致敬古代能工巧匠之： 冶金術的先驅者綦毋懷文

在中國古代的能工巧匠這個隊列中，有機械發明大師，發揮奇思妙想製造出各種稀奇精巧的裝置設備，極大地改善了人們的生活；有建築結構達人，造出了結構穩定、風吹雨打渾不怕的橋樑房屋；還有科學怪咖，提出數學、力學、光學等領域諸多先進概念，比西方早了不知道幾百年。今天小編要跟大家介紹的是第四類人，在冶煉熱處理方面那可是技術一流，正是有了這類人，人們才進入了金屬時代。

金屬的利用大大改善人們的生活

最具代表性的人物當屬綦（qí）毋懷文。綦毋懷文是中國南北朝時期的著名冶金家，他總結了歷代鍊鋼工匠的豐富經驗，對古代一種新的鍊鋼方法——灌鋼法作出了突破性發展和完善，同時在制刀和熱處理方面也有獨特創造，為中國冶金技術的發展作出了劃時代貢獻。綦毋懷文在史書上記載很少，只知道他生活在公元六世紀北朝的東魏、北齊時代，他喜歡「道術」，曾經做過北齊的信州（今四川省奉節縣）刺史等。下面就具體來看看他在金屬冶煉和加工方面的造詣吧。

綦毋懷文畫像

1 灌鋼法的完善

灌鋼法是中國冶金史上的一項重大成就和偉大創造，在世界冶金史上佔有突出地位。灌鋼法的基本方法就是將含碳量高的熔融狀態的生鐵和合碳量低的熟鐵合煉，使碳分逐漸擴散、趨於均勻，最後成為合碳量較高的優質鋼。灌鋼法的出現是中國古代勞動人民在長期冶鍊鋼鐵的生產實踐中，經過不斷摸索和探討，在總結前人豐富的冶鍊鋼鐵知識和經驗的基礎上創造的一種新的高效鍊鋼方法。

古代灌鋼法作業

現代鋼鐵生產加工

灌鋼法具有明顯的優點，在高溫下，液態生鐵中的碳分及硅、錳等與熟鐵中的氧化物夾雜發生劇烈氧化反應，這樣可以去除雜質，純化金屬組織，提高金屬質量。因此，灌鋼法可以減少反覆摺疊、鍛打的次數，提高勞動生產率；而且灌鋼法操作簡便，易於掌握，便於推廣。

奔流的高溫鋼水

據《北史》和《北齊書》記載，綦毋懷文曾使用「灌鋼法」冶鍊鋼刀及利用兩種淬火介質進行淬火以製作刀具。這是古代關於灌鋼技術最詳細、最明確的較早記載。在此之前，雖然也有少量文獻有關於灌鋼的記載，但都非常簡略，使後人難以了解其具體含義和方法。南北朝時，綦毋懷文對這一鍊鋼工藝進行了重大改進和完善，使這種新的鍊鋼方法趨於穩定，操作更加方便、實用。因此可以說，綦毋懷文雖然可能不是灌鋼法的最早發明者，但卻是目前所知灌鋼法的最早實踐者和革新者，為灌鋼法的發展做出了無與倫比的貢獻。

鐵碳三相圖

灌鋼自出現以來，尤其是綦毋懷文進行了重大改進之後，在中國逐漸推廣開來。南北朝時期，民間已用它製作刀、鐮等；到了唐朝，灌鋼得到進一步發展，特別是在今天的河北一帶，許多冶煉家在使用綦毋懷文創造的冶煉工藝；到宋代，灌鋼流行全國，已經取代炒鋼和百鍊鋼，成為當時主要的鍊鋼方法；到明朝時，灌鋼技術進一步發展，出現了新的工藝形式「蘇鋼」，這是灌鋼的高級發展階段；直到近現代，在安徽的蕪湖、湖南的湘潭、四川的重慶、威遠等地人們還在使用；可見其影響深遠。灌鋼的出現，為中國鍊鋼技術和生產的發展起了巨大的推動作用，在柑鍋鍊鋼法發明之前，它一直是一種先進的主要鍊鋼方法。而綦毋懷文對灌鋼工藝的發展作出了巨大貢獻。

打鐵的過程

現代鋼鐵批量生產

2 淬火技術的掌握

中國早在戰國時代就使用了淬火技術，但是長期以來，人們一般都是用水作為淬火的冷卻介質。雖然三國時的制刀能手蒲元等人已經認識到：用不同的水作淬火的冷卻介質，可以得到不同性能的刀，但仍沒有突破水的範圍。

現代水冷淬火技術

而綦毋懷文則實現了這一突破，他在製作「宿鐵刀」時，使用了動物尿和動物油脂作為冷卻介質。動物尿中含有鹽分，冷卻速度比水快，用它作淬火冷卻介質，淬火後的鋼比用水淬火的鋼堅硬；而動物油脂冷卻速度則比水慢，淬火後的鋼比用水淬火的鋼有韌性。這是對鋼鐵淬火工藝的重大改進，一方面擴大了淬火介質的範圍，另一方面可以獲得不同的冷卻速度，以得到不同性能的鋼。

現代油冷淬火技術

綦毋懷文還可能使用了雙液淬火法，即先在冷卻速度大的動物尿中淬火，然後再在冷卻速度小的動物油脂中淬火，這樣可以得到性能比較好的鋼，避免單純使用一種淬火介質淬火（即單液淬火）的局限。因為只用一種淬火介質畢竟難以兩全其美，如果使用的淬火介質冷卻速度比較快，就容易引起工件開裂、變形等缺陷；如果淬火介質冷卻速度緩慢，就會使工件韌性有餘，硬度不足，難以滿足使用的要求。這樣就需要使用雙液淬火法，即在工件的溫度比較高的時候，選用冷卻速度比較快的淬火介質，以保證工件的硬度；而在溫度比較低的時候，則選用冷卻速度比較小的淬火介質，以防止工件開裂和變形，使其有一定的韌性。

雙液淬火法不同的冷卻速度

雙液淬火法是一種比較複雜的淬火工藝，掌握起來並非易事，它需要操作者有很高的技術水平和豐富經驗。既要掌握好開始淬火的溫度（溫度過高，淬火後工件發脆，溫度過低，則硬度不夠），又要掌握好從第一種介質取出的時機（實際也是工件溫度）；這在當時沒有測溫、控溫設備的條件下，完全依賴操作者的感觀把握和操作技巧。綦毋懷文能在這種困難條件下掌握如此複雜的淬火工藝，實在是一個了不起的成就。　

雙液淬火操作

3 制刀工藝貢獻

綦毋懷文在制刀方面同樣做出了傑出貢獻。他總結了前人在制刀技術和熱處理方面的豐富實踐經驗，經過不斷鑽研和實踐探索，創造了一套新的制刀工藝和熱處理技術。他做出的刀極其鋒利，能夠一下子斬斷鐵甲30札。

綦毋懷文製造的鋒利的宿鐵刀

在綦毋懷文之前，中國古代的鋼刀大都用百鍊鋼製成，這樣製做的刀、劍雖然性能優異鋒利無比，但也存在不少缺陷，整把刀全部用百鍊鋼製成，因此價格昂貴；如一把東漢時期的名鋼劍的價錢可以購買當時供7個人吃兩年9個月的糧食。而且百鍊鋼製作刀劍費時費力，三國時，曹操命有司製作寶刀5把，用了三年時間。

百鍊鋼製造的武士刀

為此，綦毋懷文對制刀工藝進行了重大更新。他用灌鋼法煉製的鋼做成刀的刃部，而用含碳量低的熟鐵作刀背，這樣製成的刀具刃口鋒利而不易折斷，剛柔兼備、經久耐用。一把刀的背部、刃口實際起著不同的作用，因而要求具有不同的性能。一般來說，刃口主要起刺殺作用，因而要求有比較高的硬度，這樣才能保證刀的鋒利，所以應該選擇含碳量較高、硬度較大的鋼來製造。而刀背主要起一種支撐作用，要求有比較好的韌性，使刀在受到比較大的衝擊時不致折斷，這樣就要選擇含碳量較低、韌性較大的熟鐵。

刀刃和刀背採用含碳量不同的鋼

綦毋懷文正是對鋼鐵的性能有比較深刻的認識，在製作刀具時才能夠將熟鐵和鋼巧妙結合起來，將二者恰到好處地用在合適的地方，既滿足了鋼刀的不同部分的不同要求，又節省大量昂貴鋼材，利於鋼刀的推廣和普及。這種制刀工藝，今天還在沿用。

中間採用熟鐵外圍採用鋼的套夾刀

綦毋懷文能在1400多年前，在鋼鐵冶煉、制刀、淬火工藝等方面作出如此傑出的成就，是中華民族的驕傲。中國冶金技術能夠在古代長期領先於世界，正是靠了綦毋懷文和千百萬工匠的辛勤勞動，他們的突出貢獻，為祖國贏得了榮譽，為後人所敬仰。因此，當我們研究和總結古代科學技術的偉大成就的時候，也應該記住他們的功績。

向中國古代冶金工匠們致敬

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