本期“典籍中的工人”
為你講述這些冷知識背后的趣事！
撰文 | 獨孤放牛（詹船海）
編輯 | 李冠杰
沈括看見的百煉鋼
我們從小就略知一二，北宋有位官員科學(xué)家叫沈括，他著的《夢溪筆談》是我國科學(xué)史上一部重要著作。在《夢溪筆談》卷三，他寫到鋼鐵——《鍛鋼之法》。
“鐵之有鋼者，如面中有筋，濯盡柔面，則面筋乃見，煉鋼亦然?！?/p>
他以面筋與面的關(guān)系喻鐵與鋼的區(qū)別，我們古代的科學(xué)家只能借助文學(xué)的手段來表達他們的發(fā)現(xiàn)，這一點我們要理解。其實即使在今天，我們也需要這樣的科普手段，給我這類“文科生”一點自信、一雙慧眼。
△沈括與《夢溪筆談》
沈括說，那年他出使磁州（今河北磁縣），至該地鍛坊看煉鐵，方識真鋼，并看見那真鋼是怎樣煉成的。其法：取精鐵加熱鍛打一百多次，每鍛一次稱一次，每稱一次就輕一點，直鍛到不能再輕一點，就是純鋼了。此乃鐵之精純者，其色清明，磨光后呈青黑色，與常鐵迥異。
百煉鋼法
沈括所記之煉鐵法，主要是鍛，即所謂“鍛煉”，俗謂打鐵。當然，打鐵還有一層意思是鑄造。我們記憶中鐵匠爐中的打鐵，就是在鑄造過程中，如打一把镢頭、一把鐮刀等?，F(xiàn)在我們清楚了打鐵也是一種冶煉工藝。《說文》釋“鍛”字為“小冶”，可理解為輔助性、進一步性的冶煉，或精煉，可專指煉鋼?！按笠薄眲t指冶煉礦石，即煉鐵、煉銅等。用反復(fù)鍛煉法所成之鋼，就是百煉鋼，此法亦即所謂“千錘百煉”“百煉成鋼”。
嘿嘿，“鍛煉”“錘煉”“精煉”“千錘百煉”百煉成鋼”，從給老師寫作文起就常用的詞，終于知道是怎么回事了吧？本是勞動技術(shù)，是工藝名稱，因為充滿了勞動的正能量，就轉(zhuǎn)化為精神上的正能量詞語，其中如“精煉”等，還恰好是要求我們把作文寫好的詞。我們再次從古代工人的勞動創(chuàng)造中發(fā)現(xiàn)物質(zhì)變精神的造詞秘密。
“打鐵還須自身硬”，這句俗話的另一層意思：打鐵是為了鐵的硬，鋼硬。從現(xiàn)代技術(shù)原理看，反復(fù)鍛打可以排除夾雜，還可均勻成分、致密組織，有時亦可細化晶粒，這就硬了。因不斷去除夾雜，氧化鐵皮不斷產(chǎn)生并脫落，所以每鍛一次就輕一點，直到不能再輕一點，自然純之又純、硬之又硬，鋼性十足。
沈括所看見的作為原材料的精鐵，有解釋說是指含碳量稍高，所含夾雜不多的鐵碳合金。這即是說，這精鐵，已經(jīng)是鋼了，之所以還要精益求精地?zé)?，主要目的只是為了進一步去除夾雜、致密組織等，百煉前后的含碳量倒無明顯變化。
但也有釋此“精鐵”為熟鐵者，這樣，百煉的主要目的就是滲碳成鋼。
先不細辯此間是非。但最初的百煉鋼確實是指將質(zhì)柔的熟鐵或塊煉鐵用木炭反復(fù)加熱折疊鍛打的煉鋼法。鍛打去除夾雜物，木炭燃燒，碳微粒就均勻地滲進鋼鐵層中，成為塊煉滲碳鋼——原始的鋼。反復(fù)折疊鍛打精煉，以之鑄造刀劍。百煉技術(shù)始于戰(zhàn)國晚期，成熟于東漢，鼎盛于魏晉時期。
自然，大家一開始就明白了，“百煉”只是概言次數(shù)之多，并非一定要一百次以上。數(shù)十次可能是有的。東漢早期，刀劍往往有銘文，記錄煉的次數(shù)。
1974年山東蒼山出土的鐵刀銘文為：“永初六年（112年）五月丙午，造三十湅（煉）大刀?！?978年江蘇徐州出土長劍的銘文為：“建初（77年），蜀郡……造五十湅……劍。”三國時蜀漢制刀名匠蒲元造的刀則都刻“七十二湅”。
時人認為，煉的次數(shù)越多，刀劍就越好，后來就競稱百煉。其實，如果是好鐵，何須百煉。百煉畢竟是效率低下的表現(xiàn)，且因此成本高企。東漢的唯物主義者王充就在他的《論衡》中說：“有好鐵，有好工匠，煉一次就能制出好劍?！?/strong>
我國在西漢時期還發(fā)明和應(yīng)用了炒鋼技術(shù)。
炒鋼法
炒鋼的原料是生鐵，操作要點是把生鐵加熱到液態(tài)或半液態(tài)，利用鼓風(fēng)或撒入精礦粉等方法，令硅、錳、碳氧化，把含碳量降低到相當于低碳鋼和熟鐵的層次上。炒鋼因在冶煉過程中要不斷攪拌，好像炒菜，故名。
炒出來的熟鐵或低碳鋼，亦須反復(fù)鍛打，得到百煉鋼，亦即成為中碳鋼和高碳鋼，成就兵器的鋒利。上文說到出土實物“三十湅”大刀和“五十湅”長劍，經(jīng)科學(xué)鑒定，都是以炒熟鐵鍛打而成。
炒鋼出品，自然是品質(zhì)較好的鐵，是精鐵。根據(jù)我們剛才的分析，精鐵不必?zé)捘敲炊啻?。如此看來，沈括在磁州那家鍛坊看到的精鐵，未必很“精”。
綦毋懷文的灌鋼法
百煉成鋼既是效率低下的表現(xiàn)，就有工匠致力于技術(shù)革新。灌鋼法就是這樣的革新，而與這項革新連在一起的工匠是有名有姓的，叫綦毋（qí wú）懷文。
人物介紹
綦毋懷文，襄國沙河（今河北邢臺沙河）人，生活在公元六世紀北朝的東魏、北齊時代，曾經(jīng)做過北齊的信州（今河南省沈丘縣）刺史等。
成就：著名冶金家，襄國宿鐵刀的發(fā)明者。他總結(jié)了歷代煉鋼工匠的豐富經(jīng)驗，對古代一種新的煉鋼方法——灌鋼法作出了突破性發(fā)展和完善，同時在制刀和熱處理方面也有獨特創(chuàng)造，為中國冶金技術(shù)的發(fā)展作出了劃時代貢獻。
灌鋼法始創(chuàng)于東漢，到綦毋懷文手里再作革新，趨于成熟，得以推廣應(yīng)用。所以我們就將此功歸于綦毋，并封他為冶金家。
灌鋼法
沈括在上述筆記中首先記道，世間鍛鐵成鋼的方法，是把“柔鐵”（熟鐵）盤屈起來，把生鐵鑲嵌其間，用泥封好后燒煉，再鍛打使生熟互摻，謂之“團鋼”，亦謂之“灌鋼”。
與百煉法和炒鋼法相比，灌鋼操作簡單。生、熟鐵抱團，溫度尚未達到更高時，熔點較低的生鐵就先熔化成“水”，灌到熟鐵當中，生熟中和，成為新的一團。
接著我們用現(xiàn)代科學(xué)術(shù)語描述，液態(tài)生鐵中的碳分及硅、錳等與熟鐵中的氧化物夾雜發(fā)生劇烈氧化反應(yīng)，這樣可以去除雜質(zhì)，純化金屬組織，提高金屬質(zhì)量。
然后也是反復(fù)折疊、鍛打，但次數(shù)已少得多。沈括看見的是，三三煉就行了。
《北齊書 ·綦毋懷文傳》描述此法是：“燒生鐵精（生鐵溶液），以重（重疊）鍒鋌（指熟鐵），數(shù)宿則成鋼”。“數(shù)宿成鋼”，這里的描寫很生動而又富有哲理：生鐵和熟鐵在一起“睡”了幾次，就有了鋼。這樣子成的鋼就叫宿鋼或宿鐵。
我們已說過我國古代煉鋼有加法（熟鐵和塊煉鐵的滲碳成鋼，具體則百煉鋼），有減法（生鐵的脫碳成鋼，具體則炒鋼），然則灌鋼法即為加減法，其背后蘊含著“沖氣以為和”“和實生物”的技術(shù)思想。
灌鋼“數(shù)宿成鋼”，比百煉鋼提效至少數(shù)倍，也比炒鋼省時多多。灌鋼出，就取代了炒鋼和百煉鋼，至宋代流行全國，成為當時主要的煉鋼方法。在1740年英國亨茨曼(B.Hunsman)發(fā)明坩鍋煉鋼法之前，灌鋼技術(shù)一直是世界上最先進的煉鋼方法。
然而沈括卻在上述筆記中稱灌鋼是“偽鋼”，他認為，在這種辦法中，熟鐵只是暫時假借生鐵而變硬，再經(jīng)二三次鍛煉后，也只是把生鐵鍛成了熟鐵，都是假的鋼，不是他所見到的百煉之后的真鋼。不得不說，沈括兄錯了。他一不小心忽略了灌鋼是一種更先進的技術(shù)。我們今天賦予“百煉成鋼”這個詞以一種無限的褒意，也建立在同樣忽略的基礎(chǔ)上。
“好鋼用在刀刃上”的宿鐵刀
綦毋懷文在制刀方面也做出了杰出貢獻。
我們已經(jīng)知道，在綦毋懷文之前，我國制刀大都用百煉鋼，費時費力，成一鋒利，往往曠日持久，且花費高昂。如三國曹操命有司制作寶刀5把，竟耗時三年。還有人匡算，東漢時期，一把名鋼劍的價錢相當于7個人兩年零9個月的口糧！
更先進的技術(shù)意味著可以用更小且很小的代價生產(chǎn)質(zhì)優(yōu)且更優(yōu)、價廉且更廉的產(chǎn)品，否則那先進就沒有意義，沒有生命力。
于是綦毋懷文著手對制刀工藝進行重大革新。與我們分享過的鑄造復(fù)合青銅劍的工藝相似（典籍中的工人?：它被人稱為“惡金”，卻帶來了黃金時代！ ），他的革新也是復(fù)合式的，他用灌鋼法煉制的鋼做成刀的刃部，而用含碳量低的熟鐵作刀背，以鋼保證刃口鋒利，以韌性熟鐵制刀背，則保證刀背在遭遇沖擊時不輕易折斷。呵呵，忽然就起一句俗話：“好鋼要用在刀刃上”，這下算透徹理解啦！又想起“剛?cè)嵯酀边@個詞，這會兒也從一把刀子身上又明白了一次。
以上辦法不僅能制成更好的刀，還大大節(jié)省了價比鐵貴的鋼材，降低了制刀成本，符合我們對技術(shù)革新的要求。
綦毋懷文制的刀就叫“宿鐵刀”，名牌。鋒利無比，能一下子斬斷30札鐵甲。值得一提的是，他能制成那么好的刀，還與他在淬火方面也有絕活有關(guān)系。
淬火，我們在民間打鐵坊中看到過，將加熱紅透的工件夾起來浸入冷水中，急速冷卻，增加其強度和硬度。工件入水，嚓啦一聲，青煙騰冒，我腦中就貯存著這樣的印象。這是一種熱處理工藝，用的是“冷處理”的手段（“淬火”也引申成為一個育人成才的詞）。
我國在戰(zhàn)國時代掌握了淬火技術(shù)，一般都是用水作為冷卻介質(zhì)。但不同的水因冷卻速度不一，也會影響刀性。
三國演義時代，這個奧秘就被蜀漢那位制刀名匠蒲元認識到了。據(jù)宋《太平御覽》記載，蒲元在斜谷(在今陜西眉縣)為諸葛亮造刀三千口，每把刀都能劈開裝滿鐵珠的竹筒，被譽為神刀。蒲元造刀的主要訣竅在就在于其獨特的淬火技術(shù)。他淬火時并不就近舀取漢江之水，寧遠道運輸成都的蜀江之水，因“漢水鈍弱，不任淬用”，而“蜀江爽烈，是謂大金之元精”。說白了就是，蜀江水冷卻速度要比漢江水大，能淬出更好的刀。
蒲元終究還在水上做文章，綦毋懷文則突破了水，因而取得了更大的成功。
綦毋懷文在制作“宿鐵刀”時，是使用動物尿和動物油脂作為冷卻介質(zhì)的。動物尿中含有鹽分，冷卻速度比水快，用它淬火，比用水淬火的鋼堅硬；而動物油脂冷卻速度則比水慢，淬火后的鋼比用水淬火的鋼有韌性。這是對鋼鐵淬火工藝的重大改進，一則擴大了淬火介質(zhì)的范圍，再則可以獲得不同的冷卻速度，以得到不同性能的鋼。
△沙河綦村曾是中國古代冶鐵業(yè)中心，對我國冶鐵、煉鋼做出過重大貢獻，在我國冶金史上具有重要地位。圖為沙河市綦村鎮(zhèn)綦陽村閣樓上的磚雕“映鉄冶”匾額。
鐵刀出，震動朝野，代有傳承。在隋唐至宋代，綦毋老家所產(chǎn)的宿鐵刀一直被列為貢品。
從灌鋼術(shù)到宿鐵刀，綦母懷文在冶煉和鑄造技術(shù)方面的貢獻，使他也被”評”為神。從隋朝開始，便修廟塑像，到河北邢臺旅游，可以去看“冶神廟”，其內(nèi)供奉的便是綦毋懷文。
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