正文 第12章 我國的化學發展(6)(1 / 3)

生鐵的冶鑄工藝,在原料、燃料上與塊煉法基本一樣。它們之間主要的差別在冶煉溫度的不同。塊煉法的爐溫大約在1000℃左右,離純鐵的熔點(1534℃)相差很遠,而生鐵冶煉時,爐溫達到了1100℃~1200℃。在冶煉中,被還原生成的固態鐵會吸收碳,這種吸收隨著溫度的升高,速度就會加快。

另一方麵吸收碳後,鐵的熔點隨之降低,當含碳量達到2.0%時,熔點降至1380℃;當含碳量達到4.3%時,熔點為最低,僅1146℃。在這種條件下,爐溫就可使鐵熔化,從而得到了液態的生鐵。液態生鐵就可以直接澆鑄成器,冶鑄過程簡化了,就使鐵器的生產有了大發展的可能。

江蘇六合程橋東周墓出土的鐵丸,洛陽出土的公元前5世紀的鐵锛、鐵鏟都是生鐵器物,這證明在塊煉法的同時,我國已出現生鐵冶鑄工藝。生鐵與塊煉鐵同時發展,是我國古代鋼鐵冶金技術發展的獨特途徑。世界上許多其他國家,從塊煉鐵發展到生鐵,大約經曆了上千年的時間。就拿歐洲一些國家來說,雖很早已有塊煉鐵,但出現生鐵則在公元13世紀末和14世紀初。

生鐵的生產效率高,鑄造性能又較好,這為廣泛使用鐵器提供方便。在冶煉生鐵的初期,由於溫度還不夠高,矽含量也較低,致使生鐵中的碳在冷卻凝固時不能成為石墨狀態,而成為碳化三鐵(Fe3C),與奧氏體狀態的鐵在1146℃共晶。因此,煉出的生鐵性脆而硬,鑄造性能雖好,但強度不夠,這種生鐵,人們稱它為白口鐵,它隻能鑄造某些農具。從河北興隆燕國礦冶遺址出土的大批鋤、範等,就是由白口鐵鑄成的。

為了克服白口鐵的脆性,在戰國早期,人們就創造了白口鑄鐵柔化處理技術。所謂柔化處理就是將白口鑄鐵長時間加熱,使碳化鐵分解為鐵和石墨,消除了大塊的滲碳體,這對減少脆性、提高韌性可以起良好的作用。處理後的白口鐵就變成了展性鑄鐵。長沙出土的戰國鐵鏟,輝縣出土的戰國中期鐵帶鉤,易縣燕下都出土的戰國晚期鐵钁、鋤等,都是屬於這種展性鑄鐵。

(二)漢代的鋼鐵冶煉技術

漢代的鋼鐵冶煉技術,在戰國的基礎上又有了長足的發展,勤勞的中國人民在這方麵又有了不少的創造和發明。

漢代鐵金屬在工業、農業和軍事中的作用愈顯重要,官府對冶鐵業的管理越加嚴格,漢武帝時任用孔僅為大農丞,將鹽、鐵、稅利的巨業,收歸官府經營管理,實行一係列嚴格措施,使冶鐵業得到空前的發展。孔氏家族原本是梁國的冶鐵商賈,素有經營冶鐵的管理才能,所以他能在漢武帝時一躍而成為大司農丞要職,在任職的短短十餘年間,從組織管理到冶鐵技術和農具的推廣,做出了巨大的努力,為漢武帝的雄才大略的擴展提供了雄厚的經濟基礎。

西漢時“百煉鋼”的技術興起,使鋼的質量較前提高。這種初級階段的百煉鋼,是在戰國晚期塊煉滲碳鋼的基礎上直接發展起來的,二者所用原料和滲碳方法都相同,因而鋼中都有較多的大塊氧化鐵-矽酸鐵共晶夾雜物存在;但不同的是增多了反複加熱鍛打的次數。鍛打在這裏不僅起著加工成型的作用,同時也起著使夾雜物減少、細化和均勻化,晶粒細化的作用,顯著地提高了鋼的質量。

從河北滿城一號西漢墓出土的劉勝佩劍、鋼劍和錯金寶刀,它們雖與易縣燕下都鋼劍所用的冶煉原料相同,但金相檢查表明,鋼的質量卻有顯著的提高,它正是“百煉剛”技術興起的產物。

西漢中期以後,又出現炒鋼。這是因為塊煉鐵雖然能製造滲碳鋼,但產量不大,效率很低,不能適應當時封建社會生產發展的需要,“供不應求”即生產量與需要量的矛盾,促使出現了用生鐵炒成為鋼的新工藝。但是生鐵的產量已相當大,用生鐵作為製鋼原料,是煉鋼史上的一次飛躍發展,也是一次重大的技術革新。

炒鋼的產生,即將生鐵炒到成為半液體半固體狀態,並進行攪拌,利用鐵礦粉或空氣中的氧,進行脫碳,借以達到需要的含碳量,再反複熱鍛,打成鋼製品,利用這種新工藝煉鋼,既省去了煩難的滲碳工序,又能使鋼的組織更加均勻,消除了由塊煉鐵帶來的嚴重影響性能的那種大共晶夾雜物,使質量大大提高。1974年7月,山東蒼山縣東漢墓出土的東漢永初六年的煉環首鋼刀,經有關單位鑒定就是用炒鋼為原料,反複鍛打而成的。

與此同時,百煉剛的原料也由原來的塊煉鐵,發展到用生鐵炒成的鋼或熟鐵作為原料,經過滲碳鍛打而成。這樣一來,原料的改變即鐵基體有了變化,使鋼的質量也隨之大大提高,從而百煉鋼也發展到成熟階段。