古人鍊鋼為什麼要滲碳？為鑄一把絕世好劍想必也是蠻拼的！
這問題看著好象很平，其實是個非常有意思的問題。
首先說下滲碳和提高硬度這兩事。滲碳就是增加鋼鐵製品的含碳量，我們現在通常把含碳量0.25%以下稱低碳鋼，0.25—0.6% 左右的叫中碳鋼，到 0.6% 以上稱高碳鋼，再高就是生鐵，低於這個範圍就熟鐵了。鋼的含碳量在合理範圍內越高就越硬。古代通常都採取表面滲碳，以提高鋼鐵製品的堅硬度。（除滲碳工藝之外，淬火、覆土燒刃等熱處理也是提高硬度的重要技術，一般在滲碳之後進行。）滲碳工藝除應用於刀劍鍛造之外，也廣泛用于飛機﹑汽車和拖拉機等的機械零件﹐如齒輪﹑軸﹑凸輪軸等等。
那麼我國古代怎麼滲碳呢？
刀劍冷兵器滲碳我們從古代傳承下來以及從日本等地傳承的古法冶煉和鍛造的操作中，可以知道至少分兩大類。
一、冶煉時滲碳
如日本刀匠一直使沿用至今的古法冶煉，其實就是較原始的木炭燃料進行悶燒獲得海綿鐵的技術。由於木炭溫度最多只能達到 1200 度左右，因此這種冶煉通常要把木炭覆蓋在礦石上連續燒好幾天。而燃燒是會讓鋼鐵失碳，但覆蓋木炭進行悶燒這種手段，使得一些未燃燒的一氧化碳經過反應，最終成了滲碳過程，局部地補充了含碳量。但也由於這種冶煉方式的原因，得到的海綿鐵成品成分非常複雜，含不少有害雜質，各部位含碳量當然更不一樣。所以鐵匠們會把成品海綿鐵砸開，憑經驗挑出含碳量接近的部分歸類，再分別用於不同的用途。這是最原始也最常見的冶煉滲碳技術之一。
二、是在冶煉得到成品鋼鐵後，在鍛造過程中進行滲碳。
這個過程中的手段就多了，非常有意思的事情也出現在這個階段。
手段之一，是對製品進行固體滲碳。如日本刀製造時，在摺疊鍛打鋼鐵時，會在工件外包裹紙張和草木灰及泥漿等進行鍛打，這是一種滲碳手法。紙張草木灰都是滲入劑，泥漿則是分散劑，可防止碳滲入物黏結不勻、以及幫助析出炭黑。
我國明代《天工開物》里記載的制針方法，也是固體滲碳，但和日本刀製造過程中的滲碳技術比，這是屬於非常（gao）高（da）端（shang）的外熱式箱體滲碳技術，科技樹的高度不可同日而語。
宋應星（公元1587—約1666年），中國明末科學家。字長庚。漢族，奉新（今屬江西）人。萬曆四十三年（1615）舉於鄉。崇禎七年（1643）任江西分宜教諭，十一年為福建汀州推官，十四年為安徽亳州知州。明亡後棄官歸里，終老於鄉。在當時商品經濟高度發展、生產技術達到新水平的條件下，他在江西分宜教諭任內著成《天工開物》一書。其中就有一講就讚美到我國錘鍛技藝。
宋先生說：金屬和木材經過加工而成為各式各樣的器物。假如世界上沒有優良的器具，即便是魯班和倕這樣的能工巧匠，又將如何施展他們精巧絕倫的技藝？弓矢、殳、矛、戈、戟五種兵器及鍾、鎛、鐲、鐃、鐸、錞六種樂器，如果沒有鉗子和鎚子發揮作用，它們也就難以製作成功了。同樣出自熔爐烈火，諸種器物大小形狀卻各不一樣：有重達千鈞的能在狂風巨浪中系住大船的鐵錨，也有輕如羽毛的可在禮服上刺繡出花樣的小針。在這由錘鍛五金所鑄就的奇功面前，連冶鑄鐘鼎的技巧也為之遜色了。莫邪、幹將兩把名劍，揮舞起來就如同雙龍飛躍，這個傳說大概也有它的根據吧！
這種技術，是把工件整好形，放入坩堝等容器中，然後蓋上木炭、豆豉、土末，在容器外加熱。木炭、豆豉自然都是滲碳用，土末依然是分散劑。這種滲碳技術的好處，是工件得到的滲碳非常均勻且穩定，且碳勢很高，效率和效果都相當好。其實這種技術到現代也還在用的，就是所謂的「燜鋼法」。
另外還有些和日本刀鍛造過程中的滲碳技術一樣的做法，但用的材料不一樣。如明代的《物理小識》里說，要用大醬和硝塗抹工件，然後進行加熱，這問題看著好象很平，其實是個非常有意思的問題。大醬和豆豉的材料是一樣的，但硝是含氮的，所以這種滲碳技術就是碳氮共滲技術，大醬和硝是共滲介質——神（hu）奇（you）吧，用木炭豆豉泥漿是一種技術，一換成大醬和硝就成另外一種原理都不同的技術了。
還有用油脂、動物角和毛髮指甲，以及自然灰也就是碳酸鈉（這是很好的是催滲劑）等等一起進行滲碳的。實際上這種技術到現在也還在大量應用，一般用機油和碳黑等材料製成的膏劑對工件進行塗抹，然後進行滲碳處理，叫膏體滲碳。
手段之一是固體滲碳，那麼之二自然就是液體滲碳了。
我想一定有很多人想知道古代那些神兵利器尤其是那些名劍都去哪裡了吧？這就要說了。
《吳越春秋》里有記載製造我國古代著名寶劍「幹將」的過程。從這個記載里，可以知道幹將因為「金鐵之精」不能「銷」，於是投入毛髮和指甲，然後再讓人投入大量木炭，最終「金鐵之精」溶化而成劍。這其實是一種比較原始的液體滲碳技術。
在青銅器盛行的年代，出現了一把鋼鐵劍，當然是毫無疑問的寶劍了，削那個青銅如泥這絕不是傳說。但問題在於鋼鐵器太容易腐蝕了，一不小心就爛成渣。從幹將的記載看，個人認為中國古代，尤其是春秋戰國到西漢的絕大多數名劍，都因為是鋼鐵器所以才稱雄一時，但也恰恰因為它們是鋼鐵器，又很快地被時間之河侵蝕因而徹底消亡——這就是為什麼幹將莫邪純鈞湛盧等等絕代名劍都不見後世的根本原因。
再就是著名的灌鋼法了。
灌鋼法
這種技術是把生鐵當滲碳劑使用，對熟鐵進行滲碳，得到合適含碳量的鋼。所以這種技術都是先製備好熟鐵，然後將生鐵溶化淋到熟鐵工件上進行滲碳。這種技術在我國文獻里記載相當詳細，如《天工開物》。
南北朝時期的著名刀匠綦毋懷文造宿鐵刀的技術也是一種滲碳技術。《 北史》的記載是這樣的：「又造宿鐵刀，其法燒生鐵精以重柔鋌，數宿則成剛。以柔鐵為刀脊，浴以五牲之溺，淬以五牲之脂，斬甲過三十札。」從「燒生鐵精以重柔鋌，數宿則成剛」一句看，這依然是把生鐵當滲碳劑用，且很可能他最終造出來的是某種花紋鋼產品。
在滲碳技術之餘，是古人對催化介質的不斷認識和創新。譬如幹將用毛髮指甲，以及明代文獻記載中大量使用牛羊角及其灰燼、油脂、自然灰，還有箬皮灰、青鹽、砂等等，都是這類。這些東西，動物毛髮之類都是含氮的，氮能降低鋼鐵的臨界溫度，加大淬透性，並提高滲碳速度和工件表面硬度，是非常重要的滲碳介質。這些演變，都是滲碳技術里的一個分支發展，就是碳氮共滲技術。
中國古代造刀劍一直都有投入動物毛髮指甲乃至骨骼的傳統，而傳說中以身殉爐的也不少，這些做法在本質上就是增氮滲碳法——其實古人跳爐子是真有科學道理的……
說完滲碳說淬火。
淬火
這個就比較簡單了，古代一般就三種。
單一介質淬火。這不用多說了吧，把燒到溫度的工件往水或油里一滋，完事。
第二是雙液淬火。也就是用不同的液體淬火。前面說的綦毋懷文在造宿鐵刀時，「浴以五牲之溺，淬以五牲之脂」，就是鹽淬、油淬的雙液淬火。這種淬火產品，硬度當然合格就不說了，關鍵是其耐磨和彈性也很好。
水淬增加硬度
油淬增加韌性
第三就是覆土燒刃了。這種技術本質上還是單一介質淬火，但問題在於它在工件外不需要淬火的部位加了含碳泥土進行包裹，需要淬火的部位一般有一層非常薄的膏劑，通常含有大量的碳氮成分，等膏劑干後，進行淬火
燒刃紋
燒刃紋
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