古人所說的「熟鐵」到底是什麼？揭秘比百鍊鋼還牛的古代灌鋼法
在冷兵器研究所之前的文章《刀劍真的不詳嗎？這個流傳千年的說法竟源自一幫道士》中提到，中國古代著名的灌鋼法，是生鐵在上，熟鐵在下，高溫時生鐵先於熟鐵融化，然後「滴灌」到熟鐵上。這個熔融層最後就能出鋼。
但這樣就有一個邏輯矛盾，即：礦石冶煉出來的是生鐵，熟鐵是生鐵脫碳而成。既然是生鐵脫碳，而且也不是瞬間完成，制熟鐵的過程不但漫長而且是可控的。那麼，直接生鐵脫碳不就成鋼了？脫了碳，然後再用生鐵往裡滲碳？莫不是古人思路有問題？討論古人思路有沒有問題前，我們先看看熟鐵在史料中是怎麼來的。下文來自《天工開物》卷十四「五金?鐵」
若造熟鐵，則生鐵流出時相連數尺內低下數寸築一方塘，短牆抵之,其鐵流入塘內。數人執持柳木棍排立牆上，先以污潮泥晒乾，舂篩細羅如面，一人疾手撒灧，眾人柳棍疾攪，即時炒成熟鐵。其柳棍每炒一次，燒折二三寸，再用則又更之。炒過稍冷之時,或有就塘內斬劃成方塊者，或有提出揮椎打圓後貨者。雖然對《天工開物》的內容記載目前有諸多爭議解釋，但是如何理解這一段炒熟鐵，學者們在以下觀點上達成了一致。
工藝原理目前普遍認為這136個字記錄的是生鐵氧化脫碳的過程。操作要點是在液態半液態下，利用空氣中的氧來氧化生鐵中的硅、錳、碳。在整個過程中要快速地攪拌金屬。
工藝相對先進從這段文字中可明確知道，炒煉室與生鐵熔煉室是串聯的，生鐵出爐後 直接流入方塘進行炒煉，省去了生鐵再加熱工序，避免燃料中的硫在加熱過程中進入金屬。 我們再來看看《天工開物》中的「灌鋼法」是什麼樣的。凡鋼鐵煉法，用熟鐵打成薄片如指頭闊,長寸半許，以鐵片束包尖緊，生鐵安置其[上](廣南生鐵名墮子 生鋼者妙甚),又用破草履蓋其上(粘帶泥土者，故不速化），泥塗其底下。洪爐鼓鞴，火力到時,生鋼先化，滲淋熟鐵之中，兩情投合，取出加錘，再煉再錘，不一而足。俗名團鋼，亦曰灌鋼者是也
現在，我們根據《天工開物》的原文和冶金前輩們的判斷可以得出這樣一個結論。生鐵的氧化脫碳還原不是瞬息完成的，他需要不停攪拌很長時間。如果脫碳沒有進行到底，鐵水在某個含碳量較高水平上就穩定冷卻下來，那這就是低碳鋼甚至高碳鋼成品了呀。根本就用不到後面灌鋼法來出鋼。
能嗎？古人真能用土辦法控制時間？我華夏文明悠久燦爛，文明的火種代代相傳從未給斷絕……我其實就想說只要文明活得夠久，就能留下不少技術活化石。由於民國科技發展緩慢，一直到抗戰時期，工業化大生產的鋼鐵製品都沒能把內地的古代技術小冶煉作坊擠兌死。1938年，周志宏先生仔細分析了重慶北碚金剛碑蘇鋼作坊原料、產品成分。結論如下
所謂蘇鋼就是古代灌鋼法的最後一代直系血脈。在1938年這個時間點，這個小作坊是沒有得到什麼大廠的技術支持的。什麼工業溫度計，電力之類之類統統沒有用到這個小作坊頭上。我們可以認為，這個小作坊的「蘇鋼法」和幾百年前明代的生產條件是十分近似的。同樣的生產條件，同樣的技術，我們可以看到這個塑鋼作坊用於鍊鋼的「熟鐵料」本身就是含碳1%以內的鋼，而經過這個作坊古法加工之後，原料鋼中的硅錳硫磷雜質明顯減少，並且成品鋼與原料「熟鐵」含碳量幾無區別。石心圃先生也曾經獲取過一些所謂「蘇鋼」的樣本。分析之後成分如下
可見這蘇鋼成分範圍很寬，包括了現代意義的低碳鋼到亞共析高碳鋼、過共析高碳鋼。可惜的是石先生未列出鍊鋼所用「熟鐵」的成分，故難以明確指出每一號試樣在冶煉過程中碳分的變化情況。設若其原料 「熟鐵」含碳量與周先生分析的相當，則只有「2號」樣的「熟鐵」可算是滲了碳的，而「1號」、 「3號」樣的則不曾滲碳，而是脫碳。
由此可推斷，古代的各種「鍊鋼法」其實不是字面意義上的「鍊鋼」，而是給練出來的鋼祛除雜質。從現代技術觀點看，制鋼過程的主要目的：一是控制好含碳量，二是去除金屬的和非金屬的夾雜。現代化制鋼是在液態下進行，去除夾雜一般比較容易，因而制鋼的主要任務是控制含碳量。古時不論炒鋼還是灌鋼，都在半液態下進行冶煉，去除夾雜十分困難。夾雜去除如果不夠充分，則成品只能用來製作一些機械性能要求不高的器物，比如箭頭，短匕，矛頭之類；若工件機械性能要求較高，比如一米長劍，則需將夾雜去除到最低限度。因此除去夾雜便成了古代「制鋼」的主要任務。
從這個視角來看，沈括推崇的「百鍊鋼」明顯就不如「灌鋼」法優秀。首先，「千錘百鍊」的辦法尤其費工費時，金屬收得率低；其次，成分不易控制，去渣能力不夠強。灌鋼去渣能力較強主要與它本身的工藝特點有關，生鐵所含硅、錳、碳較高，熔點較低，「熟鐵」料含氧化夾雜較多；合煉之時，化學反應進行得十分激烈。「熟鐵」中部分鐵的氧化物會被硅、錳、碳還原而提高了金屬收得率。此過程中還會產生出許多氣泡，另部分氧化物會被帶出併流走，結果得到一個夾雜較少的鋼團。
在沒有溫度計，沒有金相顯微技術，甚至沒有「含碳量」這個概念的古代，人們所說的「熟鐵」其實是個範圍很廣很廣的概念，從現代意義上的熟鐵到可鍛鉄，低碳鋼，中碳鋼，甚至高碳鋼都有可能被包含到「熟鐵」這個概念中來。因為在古人心裡，「鋼」是神聖的，只有雜質少，硬度高的一小部分鋼材才會被古人冠以「鋼」的稱號用到刀刃上。其他的全都是「鐵」。
參考資料
《中國早期鋼鐵冶煉技術上創造性的成就》周志宏，《科學通報》1955年第2期
《中國古代冶金北京鋼鐵工業學院第一次科學研究及教學法討論會彙集》石心圃 1956年
《我國鍊鋼史上的一個問題》陳佐良《大陸雜誌》第四十九卷第六期，1974年
《中國古代鍊鋼技術初論》何堂坤《科技史文集》第十四輯，上海科學技術出版社，1955年
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