灌鋼
正文
西晉張協《七命》說：“楚之陽劍，歐冶所營，……乃乃鑠，萬辟千灌”。“辟”可釋為層疊，“灌”可能指灌注。宋沈括《夢溪筆談》對灌鋼技術作了較全面的記述：“世間鍛鐵所謂鋼鐵者，用柔鐵屈盤之，乃以生鐵陷其間，泥封煉之，鍛令相入，謂之團鋼，亦謂之灌鋼。”明代灌鋼技術進一步提高。方以智《物理小識》、宋應星《天工開物》、李時珍《本草綱目》均有記述。與宋代不同點有二，其一是改泥封為塗泥草履覆蓋，使生鐵在還原氣氛下逐漸熔化；其二是將熟鐵製成薄片，滲淋生鐵時可增加接觸面積，使熟鐵加快增碳成鋼。
蘇鋼，亦稱蕪鋼，是灌鋼技術的發展。明朝時蘇州、蕪湖是蘇鋼生產的中心，後來傳播到湖南、四川等地。蘇鋼在製作時改善了生、熟鐵的接觸條件，使兩者均處於運動狀態，由人工控制，以保證質量。
用生鐵作為增碳劑，以提高鋤、鎛等農具的刃口硬度，則被稱為“生鐵淋口”或“淋鋼”、“擦滲”。這種技術中國現代仍有套用。
(一)灌鋼工藝的發明和發展
我國古代關於灌鋼的記載始見於東漢晚期。《全後漢文》卷九十一王粲(177—217年)《刀銘》雲:“相時陰陽，制茲利兵，和諸色劑，考諸濁清；灌襞已數，質象已呈。附反載穎，舒中錯形。”此文所述為製作寶刀的全過程。其中的“灌”即灌煉，“襞”原指衣服上的褶襉，在此應指鋼鐵材料的多層積疊、反覆摺疊。“灌襞已數”即是多次灌煉。可見東漢末年，人們便用灌鋼製作刀劍，其發明年代至遲在東漢晚期。何堂坤：《關於灌鋼的幾個問題》，《科技史文集》第15輯，上海科技出版社1989年版。
稍後，晉張協《七命》也談到過與王粲《刀銘》所云相似的工藝:“銷逾羊頭，鏷(鍱)越鍛成，乃煉乃鑠，萬辟千灌；豐隆奮椎，飛廉扇炭。”此“銷”，唐李善引許慎說為“生鐵也”。鍱，《廣雅》釋為鋌。李善注云:“辟謂疊之，灌謂鑄之”。《六臣注文選》卷三五張協《七命》注。所以，此“萬辟千灌”便是指多層積疊，多次灌煉，即是灌鋼工藝。
南北朝時，灌鋼在我國南北各地推廣開來，且用於農具製作中。《重修政和經史證類備用本草》卷四“玉石部”引梁陶弘景雲:“鋼鐵是雜煉生鍒作刀鐮者”。北齊綦毋懷文亦製作過灌鋼刀。及宋，各種記載更多。張君房《雲笈七籤》卷七十八載:“灌剛之時，必須林栗等炭，余皆不堪用。”又雲:“取自然成剛鐵上，次取擣剛五灌已上者佳。”《重修政和經史證類備用本草》卷四又引北宋蘇頌《圖經本草》雲:“以生柔相雜和，用以作刀劍鋒刃者為鋼鐵。”灌鋼在我國一直沿用到明清，本世紀三十年代還在四川等地流行。
李時珍《本草綱目》卷八“鋼鐵”條:“鋼鐵有三種，有生鐵夾熟鐵煉成者，有精鐵百鍊出鋼者，有西南海山中生成狀如紫石英者。”前者即是灌鋼，次者百鍊鋼，後者系金剛石之誤。可見在古人心目中，灌鋼是我國古代鋼的主要品種之一。因其含碳量較高，通常主要用來製作刀、劍、鐮等兵器、生產工具的鋒刃部，對我國古代社會生產的發展起到了重要的作用。
(二)灌鋼的工藝操作
宋代以前這方面的記載很少，宋以後至少有三種不同的工藝類型。
第一種，生鐵陷入法。沈括《夢溪筆談》卷三雲:“世間鍛鐵所謂鋼鐵者，用柔鐵屈盤之，乃以生鐵陷其間，封泥煉之。鍛令相入，謂之團鋼，亦謂之灌鋼。”此“柔鐵”即古代“熟鐵”。此“封泥”的作用有三:(1)使鐵料各部分均勻受熱，讓生鐵緩慢熔化。(2)防止生鐵熔化後的流失，使之更好地與柔鐵作用。(3)防止和減少碳在爐氣中的燒損。
第二種，生鐵覆蓋法。宋應星《天工開物》卷一四雲:“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(夾)緊，生鐵安置其土(上)(原注:廣南生鐵名墮子生鋼者妙甚)。又用破草履蓋其上(原注: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。”此操作比生鐵陷入法又有了一些進步:(1)生鐵置於“熟鐵”上，熔化後向下滲淋，就增加了生、“熟”鐵接觸反應的機會，減少了生鐵流失的機率。(2)不需封泥，而是上蓋破草履，下塗泥，簡化了操作。(3)“熟鐵”為薄片狀，增加了反應面，提高了生產率。
第三種，生鐵澆淋法。約始創於明代中期，清時在安徽蕪湖，湖南湘潭等地都較興盛，因傳為江蘇工匠始創，又名之為“蘇鋼”。
明代唐順之《武編前編》卷五“鐵”條說:“熟鋼無出處，以生鐵合熟鐵煉成，或以熟鐵片夾廣鐵，鍋塗泥入火而團之，或以生鐵與‘熟鐵’並鑄，待其極熟，生鐵欲流，則以生鐵於‘熟鐵’上，擦而入之。”此“熟鋼”即灌鋼，這裡談到兩種操作，前者與沈括所云相類似，後者即是蘇鋼工藝。
陳春華《嘉慶蕪湖縣誌》卷一也有蘇鋼的記載:“居於廛治鋼業者數十家，每日須工作不啻數百人。初鍛‘熟鐵’於爐，徐以生鏷下之，名曰餧鐵，餧飽則鏷不入也。於時渣滓盡去，錘而條之，乃成鋼。”《光緒湘潭縣誌》卷十一、1935年出版的《中國實業志(湖南)》第七篇都說到湘潭蘇鋼是乾隆年間從蕪湖傳去的。可知蕪湖蘇鋼應在清代早中期便較發達。
與前二法相比，蘇鋼操作的優點是:(1)其“熟鐵”僅僅是初鍛過的，組織較為疏鬆，便增大了生、“熟”鐵接觸反應面，所含氧化夾雜亦較多，可提高碳氧反應的強度，增強去渣能力。並且，部分氧化亞鐵可被還原，就提高了金屬收得率。(2)生鐵不是直接覆蓋於“熟鐵”之上，亦非夾於“熟鐵”間，從“以生鐵於‘熟鐵’上，擦而入之”、“徐以生鏷下之”兩句來看，生鐵、“熟”鐵是保持一定距離的，便可有控制地進行灌淋。據周志宏先生1938年調查，周志宏：《中國早期鋼鐵冶煉技術上創造性的成就》，《科學通報》1956年2月。重慶北碚蘇鋼亦採用類似的操作。無需封泥、塗泥，以及覆蓋破草履，亦簡化了工序。
此三種操作反映了灌鋼技術不斷發展和人們認識逐漸深化的過程。
(三)灌鋼的工藝原理
何堂坤：《中國古代煉鋼技術初論》，《關於灌鋼的幾個問題》，分別見《科技史文集》第14輯（1985年）、第15輯（1989年），上海科學技術出版社。
因灌鋼以生鐵和“熟鐵”為原料，有學者認為它是一種利用生鐵向熟鐵滲碳的工藝，這是一種誤解。灌鋼冶煉的主要目的並不是調劑含碳量，而是排除夾雜。實際上百鍊法和灌煉法都是在炒鋼的基礎上，為了進一步去除夾雜而發明出來的。依據是:
(1)前面談到，古代“熟鐵”的含碳量是與可鍛鐵相當的。因灌鋼以“熟鐵”為原料，灌煉之後，其含碳量便有可能增加，也有可能減少，或者變化不大的。
(2)1938年周志宏先生對重慶北碚金剛碑蘇鋼作坊的原料和產品都進行了成分分析，結果列如表2—6。
可見其產品含碳量與原料“熟鐵”含碳量是一樣的。它們之間的主要區別是:成品鋼中的矽、錳、磷、硫含量稍較原料“熟鐵”為低。這顯然是排除了夾雜之故。在其他地方的冶煉實例中，其蘇鋼產品含碳量也可能存在高於或低於原料“熟鐵”含碳量的現象，但這不是灌煉的主要目的。
灌鋼是我國古代冶金技術的一項傑出創造，它利用生鐵含碳量較高、“熟鐵”含氧化夾雜較多的特點，用“熟鐵”中的氧來氧化生鐵中的矽、錳、碳，造成激烈的“沸騰”，而達到去除夾雜的目的。雖操作簡單，效果卻十分明顯，這是人類古代制鋼工藝中所獲得的最高成就。唐順之《武編前編》卷五說:“此鋼合二鐵，兩經鑄煉之手，複合為一，少沙土糞滓，故凡工煉之為易也。”陳春華說“於時渣滓盡去”，都是毫無誇張的評價。約翰•；德(JohnDay)在《史前鋼鐵使用》一書中譽灌鋼為“後世平爐方法的先聲”，也並不過分。轉引自李恆德《中國歷史上的鋼鐵冶金技術》，《自然科學》第1卷第7期，1951年12月。
