北齊忻州刺史吳懷文是煉鋼專家。他是壹個重視道教的人。他曾經鍛造過壹種“鐵刀”,後世稱之為“澆鋼”。
“澆鋼”又稱“團鋼”,是將生鐵和熟鐵(含碳量為0.05%-2.0%的鐵稱為鋼)共同冶煉而成的壹種含碳量高、組織均勻的優質鋼。這種原始的澆鋼冶煉方法,至少是在南北朝時期發明的。
《北方史藝傳》記載,蘇鐵刀為舒懷文所制。他的方法是精選高品位鐵礦石,冶煉優質生鐵,然後將液態生鐵倒入熟鐵中,經過多次冶煉,成為鋼。鋼經過錘煉後,他用熟鐵做刀背,鋼做刀刃,用動物的尿和油脂淬火。用這種方法制作的鐵刀,壹次可以切下30多片疊在壹起的甲片。引用陶弘景的話:“鋼鐵是劍和鐮刀。”這兩部史料都記載了鋼的澆註方法,通過熔煉熔融生鐵和熟鐵,使碳含量擴散並趨於均勻,成為高含碳量的優質鋼。液態生鐵中的碳與熟鐵中的氧化物發生反應,有利於去除雜質,凈化組織,提高鋼的質量。
雙液淬火法
陶弘景的史料告訴我們,澆鋼已經被廣泛使用,不僅可以造劍,還可以造鐮刀。澆鋼技術的萌芽可以追溯到東漢時期。王燦的《明道》有壹句“灌,灌”,其中“灌”指折,“灌”指澆,說明此時已有澆鋼的嘗試。澆鋼法是中國繼炸鋼煉鋼之後對世界的又壹大貢獻。
“五獸之溺浴,五獸之脂淬”,就是用獸尿、獸脂淬成鋼。牲畜尿中含有鹽,用作淬火冷卻介質,不僅冷卻速度快,而且淬火後的鋼比用水淬火的鋼還要硬。用動物脂肪淬火比水慢,淬硬的鋼比水淬硬。可見南北朝時期煉鋼淬火技術有了很大的進步。《北唐書鈔》(卷123)引用《濮院別傳》記載,濮院在顧頡(今陜西眉縣)為諸葛亮制作刀具。因為“漢水清淡,不可淬”,他派人到成都取河水,取來的水摻了八升涪城水,被濮院發現。雖然這個傳說有些誇張,但說明當時人們已經充分重視水質對淬火鋼的影響。《晉太康地理》也說:“汝南西平有長泉水,能淬劍鋒,甚強。”這是當時人們關註水質對淬火影響的又壹例證,正是在這些積累的經驗中,才發展出了雙液淬火法。
爆破技術
為了提高爐溫,縮短冶煉時間,中國古代勞動人民很早就采用了向冶煉爐內吹入空氣的技術。最早的吹制工具叫“木”,就是用皮革制成的皮。用風扇吹,就是通過拉、壓的反復動作,使其逐壹開合,將風吹入爐內。戰國時期發展為多排磚向爐內吹氣,稱為“排磚”,或簡稱“排磚”。利用排氣鼓風可以增加進氣量,加強燃燒火力,比單壹鼓風先進得多,但需要大量人力。靠人力吹的叫“人排”。然後是以畜力為吹力的“馬筏”,所需畜力也相當可觀。人力和畜力的大量消耗是冶鐵業進壹步發展的嚴重障礙。
西漢中期以後,冶鐵業出現了壹批大型冶煉爐,需要提供相當大的風量和風壓,這就要求人們對現有的鼓風裝置進行改進。東漢南陽(今河南南陽)知府杜氏設計制造了壹套以水力為動力的冶鐵鼓風機——水排。
三國時期的漢紀在東漢杜甫詩歌的基礎上,進壹步將水排延伸到魏國的官冶作坊,用水排代替過去的馬排、人排,歷時四季。排水不僅節省了人力和畜力,而且提高了工作效率,促進了冶鐵業的發展。此時已經明確記載,韓濟的疾風水排節省人力和畜力,效率比馬排高三倍。排水在中國使用了很長時間,直到20世紀70年代仍在壹些地方使用。