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百炼钢虽然质量很高,但是因为太费时费力,所以成本高昂,不可能大量生产。
为了解决社会对钢铁的供需矛盾,北魏著名工匠綦毋怀文经过不断研究和反复实践,发明了一种新的炼钢工艺——灌钢法。
据史书记载,綦毋怀文的炼钢方法是:“烧生铁精以重柔铤,数宿则成钢。
以柔铁为刀脊,浴以五牲之溺,淬以五牲之脂,斩甲过三十札。”
[65]这种冶炼方法利用生铁的铁液灌入未经锻打的熟铁,能使碳能较快、均匀地渗入。
只要掌握好生铁和熟铁的比例,再经反复锻打,就可以炼成质地均匀、质量较好的钢铁。
綦毋怀文炼造的产品称“宿铁刀”
,至于“灌钢”
一词最早见于宋人沈括的《梦溪笔谈》,其冶炼方法与宿铁的炼制方法非常相似,可见,宿铁就是后世所说的灌钢。
灌钢法是我国炼钢技术发展史上一个重大的成就。
它同百炼法和炒炼法相比,具有很多十分突出的优点。
首先,灌钢法在古代各种炼钢方法中是效率最高的方法,炼制时间短,适于大量生产;其次,在高温下,熟铁中的杂质会被强烈氧化而挥发掉,因而炼造后的钢可以减少锻打次数,降低冶铁工匠们的劳动强度;另外,工匠们还可以通过调整生铁和熟铁的比例,获得不同含碳量的钢,这是前代诸法所不能比拟的。
总之,灌钢冶炼法的显著优点是成本低、工艺简便,容易推广应用,而且比较能保证质量。
值得注意的是,綦毋怀文对钢的热处理技术也有很大的创新。
淬火是中国古代对钢铁进行热处理最重要的方法,就是将已经锻好的钢铁烧红,达到一定的温度,然后迅速浸入冷却剂中冷却,使其获得较高的硬度和一定的物理机械性能。
在綦毋怀文之前,工匠们单纯采用一种淬火介质(一般是用水)淬火,这容易导致工件的变形和开裂。
綦毋怀文在用灌钢冶炼法制成“宿铁刀”
之后,便“浴以五牲之溺,淬以五牲之脂”
,这样依次运用两种不同的**淬火可以使钢铁得到比水淬火更坚韧的性能,还可以减少淬火过程中的开裂和变形。
綦母怀文懂得使用双液淬火法说明当时的熟练工匠通过长期实践,对淬火工艺的功能已经有了更深刻的认识。
随着灌钢冶炼法的发明和推广,南北朝各地的钢产量有了大幅度的提高,农具、兵器和手工业工具得以用钢来制造,从而提高了工具的质量,促进了社会生产力的进一步发展。
同时,灌钢法对后世的炼钢生产也有着深远的影响。
这一时期,工匠们还发明了锻制固体脱碳钢的技术。
这种使用生铁铸件在固体状态下脱碳制钢的方法,是在铸铁柔化处理工艺的基础上发展起来的。
秦汉以后,炼钢技术虽已发展到相当高的水平,有了多种炼钢方法,但毕竟还不能冶炼出**钢来,因此不可能铸成钢件。
魏晋以后,工匠们参考生铁铸造技术将白口生铁的铸件脱炭退火,在这一过程中适当地控制时间和温度,使之析出石墨,从而使生铁中多余的碳被氧化成气体挥发掉,成为全钢组织。
在不能炼出**钢的古代,用这种巧妙的方法得到铸造成型的钢件,充分表现了我国劳动人民善于创造条件、攻破技术难关的首创精神。
当然,这种制钢方法也有局限性,它不能用以制造较大和较厚的钢件,现在出土的这种钢件都是比较薄的,一般在1厘米以下。
二、巧思绝世的机械发明家马钧
马钧,字德衡,曹魏扶风(今陕西扶风县)人,官至博士、给事中。
他一生刻苦好学,对机械制造有着浓厚的兴趣,并专心致志地进行研究和制造,终于成为一代“巧思绝世”
的机械发明家。
时人称赞道:“马先生,天下之名巧也。
……虽古公输般、墨翟、王尔,近汉世张平子,不能过也。”
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