古代鐵匠都是怎麼煉鐵鑄劍的？
古代中國是諸候紛爭的年代，那時已擁有數十萬計的應徵軍隊，把這樣龐大的軍隊武裝起來，就必須擁有一個能夠大批量生產冷兵器的生產體系。古代中國為了大批量製造冷兵器，除了製造冷兵器本身是一種高科技外，冷兵器的製造原材料—鐵，特別是能夠大量提供鋼鐵的工業是必不可少的。就是在今天，鋼鐵也是製造各種兵器的最重要材料。
▲古代龐大的軍隊需要大量的冷兵器，其原料來自鋼鐵和鐵匠們的制
在中國，鋼鐵總產量，根據國家官方掌握的數字（國家直接掌控經營的煉鐵廠的產量和民間鍊鋼廠生產的鐵所交納的稅額），在唐代已達到1200噸左右，宋朝為4700噸左右，明朝開國初期為11000噸左右，最高達到40000噸（2015年中國粗鋼產量8.038億噸，餘下排名分別是日本1.05億噸、印度0.896億噸、美國0.789億噸、俄羅斯0.711億噸，中國產量佔世界一半以上）。
▲現代鐵匠的傳統打鐵鋪
根據所查閱掌握的材料，在十三世紀，中國已是世界上最大的鐵的生產國和消費國，直到十七世紀仍保持著這一領先的地位。從漢代到明朝，中國人不僅在數量上處於世界領先地位，而且還擁有世界上最先進的鋼鐵冶煉技術。
▲古代鐵匠打鐵
在中國關於鐵的最早冶煉使用，也是從天產隕石提供的隕鐵開始的。而正式開始鐵的生產，是在戰國時代，這從出土古兵器文物挖掘已得到證實，因為在中國各個朝代的首都遺址均發現了生產鐵的遺址。但是在戰國時代，作為製造兵器原材料，還不能認為已經完全從青銅發展到鋼鐵的階段。因為在當時，鋼鐵的生產技術尚未成熟。
▲桃花島弟子、知名鐵匠馮默風以燒紅的鐵拐曾助神鵰俠楊過一臂之力打跑李莫愁
到了一統天下的秦朝，從鋼鐵的生產技術上來說，仍屬後進國，這也可以證明上述的論點。漢朝以後，用於生產冷兵器的主要金屬，已從青銅發展鋼鐵。由此可以證明，這時中國已經掌握了很高的煉鐵技術，能夠大量生產鋼鐵了。
▲古代原始的高溫煉鐵爐，將鐵礦石投入以高溫熔煉鑄成鐵錠
中國的煉鐵技術之所以能夠居於世界領先地位，是和自古以來的不斷科技進步分不開的，這可以從以下幾點得到證實：
第一，能夠製造1200℃以上的高溫煉鐵爐，從而可以進行鋼鐵高溫下的精鍊，這是關鍵。
第二，發明了向高溫煉鐵爐輸送充足空氣的裝置——風箱，從而實現了高溫下的冶煉。而且在鍊鋼方面，能夠連續地供給足夠空氣（即始終維持高溫冶煉）的高性能風箱，早在紀元前就開始出現了，而且不久又出現用水力（古代稱為水排）和動物力量（稱為馬排）取代人力的鼓風裝置，極大的提高了高溫煉鐵爐的供氧能力。
▲有經驗的鐵匠通過觀察高溫煉鐵爐的火色決定鍊鋼質量
第三，中國早從古代就不使用木炭，而是把熱量高的煤炭作為煉鐵的燃料。到了北宋時代，已經普遍使用煤炭來煉鐵了。利用優質煤炭煉鐵的優點，就是能夠很容易地得到理想高溫冶煉效果。用優質煤炭作煉鐵燃料，還有能夠減少生產工序等其他方面的優點。此外，如果用優質木炭來作燃料，當然就需要廣大的山林伐木來燒炭，費時費力這就大大限制了煉鐵廠的選地條件。而使用優質煤炭作燃料，就沒有這個限制了。
▲風箱——通過底部管子連接高溫煉鐵爐鼓風送氧，提高熔爐溫度，現代換成工業電扇送風
大家都知道，如果在低溫（800~900℃）條件下熔化鐵礦石，含碳量就低，而其他無用化學成份反而增多，煉出來的鐵就會像海綿軟木一樣發軟。通過把鐵礦進行反覆鍛造，除去多餘影響鐵質的有害化學成份，提高含碳量就能提高鋼鐵的硬度，近似鍊鋼生產技術，早在戰國時代就開始出現了。到了漢代，這種提高鋼鐵的性能的鍛造技術已經相當普及了。從實踐操作中，人類又懂得了通過反覆摺疊錘打就能提高鋼鐵的硬度和韌性這個道理。
▲早在宋代已出現水排風箱，通過曲柄、槓桿機械原理來推動鼓風《農書》
從漢代開始，就掌握了根據不同用途控制加熱和鍛造次數的技術，當時漢代已出現的百鍊鋼就證明一切，「百鍊成鋼」這句成語就充分顯示了當時中國鐵匠的聰明才智。
▲灌鋼法
打可排除鋼中夾雜物，提高韌性，從而使其成分趨於均勻，組織趨於緻密，細化晶粒，改善鋼的性能。古代鐵匠常把精鐵加熱鍛打上百次即成百鍊鋼，魏晉時代是百鍊鋼的鼎盛時期。唐宋之後，因灌鋼工藝的發展普及，百鍊鋼因生產費時費力有所減少。
▲宋代已普遍掘井開採煤炭煉鐵冶金
由於風箱和高溫煉鐵爐的普通使用，又發明了在較低的低溫條件下的化鐵方法。在漢代就能生產含碳量高（含碳量超過2%以上）的生鐵，而且很快又發明了使用這種生鐵進行鍛造的技術。含碳量高的生鐵發脆而沉重，而在中國早在古代就能製造含碳量比較低、具有接近鋼性能的可鍛性好的可鍛鑄鐵。雖然不能用這種鑄鐵作冷兵器的刃，欲滿足了大量生產農具等鐵製品的需要。
▲冶煉出的高碳鋼需要反覆摺疊鍛打才可做出冷兵器
既然能生產生鐵，也就出現了把含碳量控制在2%以下，用於製造冷兵器刃所用材料的鍊鋼技術。起初，是把生鐵放在提煉爐里進行再加熱，用風箱鼓進大量空氣，使不必要成份燃燃來鍊鋼的。進而在實踐中，又發明了把提煉中的鐵用風箱吹入各種微量元素（比如碳粉）來控制鐵的性質，即傳說中的「炒鋼法」。從而能夠生產質量穩定而且含碳量較低的生鐵和含碳量高的鋼。不久又發明了能夠高效率大量提煉高質量鋼的生產技術「灌鋼法」——在提煉出幾乎不含碳成分的熟鐵的同時提煉出鋼的生產方法。這種新的鍊鋼方法出現在晉朝。採用這種技術生產的鋼，又叫做宿鐵，是製造冷兵器的最理想材料。
▲摺疊鍛打百鍊鋼
把加熱的鐵急劇冷卻、提高物理硬度的淬火技術，早在中國的古代就為鐵匠所掌握，並普遍採用這種處理方法來提高兵刃的物理硬度。在淬火處理當中，如果在冷卻用水中加入微量的水以外的成份（比如各種不同比例的動物油脂、尿液、硝鹽或其他化學物質），將會顯著提高鐵的物理硬度。關於這一點，從東漢末期到三國時代，中國的鐵匠們已經從實踐中有了這方面的經驗。他們在對鋼刃進行淬火處理時，就很注意對冷卻用水河流的選取（必須是陰寒沉穩的活水）。
▲漢代百鍊花紋鋼——將炒鋼經反覆摺疊鍛打變形而製成的鋼。其特點是反覆低溫加熱鍛打。多次反覆鍛打可排除鋼中夾雜物，提高韌性，從而使其成分趨於均勻，組織趨於緻密，細化晶粒，改善鋼的性能。古代鐵匠常把精鐵加熱鍛打上百次即成百鍊鋼，魏晉時代是百鍊鋼的鼎盛時期。唐宋之後，因灌鋼工藝的發展普及，百鍊鋼因生產費時費力有所減少。
到了六世紀（隋朝和南北朝）的時候，不僅僅只用水來冷卻淬火外，而且把野獸的尿液或脂肪熬煉油脂、特殊植物煎熬出的汁液等（反正是你做夢沒想到的東西）作為冷卻用水，用於冷兵器淬火處理上。
▲鑄造出的生鐵鐵錠，含碳量超2%以上，質地堅硬，耐磨，脆而不易鍛壓，多用於做大件
經過淬火處理後的鐵，確實提高了硬度，但是也變脆了。為解決這個難題，北宋時期的中國開始採用對鐵不加熱直接鍛造的冷鍛法，經過這樣鍛造的鐵，不僅表面又黑又亮，而且特別剛硬。
▲淬火工藝靠鐵匠的實踐積累，而且保密不公開
從而，就向能夠製造表面烏亮、堅硬且具有很好韌性的優質鋼邁進了重要的一大步。最早發現這種鍛造工藝的，是中國的藏族人，由於通商往來，才傳到北宋的。當時，就採用這種冷鍛方法製造了大量的高質量鎧甲裝備軍隊。
▲50年代全國大躍進趕美超英，國內普遍大搞土法鍊鋼勞民傷財，得不償失。
此外，古代中國在很早的時候就掌握了把加熱的鐵慢慢冷卻處理的回火技術，並廣泛用於生產不同用途的冷兵器製造方面。
本文源於：冷兵器研究所
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