中国钢铁历史

中国是世界上最早生产钢的国家之一。

考古工作者曾经在湖南长沙杨家山春秋晚期的墓葬中发掘出一把铜格“铁剑”，通过金相检验，结果证明是钢制的。

这是迄今为止我们见到的中国最早的钢制实物。

它说明从春秋晚期起中国就有【炼钢】生产了，炼钢生产在中国已有2500多年的历史。

春秋战国时期，楚国制造的兵器闻名天下。

《史记·礼书》和《苟子·议兵篇》中都谈到楚国的宛（今河南省南阳）出产的兵器刃锋象蜂刺三样厉害，这肯定是钢制的。

因为铁制的刀剑过于柔软，不可能达到象蜂刺一样的锐利程度。

当时西方古罗马士兵使用的刀剑是熟铁的，在战场上交锋时一刺便弯，再刺之前非要放在地上用脚踩直不可。

公元1世纪时欧洲人普利尼曾经说过：“虽然铁的种类多而又多，但是没有一种能和中国的钢比美。

”可是春秋战国时期，中国人究竟是采取什么方法进行炼钢生产的呢？人们在文献资料中还没有找到记载，而考古工作者在对河北易县燕下都出土的部分钢兵器进行科学检验的时候却揭示出中国最古老的炼钢法。

我们知道，生铁、熟铁和钢的主要区别在于含碳量上，含碳量超过2%的铁，叫生铁；含碳量低于0.05%的铁，叫熟铁；含碳量在0.05%－2%当中的铁，称为钢。

中国古代最早的炼钢工艺流程是：先采用木炭作燃料，在炉中将铁矿石冶炼成呈海绵状的固体块，待炉子冷后取出，叫块炼铁。

块炼铁含碳量低，质地软，杂质多，是人类早期炼得的熟铁。

再用块炼铁作原料，在碳火中加热吸碳，提高含碳量，然后经过锻打，除掉杂质又渗进碳，从而得到钢。

这种钢，叫【块炼铁渗碳钢】。

河北燕下都出土的钢兵器，都是用块炼铁渗碳钢制造的。

用块炼铁透碳钢制造的刀，虽然比较锋利，但仍然达不到能够“斩金断玉，削铁如泥”的程度。

因为这种钢的质量还不够好，炼这种钢碳渗进的多少，分布的是否均匀，杂质除掉的程度，都非常难掌握，而且生产效率极低。

为了提高钢的质量，中国古代工匠从西汉中期起发明了“百炼钢”的新工艺。

所谓【百炼钢】，以一种含碳量比较高的炒炼产品作为原料，将块炼铁反复加热折叠锻打，千锤百炼，使钢的组织致密、成份均匀，杂质减少，从而提高钢的质量。

用百炼钢制成的刀剑质量很高。

1974年，山东省临沂地区苍山汉墓中，出土了一把东汉永初六年（公元112年）制造的钢刀，全长111．5厘米，刀背有错金铭文：“永初六年五月丙午造卅湅大刀吉羊宜子孙”。

“湅”，即是炼的意思。

这是迄今为止发掘出的最早的百炼钢类型的产品。

科学检验表明，这把钢刀含碳量比较均匀，刃部经过淬水，所含杂质与现代熟铁相似。

百炼钢的品种繁多，见于记载的有：“五炼”、“九炼”、“卅炼”、“五十炼”、“七十二炼”及“百炼”。

炼字前面这些具体数字的特定含义，研究者一般认为是指加热的次数，即炼了多少火。

北宋著名科学家沈括在《梦溪笔谈》里叙述磁州百炼钢的过程，就是连续烧锻百余次，至斤两不减为止。

曹操曾命有司造“百辟刀”五把，在《内诫令》中称它们为“百炼利器”。

孙权有三口宝刀，其中一口名“百炼”。

蒲元为刘备造的宝刀，上刻“七十二炼”。

由此可见，在三国时期，百炼钢已经相当普遍了。

百炼钢的需要越来越大，由于它的原料块炼铁的生产效率很低，冶炼出来以后必须经过“冷化”，才能得到，所以，百炼钢的发展受到限制。

百炼，则是反覆加热、折叠锻打一百次，使得杂质尽出，最精纯的钢。

可惜这样的技术太费工，动辄耗费数年，才得宝刀三五把。

百炼钢的技术，唐以後可能就失传了。

至宋时基本绝迹，因此当沈括在磁州锻场发现此种工艺时，竟然认为这才是“真钢”。

也有说一直沿用到了明清时期。

百炼法在中国本土虽然渐渐绝迹，但却在日本流传开来，成为制作东洋刀的不二法门，历经千万次的过火与锤炼方可制成一本绝世宝刀。

百炼钢，中国刀剑工艺最高水准，制作比较艰难，成本比较高，主要用来制造宝刀、宝剑等一类贵重器物，应用并不广泛，最后为效率更高的灌钢法所取代，【炒钢】，新的生铁炼钢技术，就是把生铁加热到熔化或基本熔化之后，在熔炉中加以搅拌，借空气中的氧把生铁中所含的碳化掉，从而得到钢。

这种炼钢新工艺，可以在东汉末年的史籍中找到间接的描述。

《太平经》卷七十二中记载：“使工师击冶石，求其铁烧冶之，使成水，乃后使良工万锻之，乃成莫邪（古代的利剑）耶。

”这段话虽然没有明确提出炒钢二字，却把炒钢工艺包含进去了。

因为把铁矿炼成液体，当然只能是生铁水，而在“乃后万锻”之前一定要炒成钢或熟铁才行（实际上熟铁就是含碳极低的炒钢），否则生铁是不能锻的，更甭说“万锻”了。

这是一个从铁矿石炼成生铁水，再炒出钢，最后锻造成优质兵器的全过程。

炒钢的发明，是炼钢史上的一次技术革命。

在欧洲，炒钢始于18世纪的英国，比中国要晚1600多年。

在三国时期，炒钢还是一种新技术，大多数的冶铁匠还没有掌握它。

从《诸葛亮别传》关于蒲元在斜谷口为诸葛亮铸刀，“镕金造器，特异常法，的记载中，我们可以判断：蒲元这次铸刀使用的一定是炒钢技术。

麻钢与钛钢、钨钢，是做豪华高尔夫球杆的最佳材料。

不仅不容易生锈，而且韧性比普通钢质更强，硬度比钛合金硬60%以上。

它也是制造枪炮的最好材料。

没有麻钢就没有精准的狙击步枪。

汉代的炼钢技术很发达，陇西曾出土过一把用麻钢制作的铁锹，决不比大马士革花纹钢差多少。

折叠花纹钢，反光太厉害，不够内敛。

中国的百炼钢就是一种【花纹钢】，大马士革刀上的花纹，是钢铁坩埚铸造时结晶的天然花纹；日本刀上的花纹，则是局部淬火法形成的温度线；中国的花纹钢，是百炼钢制作过程中不断折叠锻打後出现的纹理。

日本在三十五年前出土一把中国的钢刀，上面的错金铭文中，有「中平」、「百炼清刚」等字。

而中平，就是东汉灵帝的年号。

滴钢炼钢法，就是人拿着大火钳夹住铁块伸到炼钢炉中烧同时炼钢人还要不断的转动铁钳，铁块上的铁不断受到高温的烧炼最后变成液体滴到炉中成为钢材，这种方法简单易行，是明清时期的主要的炼钢法。

但它的致命弱点是效率太低，而且炼出的钢质量不高。

转炉炼钢法，就是将炼钢炉吊在火炉中，上面由机关控制着炉体不断的旋转，下面炉中的铁水均匀受热，而旁边鼓风机不停的吹着炉体使它不至于由于炉温过高而烧毁，这样反复煅烧多时整炉的钢就炼成了。

要想锻制出能够“斩金断玉，削铁如泥”的“神刀”，最后一道工序淬火也至关重要。

所谓【淬火】，就是先把打好的钢刀放在炉火上烧红，然后立刻放入冷水中适当蘸浸，让它骤然冷却。

这样反复几次，钢刀就会变得坚韧而富有弹性了。

淬火工序看起来容易，但操作起来极难掌握得恰到好处，烧热的火候、冷却的程度、水质的优劣，都有很大关系。

淬火淬得不够，则刀锋不硬，容易卷刃；淬火淬过头，刀锋会变脆，容易折断；淬火淬得合适，非有极其丰富的经验不可。

据《诸葛亮别传》上讲，蒲元对淬火用的水质很有研究。

他认为“蜀江爽烈”，适宜于淬刀，而“汉水钝弱”，不能用来淬力，涪水也不可用。

他在斜谷口为诸葛亮造刀，专门派士兵到成都去取江水。

由于山路崎岖，坎坷难行，所取的江水打翻了一大半，士兵们就掺入了一些活水。

水运到以后，当即就被蒲元识破了，“于是咸其惊服，称为神妙。

”在1700年前，蒲元就发现了水质的优劣会影响淬火的效果，这实在是了不起的成就。

而在欧洲，到近代才开始研究这个问题。

北齐时代，分别用牲尿和牲脂淬火。

牲尿含有盐分，淬火时比水冷却得快，淬火後刀刃钢质坚硬锐利；用牲脂淬火冷却慢，因此刀背钢质柔韧，可以抵销刃口受到的冲击，以免折断。

灌钢法，又叫团钢法，或生熟法，是中国早期炼钢技术一项最突出的成就。

17世纪以前，世界各国一般都是采取熟铁低温冶炼的办法，钢铁不能熔化，铁和渣不易分离，碳不能迅速渗入。

中国发明的灌钢法，成功解决这一难题，为世界冶炼技术的发展做出划时代贡献。

古代冶炼技术的演进春秋以前，中国的冶炼技术处于比较原始的阶段，当时使用的冶炼方法称为“块炼法”。

当时炼铁使用木炭作燃料，热量少，加上炉体小，鼓风设备差，因此炉温比较低，不能达到铁的熔炼温度，所以炼出的铁是海绵状的固体块，称为“块炼铁”。

块炼铁冶炼比较费时，质地比较软，含杂质多，经过锻打成为可以使用的熟铁。

钢铁冶炼技术的进一步发展到“块炼渗碳钢”。

出土文物表明，中国最迟在战国晚期已经掌握这种最初期的炼钢技术。

人们在锻打块炼铁和熟铁的过程中，需要不断地反复加热，铁吸收木炭中的碳份，提高了含碳量，减少夹杂物后成为钢。

这种钢组织紧密、碳分均匀，适用于制作兵器和刀具。

进一步发展到“百炼钢”技术。

人们在打制器物的时候，有意识地增加折叠、锻打次数，一块钢往往需要烧烧打打、打打烧烧，重复很多次，甚至上百次，所以称之为百炼钢。

百炼钢碳分比较多，组织更加细密，成份更加均匀，所以钢的品质提高，主要用于制作宝刀、宝剑。

在西汉中晚期，中国出现新的炼钢技术“炒钢”，这是在生铁冶铸技术的基础上发展起来的一种炼钢技术。

大约在春秋末期，中国就已经发明生铁冶铸技术，以后经过长时间的实践和探索，逐渐形成利用生铁为原料的炒钢技术。

其基本方法是将生铁加热成半液体和液体状，然后加入铁矿粉，同时不断搅拌，利用铁矿粉和空气中的氧去掉生铁中的一部分碳，使生铁中的碳含量降低，去渣，直接获得钢，这就是炒钢技术。

这项技术的发明是炼钢技术的重大突破，使冶炼业能向社会提供大量廉价、优质的熟铁或钢，满足生产和战争的需要。

炒钢的出现促进百炼钢技术的发展，人们以炒钢为原料，经过反复加热、折叠、锻打成质量很好的钢件。

但是炒钢和百炼钢技术还存在一定缺陷，如炒钢工艺复杂，不容易掌握；百炼钢费工费时。

大约在东汉末，可能出现炼钢新工艺“灌钢”法的初始形式。

南北朝时，綦毋怀文对这一炼钢工艺进行了重大改进和完善。

綦毋怀文的炼钢方法是:“烧生铁精，以重柔铤，数宿则成钢”，就是说，选用品位比较高的铁矿石，冶炼出优质生铁，然后，把液态生铁浇注在熟铁上，经过几度熔炼，使铁渗碳成为钢。

由于是让生铁和熟铁“宿”在一起，所以炼出的钢被成为“宿铁”。

灌钢法是中国古代炼钢技术上一个了不起的成就。

同百炼法或炒炼法比较，其优点1)生铁作为1种渗碳剂，因熔化后温度高，加速向熟铁中渗碳的速度，缩短冶炼时间，提高生产率。

(2)熟铁因为碳的渗入而成为钢，生铁由于脱碳也可以变成钢，增加了钢的产量。

(3)在高温下，液态生铁中的碳、硅、锰等与熟铁中的氧化物夹杂发生反应，去除杂质，纯化金属组织，提高金属品质。

(4)灌钢法操作简便，容易掌握。

要想得到不同含碳量的钢，只要把生铁和熟铁按一定比例配合好，加以熔炼，就可获得。

使钢的产量和品质大大提高，宋代又把生铁片嵌在盘绕的熟铁条中间，用泥巴把炼钢炉密封起来，进行烧炼，效果更好。

明代又有改进，把生铁片盖在捆紧的若干熟铁薄片上，使生铁液可以更好均匀地渗入熟铁之中。

不用泥封而用涂泥的草鞋遮盖炉口，使生铁可从空气中得到氧气而更易熔化，从而提高冶炼的效率。

明中期以后，灌钢法更进一步发展为苏钢法以熟铁为料铁，置于炉中，而将生铁板放在炉口，当炉温升高到1300℃左右，生铁板开始熔化时，既用火钳夹住生铁板左右移动，并不断翻动料铁，使料铁均匀地淋到生铁液；这样，既可产生很好的渗碳作用，又可产生剧烈的氧化作用，使铁和渣分离，生产出含渣少而成份均匀的钢材。