另一種是把塊煉鐵配合滲碳劑和催化劑,密封加熱,使之滲碳成鋼,俗稱“燜鋼”。這是我國流傳很久的一種煉鋼方法。
此外,長期流傳在河南、湖北、江蘇等地的“燜鋼”冶煉法,把熟鐵塊放在陶製或鐵製容器中,除了按一定配方加入滲碳劑以外,還使用含有磷質的骨粉作為主要催化劑,然後密封加熱,使之滲碳成為鋼材。
從已經出土的古代鋼製品的金相考察結果來看,我國最遲在戰國晚期已廣泛使用淬火工藝。
河北省易縣燕下都墓出土的戰國鍛鋼件大都經過淬火處理,如長鋼劍、鋼戟和矛,就是把薄鋼片經過反複折疊鍛打成型之後,再經過淬火的。
這說明當時除淬火工藝之外,還掌握了正火工藝,已能依據不同的需求,對鋼材進行不同的熱處理,以改善其機械性能。
塊煉鐵質地較差,產量低,而且需毀爐取鐵,作為鋼製工具和兵器的鐵料來源,顯然難以適應日益增長的要求。於是,以生鐵為原料的固體脫碳製鋼技術便應運而生。
在鑄鐵脫碳熱處理的長期實踐中,我國古代冶鐵匠逐漸懂得了生鐵經過適當的處理可以變性甚至變得和塊煉鐵一樣柔軟,由此導致最遲西漢後期,我國又發明了用生鐵炒煉成鋼或熟鐵的新技術。
生鐵炒煉成鋼就是用生鐵加熱到熔化或基本熔化的狀態下加以炒煉,使之脫碳而成鋼或熟鐵。這種技術,不妨稱為“炒鋼技術”或“炒鐵技術”。用生鐵炒煉而得的鋼材即稱為“炒鋼”。
考古工作者在河南省鞏縣鐵生溝漢代冶鐵遺址發現有西漢後期炒鋼爐一座。其上部已毀損,爐體很小,建造也很簡單,從地麵向下挖成“缶底”狀坑作為爐膛,然後在爐膛內邊塗一層耐火泥。
其工藝程序是先將生鐵捶成碎片,和木炭一起放入經預熱的爐膛內。風從上方鼓入,由於缶形的地下爐膛容積小,熱量集中,有利於提高溫度。
當生鐵加熱到熔融或半熔融狀態時,通過攪拌,增加鐵和氧氣的接觸麵,可使鐵中的碳氧化,溫度隨之升高。矽、錳等氧化後與氧化鐵生成矽酸鹽夾雜。隨著含碳量降低,鐵的熔點增高,因而逐漸固化。
如果半固態下繼續攪拌,借助空氣中的氧把所含的碳再氧化掉,就可以成為低碳熟鐵。也可以在它不完全脫碳時,控製所需要的含碳量,終止炒煉過程,就可以成為中碳鋼或高碳鋼。
這種鋼由於含碳量較高,氧化程度較低,與低碳熟鐵相比,所含的夾雜物較少,經過反複鍛打,便可以得到組織比較均勻的炒鋼。
炒鋼的發明不僅是煉鋼史上一次技術革命,對於我國早期鐵器時代向完全鐵器時代的轉變具有關鍵的意義,對當時我國的農業和手工業的進一步發展同樣具有重要意義。
百煉鋼工藝是在春秋晚期塊煉滲碳鋼工藝的基礎上直接發展起來的。在用塊煉鐵滲碳製鋼的實踐中,人們發現加熱鍛打的次數增多以後,鋼件變得更堅韌了,於是很自然地把這種反複加熱鍛打的操作定為正式工序。
這道工藝可以使鋼的組織致密、成分均勻化、夾雜物減少和細化,從而顯著提高鋼的質量。
西漢後期,由於炒鋼的發明,百煉鋼工藝改以熟鐵或炒鋼為原料,並且增加加熱鍛打次數使得百煉鋼技術發展至成熟階段。
用炒鋼或熟鐵製成的百煉鋼,其質量是相當高的。這種百煉鋼技術在我國曆史上也曾長期使用,鍛造技術也不斷提高。
用生鐵炒煉成鋼,所用火候和保留的含碳量是比較難掌握的,如果炒煉“過火”,含碳量過低,就不能煉成具有一定含碳量的鋼而成熟鐵。因此遇到炒煉“過火”時,重新加入一些生鐵來補救是自然的。這樣,在炒鋼的實踐過程中,我國古代冶煉工匠就逐漸掌握“雜煉生柔”的煉鋼規律,從而創造了一種新的獨特的工藝灌鋼法。
這種煉鋼法是先把生鐵和熟鐵按一定比例配合,共同加熱至生鐵熔化而灌入熟鐵中去,熟鐵由於生鐵浸入而增碳。
隻要配好生鐵和熟鐵的比例,就能比較準確地控製鋼中含碳量,再經過反複鍛打,使組織均勻和擠出夾雜物,就可以得到質地均勻的鋼材。
這種方法可能起源於漢代,至遲在南北朝時期已經盛行了。由於這種方法比較容易掌握,工效提高較大,因此南北朝時期成為主要的煉鋼方法之一。