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简易的炼钢方法,这就给了铸造铁器以沉重打击。中国从青铜时代开始,就严重缺乏锻造和热处理经验,无法像其他大文明一样直接走表面渗碳制钢的道路。而灌钢法使中国人得以绕开这条艰难之路,按照后来宋朝时期的灌钢法,锻造铁体钢刃农用工具是比较容易的(相对表面渗碳而言),从南北朝开始,锻造铁器开始逐渐排挤铸造铁器;第二、焊接技术也从此普及,这就为更加优质的兵器和农工具的出现开辟了广阔的道路。像早期百炼钢刀那样虽然锋利,但却很“脆”的兵器从此不再出现,而局部淬火的重要性也下降了(淬火对熟铁影响不大)。所以在那本笔记之中,李曜的祖父数次强调,说綦毋怀文不愧为中国冶金史上的杰出人物。因为强调的次数比较多,李曜也就记得比较牢固。
据《重修政和经史证类备用本草》卷四《玉石部》引用的陶弘景的话说:“钢铁是杂炼生鍒作刀镰者。”有这样的观点,说明南北朝时期的人们,或许就已经把灌钢作为一种普遍运用的制钢法了。至于它的发明时代,李曜的祖父估计是在东汉末年。
南北朝之后,灌钢法得到不断发展,逐渐成为这一时期乃至是此后整个中国古代最重要的炼钢法,然而可悲的是,它也逐渐走向了它的反面,从帮助锻造铁器打败铸造铁器,到阻碍锻造技术在中国的发展。李曜的祖父在笔记中思考和论述过,灌钢法发生这种转变的原因到底是什么?
笔记中谈到,沈括的《梦溪笔谈》是最早详细介绍灌钢法的古书,有关的卷三《辩证一》中说:“世间锻铁所谓钢铁者,用柔铁屈盘之,乃以生铁陷其间,泥封炼之,锻令相入,谓之‘团钢’,亦谓之‘灌钢’。此乃伪钢耳,暂假生铁以为坚,二三炼则生铁自熟,仍是柔铁。然而天下莫以为非者,盖未识真钢耳。”沈括虽然政治上有污点,但科学上贡献很大,这里就比较清楚的说明了宋代灌钢的一般工序。
虽然沈括记载的是宋代灌钢技术,但据李曜所知,后世大部分的铁坊也都是这么做的,包括淘宝网上那些卖龙泉宝剑的铁坊,这样做的似乎也有不少。具体就是把熟铁条卷成螺旋状,然后把生铁片塞入螺旋之间的空隙中。然后用泥封住炉灶,或者是封住铁团本身,开始燃烧加温,直到1200摄氏度以上,生铁熔化,由于泥封,生铁不会因氧化脱碳,而是变成铁水流入熟铁之间,然后冷却取出铁团锻打,就宣告炼制成功。而代州李家的李记铁坊所采用的办法跟这个法子倒是略有不同,主要是在前面几道工序有区别。李记铁坊是将熟铁锻成细条,然后盘成一团(形状大概类似蚊香),然后把生铁片置于熟铁“蚊香”之上,后面的工序则都一样。
这两种办法听起来都是不错的办法,技术简单,成本低廉,而炼出来的是钢。然而李曜很清楚,有两个问题不能忽视:第一、铁水本身,不是好的渗碳剂。除了中国的灌钢和欧洲曾短暂尝试的弥散法之外,古今都没有采用生熟铁杂合炼钢法的,尤其现代炼钢业无一采用这种方法,这就很能证明问题了。
铁水是一种粘稠的液体,这种特性使碳分和其它杂质较多的留在它的内部(不要忘记灌钢时铁团已经被泥封起来了,氧化现象是比较少的)而较少扩散出去。通俗一点说,就是让铁水熔化渗入熟铁,使它渗碳,这就好像把白糖洒在白饭上面,然后放入锅里蒸,却指望它从内到外变得一样甜那么困难(相信这个生活经验诸君都有)。所以绝大多数情况下,只能使碳分渗入熟铁较浅部位,而冷却后的铁水,成为钢中的高碳部分。也就是说,灌钢的特点就是含碳量不均匀;第二,更简单的问题在于地球重力。那铁水熔化后,会向下流,冷却后造成钢坯下部含碳量较高而上部含碳量较低——好吧,其实仍是含碳量不均匀。
那么解决这个问题的方法有没有?有。就是重复这一过程。早期灌钢耗费工
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