炼,逐渐旋绕成团,每五斤方能炼成一斤。”据调查,二十世纪三十年代以前,北京宝刀工艺中也有一种类似的操作,但其旋绕锻合的次数视情况而定。

百炼钢因制作艰难,金属收得率低,所以主要用作宝刀宝剑一类名贵器物,普通刃器和生产工具应用甚少。



因为没有找到“百炼钢“的武器图片,所以本篇帖子没有陪图,望刀友们见谅。。

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