本
文
摘
要
汉代将炒钢经反复折叠锻打变形而制成的钢及其工艺。其特点是反复加热锻打。多次反复锻打可排除钢中夹杂物，减少残留夹杂物的尺寸 ，从而使其成分趋于均匀，组织趋于致密，细化晶粒，改善钢的性能。古代工匠把“精铁”加热锻打一百多次，一锻一称一轻，直到斤两不减，即成百炼钢。魏晋时 期是百炼钢的鼎盛时期。唐宋之后，因灌钢工艺的发展等原因，百炼钢有所减少。
除“百炼”外，古代还有“五十炼”、“三十炼”、“七十二炼”、“九炼”之说。古代许多宝刀、宝剑都是用这种方法制成的。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”。
明宋应星《天工开物》中说：“刀剑绝美者以百炼钢包裹其外。”可见百炼钢是质量优良的钢。
图为保存至今的百炼钢汉剑
对出土文物的初步研究表明，百炼钢是用炒钢作为原料，加热后反复折叠锻打，或用数种成分不同的原料反复叠锻得到的。钢件组织致密，成分均匀，夹杂物细 化。经金相组织研究，五十炼钢剑的高、低碳层共50～60层。
百炼钢的工艺操作
沈括《梦溪笔谈》卷三云:“予出使至磁州，锻坊观炼铁，方识真钢。凡铁之有钢者，如面中有筋，濯尽柔面，则面筋乃见，炼钢亦然。但取精铁锻之百余火，每 锻称之，一锻一轻，至累锻而斤两不减，则纯钢也，虽百炼，不耗矣。此乃铁之精纯者，其色清明，磨莹之，则黯然青且黑，与常铁迥异。亦有炼之至尽而全无钢 者，皆系地之所产。”此“精铁”指百炼钢原料，应是含碳量稍高，所含夹杂不十分多的铁碳合金。“一锻一轻”，应是不断去除夹杂，氧化铁皮不断产生并脱落之 故。“累锻而斤两不减”应是相对而言的。“炼之至尽而全无钢”可能是含硫较多、产生热脆的缘故。这是我国古代文献中对百炼钢工艺和原理记述得最为详细的一 段文字。可见“百炼”即是百锻，其中心环节是反复锻打，“百炼钢”就是去除夹杂后的一种“纯钢”。从现代技术原理看，反复锻打除了排除夹杂外，还可均匀成 分、致密组织，有时亦可细化晶粒，从而极大地提高材料质量。许慎《说文解字》云:“锻，小冶也。”这是很有道理的。有学者认为“百炼”的中心环节是渗碳， 百炼钢是一种渗碳钢；又有学者认为“百炼”的中心环节是脱碳，百炼钢是一种生铁脱碳炼钢，这都是一种误解。我们以为百炼过程中，金属含碳量虽可能有些变 化，但此非百炼的目的。
关于“百炼”的具体操作，从多方面的资料来看，至少应包括三种类型:
(1)多层积叠锻合法，即把许多块料积叠并锻合在一起。这些原料的成分可以相同，也可以不同；积叠锻合后也可再次折叠。这有三方面资料可为佐证。
一是文献记载。据曹植《宝刀赋》云，建安中，曹操作宝刀五枚，曹操在《内诫令》中称此刀为“百炼利器”，在《百辟刀令》中又谓之“百辟刀”。“辟” 者，襞也，多层积叠、反复折叠也。说明此“百辟”是“百炼”的一种具体方式。
二是实物资料。科学分析表明，永初六年“卅湅刀”和建初二年“五十湅”长剑金相组织都明显分层，前者在刃部取样含碳量约0.6-0.7%，夹杂物细薄 分散，变形量较大，分布均匀，大体为30层左右。后者刃部组织分为三部分，中心部分约可分为15层，含碳量0.7-0.8%，组织均匀；两个边部对称，各 有20层左右，含碳量不甚均匀，高碳部分为0.6-0.7%，低碳部分为0.3-0.4%，总计为50余层。柯俊等：《中国古代的百炼钢》，《自然科学史 研究》1984年第4期。可见在早期百炼钢工艺中，炼数与组织层数之间存在一定关系。当然，未必所有百炼钢皆是如此，“百”当言多，而非严格的数字指数。
三是日本刀工艺。据研究，日本刀的皮部、心部往往都由多层积叠的材料锻合而成。皮部常用含碳量1.3%左右的“玉钢”制作，先把玉钢锻成许多小块，后 将其积叠锻合，再横向、纵向折叠，据说要反复折叠23次。心部常用含碳量稍低的“庖丁铁”与“玉钢”混合锻打，比例为2∶1。锻合后还要折叠10次以上。 内田天夫：《日本刀剑新考》，1934年，第297、298页。
(2)单料反复折叠锻合。未折叠前若材料为一层时，经`次折叠后，便会出现2n层。现代龙泉宝剑曾有“九炼”之说，“九”亦含“久”意，但实际锻打次 数取决于原料质量和对产品性能的要求，通常要锻打半天。日本刀也有类似的操作，有人说新刀期要折叠15次，得到32768层组织；又有人说近世之日本刀不 过折叠7-8次，得到128或256层组织本间顺治：《日本刀》，岩波书店1939年，第34-36页。；在金相显微镜下，此组织有时能够分解，有时不能 分辨。
(3)旋绕锻合法。魏源《海国图志》引黄冕《飞炸弹炮说》云:“用铁条烧熔百炼，逐渐旋绕成团，每五斤方能炼成一斤。”据调查，二十世纪三十年代以 前，北京宝刀工艺中也有一种类似的操作，但其旋绕锻合的次数视情况而定。
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
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