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四、灌钢及其工艺原理

灌钢工艺是我国古代刃钢生产的主要方法。它以生铁和“熟铁”一种含碳量较高的炒炼产品为原料，将它们加热到生铁熔点以上，合炼而成钢。

一灌钢工艺的发明和发展

我国古代关于灌钢的记载始见于东汉晚期。全后汉文卷九十一王粲177217年刀铭云:“相时阴阳，制兹利兵，和诸色剂，考诸浊清；灌襞已数，质象已呈。附反载颖，舒中错形。”此文所述为制作宝刀的全过程。其中的“灌”即灌炼，“襞”原指衣服上的褶裥，在此应指钢铁材料的多层积叠、反复折叠。“灌襞已数”即是多次灌炼。可见东汉末年，人们便用灌钢制作刀剑，其发明年代至迟在东汉晚期。何堂坤：关于灌钢的几个问题，科技史文集第15辑，上海科技出版社1989年版。

稍后，晋张协七命也谈到过与王粲刀铭所云相似的工艺:“销踰羊头，镤鍱越锻成，乃炼乃铄，万辟千灌；丰隆奋椎，飞廉扇炭。”此“销”，唐李善引许慎说为“生铁也”。鍱，广雅释为铤。李善注云:“辟谓叠之，灌谓铸之”。六臣注文选卷三五张协七命注。所以，此“万辟千灌”便是指多层积叠，多次灌炼，即是灌钢工艺。

南北朝时，灌钢在我国南北各地推广开来，且用于农具制作中。重修政和经史证类备用本草卷四“玉石部”引梁陶弘景云:“钢铁是杂炼生鍒作刀镰者”。北齐綦毋怀文亦制作过灌钢刀。及宋，各种记载更多。张君房云笈七签卷七十八载:“灌刚之时，必须林栗等炭，余皆不堪用。”又云:“取自然成刚铁上，次取擣刚五灌已上者佳。”重修政和经史证类备用本草卷四又引北宋苏颂图经本草云:“以生柔相杂和，用以作刀剑锋刃者为钢铁。”灌钢在我国一直沿用到明清，本世纪三十年代还在四川等地流行。

李时珍本草纲目卷八“钢铁”条:“钢铁有三种，有生铁夹熟铁炼成者，有精铁百炼出钢者，有西南海山中生成状如紫石英者。”前者即是灌钢，次者百炼钢，后者系金刚石之误。可见在古人心目中，灌钢是我国古代钢的主要品种之一。因其含碳量较高，通常主要用来制作刀、剑、镰等兵器、生产工具的锋刃部，对我国古代社会生产的发展起到了重要的作用。

二灌钢的工艺操作

宋代以前这方面的记载很少，宋以后至少有三种不同的工艺类型。

第一种，生铁陷入法。沈括梦溪笔谈卷三云:“世间锻铁所谓钢铁者，用柔铁屈盘之，乃以生铁陷其间，封泥炼之。锻令相入，谓之团钢，亦谓之灌钢。”此“柔铁”即古代“熟铁”。此“封泥”的作用有三:1使铁料各部分均匀受热，让生铁缓慢熔化。2防止生铁熔化后的流失，使之更好地与柔铁作用。3防止和减少碳在炉气中的烧损。

第二种，生铁覆盖法。宋应星天工开物卷一四云:“凡钢铁炼法，用熟铁打成薄片，如指头阔，长寸半许，以铁片束包尖夹紧，生铁安置其土上原注:广南生铁名堕子生钢者妙甚。又用破草履盖其上原注:粘带泥土者，故不速化，泥涂其底下。洪炉鼓鞴，火力到时，生钢先化，渗淋熟铁之中，两情投合。取出加锤，再炼再锤，不一而足。俗名团钢，亦曰灌钢者是也。”此操作比生铁陷入法又有了一些进步:1生铁置于“熟铁”上，熔化后向下渗淋，就增加了生、“熟”铁接触反应的机会，减少了生铁流失的机率。2不需封泥，而是上盖破草履，下涂泥，简化了操作。3“熟铁”为薄片状，增加了反应面，提高了生产率。

第三种，生铁浇淋法。约始创于明代中期，清时在安徽芜湖，湖南湘潭等地都较兴盛，因传为江苏工匠始创，又名之为“苏钢”。

明代唐顺之武编前编卷五“铁”条说:“熟钢无出处，以生铁合熟铁炼成，或以熟铁片夹广铁，锅涂泥入火而团之，或以生铁与熟铁并铸，待其极熟，生铁欲流，则以生铁于熟铁上，擦而入之。”此“熟钢”即灌钢，这里谈到两种操作，前者与沈括所云相类似，后者即是苏钢工艺。

陈春华嘉庆芜湖县志卷一也有苏钢的记载:“居于廛治钢业者数十家，每日须工作不啻数百人。初锻熟铁于炉，徐以生镤下之，名曰餧铁，餧饱则镤不入也。于时渣滓尽去，锤而条之，乃成钢。”光绪湘潭县志卷十一、1935年出版的中国实业志湖南第七篇都说到湘潭苏钢是乾隆年间从芜湖传去的。可知芜湖苏钢应在清代早中期便较发达。

与前二法相比，苏钢操作的优点是:1其“熟铁”仅仅是初锻过的，组织较为疏松，便增大了生、“熟”铁接触反应面，所含氧化夹杂亦较多，可提高碳氧反应的强度，增强去渣能力。并且，部分氧化亚铁可被还原，就提高了金属收得率。2生铁不是直接覆盖于“熟铁”之上，亦非夹于“熟铁”间，从“以生铁于熟铁上，擦而入之”、“徐以生镤下之”两句来看，生铁、“熟”铁是保持一定距离的，便可有控制地进行灌淋。据周志宏先生1938年调查，周志宏：中国早期钢铁冶炼技术上创造性的成就，科学通报1956年2月。重庆北碚苏钢亦采用类似的操作。无需封泥、涂泥，以及覆盖破草履，亦简化了工序。

此三种操作反映了灌钢技术不断发展和人们认识逐渐深化的过程。

三灌钢的工艺原理何堂坤：中国古代炼钢技术初论，关于灌钢的几个问题，分别见科技史文集第14辑1985年、第15辑1989年，上海科学技术出版社。