《读书小扎》百漱流央

3、冶金篇第三

　　生铁、熟铁都有其缺陷，钢乃铁碳合金的优化，性能佳，所以要炼钢。其实前章生铁柔化技术等都是一种使铁往钢演变的过程，炼铁炼钢法实在是个你中有我我中有你的过程，本章与上章可能有许多重合

　　一.成分，铁碳合金，含碳量：0.02%至2.11%。

　　二.性能：韧性、刚性均佳。

　　三：冶炼

　　现代的炼钢方法，都是使生铁在液体状态下氧化脱碳而成钢液称为液体炼钢。古代达不到这样高的温度(约需1600C左右)。

　　炼钢：是通过在高温条件下，让生铁里面的过量的碳元素与氧气反应消耗掉。

　　温度要求：1150~1500℃。

　　1.炒钢法：炒钢因在冶炼过程中要不断地搅拌好像炒菜一样而得名。考古西汉楚王陵的发现，表明西汉早期炒钢法已出现。

　　炒钢的原料是生铁，操作要点是把生铁加热到液态或半液态，利用鼓风或撒入精矿粉（应是铁精粉，铁矿石经过破碎、磨碎、选矿等加工处理成矿粉叫铁精粉，铁精粉是烧结的主要原料，其中铁的含量的波动将直接影响成品烧结矿的质量）等方法，令硅、锰、碳氧化，把含碳量降低到钢和熟铁的成分范围。炒钢的产品多是低碳钢和熟铁，但是如果控制得好，也可以得到中碳钢和高碳钢。

　　设备：炒钢炉结构较简单，就地向下挖成罐形炉膛，内涂耐火泥，操作时先将燃料点燃，待火旺后，加人碎块生铁料，堵塞炉门，从炉口鼓风，加热到1100~1200℃生铁熔化，再加人铁矿石作氧化剂，同时，用木棍或铁棍用力搅拌，增加空气中的氧与生铁的接触，使生铁中的碳氧化，碳逐渐降低，硅、锰等杂质氧化后与氧化亚铁生成硅酸盐夹杂。由于含碳量减少，炉料呈半熔融状态。（再取出团块锻打，挤出夹杂，制成坯料或直接锻成器物。炒钢可把生铁炒成熟铁，再经过渗碳成钢，亦可有控制地把生铁炒到需要的含碳量，锻制成钢制品。这便是炼钢法了。）

　　（明代宋应星《天工开物》卷十四记述了炼铁炉和炒钢炉串联使用：“若造熟铁，则生铁流出时，相连数尺内低下数寸，筑一方塘，短墙抵之。其铁流人塘内，数人执持柳木棍排立墙上，先以污潮泥晒干，舂筛细罗如面，一人疾手撒滟，众人柳棍疾搅，即时炒成熟铁。其柳棍每炒一次，烧折二三寸；再用，则又更之。炒过稍冷之时，或有就塘内斩划成方块者，或有提出挥椎打圆后货者。若浏阳诸冶，不知出此也。”觉得这大概是大规模炼钢法的设备了）

　　还有西汉炒钢法的出现，被认为是鼓风技术和煤炭代替柴薪使炉温增高的催生物。

　　炒钢的优点是成分可适当控制，生产率比较高，质量也比较好。炒钢的出现是两步炼钢的开始，是具有划时代意义的重大事件。它进一
　　步促进了我国古代铁器的广泛使用和社会生产力的发展。

　　2.百炼钢法：所谓百炼钢化为绕指柔。可见百炼钢是非常叼的存在，而获得百炼钢的技术即百炼钢法

　　我国在春秋时就有了炼钢生产，而最初的钢都是海绵铁。炼钢时，把海绵铁放入炉内，让它在受热中渗碳。到一定温度后拿出来煅打，这就是最早炼成的钢。后来人们在冶炼中发现，反复加热煅打的次数越多，钢件越硬。所以，在以后的生产过程中，工匠们都有意地增加煅打加热的反复次数，并作为一种国家的工艺固定下来了，这就是百炼成钢工艺的起源。我国的百炼钢技术的萌芽出现在西汉时期；东汉时，百炼钢工艺已趋成熟，当时“炼”的工艺分为“三十炼”、“五十炼”、“百炼”等由此也产生了“百炼成钢”这一成语；魏晋南北朝是百炼钢的鼎盛时期。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。

　　（没错，说白了，就是上章那叮叮叮的加强版）

　　然而，显而易见，百炼钢因制作艰难，金属收得率低，所以主要用作宝刀宝剑一类名贵器物，普通刃器和生产工具应用甚少。（举个例子：三国时期曹操有“百炼利器”五把；孙权有三把宝刀，其中有一把就命名为“百炼”，刘备令蒲元造宝刀五千把，上刻有“七十二炼”）
　　不过次数低的应该不少。

　　3.灌钢法
　　是中国早期炼钢技术一项最突出的成就。俱划时代意义。
　　具体操作，颇类青铜铸造时铜、锡相合。选用品位比较高的铁矿石，冶炼出优质生铁（含碳量2%到6.67%的称为生铁），然后，把液态生铁浇注在熟铁上（一般把含碳量小于0.05%的称为熟铁，熟铁炭低铁多熔点高，所以是熟铁而非熟铁液），经过几度熔炼，使铁渗碳成为钢（含碳量0.05%到2%的称为钢）。由于是让生铁和熟铁“宿”在一起，所以炼出的钢被成为“宿铁”。可以想见，这极大降低成本与人力物力，战争的规模可以更大。

　　4.双液淬火法
　　即在工件的温度比较高的时候，选用冷却速度比较快的淬火介质，以保证工件的硬度；而在温度比较低的时候，则选用冷却速度比较小的淬火介质，以防止工件开裂和变形，使其有一定的韧性。
　　换个现代说法：使其奥氏体急速过冷至接近于马氏体转变区域，然后再在缓慢的冷却剂中冷却，一般是先水后油。通常先将零件在水中冷却到300℃，然后再将零件投入油中或空气中冷却。碳素工具钢在水中的冷却时间一般为3毫米有效厚度或直径约一秒钟，形状复杂的工件可以减少到每4-5毫米有效厚度或直径一秒钟。采用双液淬火时，淬硬层深度较单液淬火要浅一些。

　　以上几个方法是可以相互辅佐使用的，并非单用。