世界上,在1740年坩堝製鋼法發明之前,最先進的製鋼技術當推中國古代創造的“灌鋼”冶煉法。經過南北朝、隋、唐、宋、明等曆朝代的改進與發展,使得我國古代的煉鋼技術在世界占有舉足輕重的位置,為我們中華民族爭得了榮譽。
灌鋼”,又稱“團鋼”。它是由生鐵和熟鐵合在一起冶煉得到的一種含碳量較高且質地均勻的優質鋼(含碳量0.05%~2.0%的鐵稱為鋼)。這種具有獨創性的灌鋼冶煉方法,至少在南北朝時期就已經發明了。據文獻記載,這種先進技術的最初實踐者,是北朝東魏、北齊間(公元550年前後)的著名冶金家綦毋懷文。
綦毋懷文是個講究“道術”的人,在北齊的信州做過刺史。他曾煉造出一種“宿鐵刀”。這“宿鐵”,就是後世所說的“灌鋼”。《北史·藝術列傳》裏記錄有他的這一發明創造。書中記載說,綦毋懷文製造有宿鐵刀。他的方法是,選用品位比較高的鐵礦石,冶煉出優質生鐵,然後把液態生鐵灌注到熟鐵上,這樣幾度熔煉,就成了鋼了。鋼煉成之後,他便以熟鐵作刀背,用鋼作刀鋒,並用動物的尿和油脂來淬火。用這種方法製造的宿鐵刀,能一下子砍斷三十多塊疊放在一起的胄甲片。
由此,我們可以看出,綦毋懷文不僅最早實踐了“灌鋼”冶煉法,還創造了畜尿和油脂兩種淬火介質,這是綦毋懷文在鋼的熱處理技術上的一大創新。在這之前,人們一般都用水作為淬火的介質,而綦毋懷文用牲畜尿和動物油脂作為冷卻劑,一方麵,擴大了淬火介質的使用範圍,另一方麵,可以獲得不同的冷卻速度,從而得到不同性能的優質鋼材。
在我國古代煉鋼技術上,“灌鋼法”是一項卓越非凡的成就。它的發明和推廣,對於增加鋼的產量,改善兵器、農具和手工工具的質量,都有著重大的意義,到宋朝時,就已成為當時的主要煉鋼方法。在沈括的《夢溪筆談》中,除了記有當時的冶煉方法外,還首次提到“灌鋼”一詞。他認為:所謂煉鋼,就是在煉鋼爐中,把熟鐵屈繞成盤,並將生鐵片嵌在盤繞的熟鐵條中間,然後用泥把煉鋼爐密封起來燒煉。待煉成後取出來煆打。用這種方法煉出來的鋼,稱為團鋼,也叫灌鋼。
時至明代,這種灌鋼的冶煉技術又有了很大程度的發展。著名科學家宋應星在他所著的《天工開物》一書中,詳細地記述了當時的灌鋼工藝。他說:煉鋼的方法,是先把熟鐵打成像手指頭那樣寬、一寸半左右長的薄片,然後用熟鐵片束包紮緊,再將生鐵放在紮緊的熟鐵片上麵。隨後,蓋上破草鞋(要用沾有泥土的,這樣才不至於立即被燒毀),在鐵片底下還要塗上泥漿。當這一切都做完之後,把它放進洪爐裏,用勁鼓風,達到需要的溫度時,生鐵便先熔化成鐵液,滲淋到下麵的熟鐵中,兩者便互相融合了。這時,就可取出錘打。經過再煉再錘,反複多次才行。這樣錘煉出來的鋼,俗稱團鋼,也叫灌鋼。
由此,我們可以看出,明代灌鋼的冶煉方法已跟宋代大不相同:人們不再用泥封爐,而改用塗泥的草鞋遮蓋;不把生鐵片嵌在盤繞的熟鐵條中,而把生鐵片覆蓋在捆緊的熟鐵片上。這兩種方法的改進是具有很大進步性的。
中國曆朝代的“灌鋼”技術,盡管有著不同的操作工藝,但在世界範圍內都一度走到了先進的行列。這些獨到的發明創造、這些先進的科學技術成果,都凝結著我國古代勞動人民的汗水和智慧結晶。
科海拾貝
明代還產生了一種新型的灌鋼冶煉方法,俗稱“蘇鋼”。相傳,“蘇鋼”是由江蘇人發明的,因此得名。“蘇鋼”是灌鋼發展的高級階段,關於它的冶煉方法,明朝的唐順之在他所著的《武編·前編·鐵》中有簡略的記載,大意是說,把生鐵與熟鐵放在一塊冶煉,等到生鐵熔化、鐵汁欲流時,則將生鐵水擦入熟鐵中,灌鋼就煉成了。