怎麼冶煉刀劍鋼材

㈠ 鋼是怎麼練成的

煉鋼的過程一般是生鐵腦碳的過程，基本上是高溫鐵水放入轉爐吹氧，加入適量合金，再用真空等精練爐進行精煉，得到所需鋼種。還有一個是電爐煉鋼，後面的程序是一樣的。

鋼或稱鋼鐵、鋼材，是一種由鐵與其他元素結合而成的合金，當中最普遍的是碳。碳約占鋼材重量的0.02%至2.0%，視乎鋼材的等級。其他有時會用到的合金元素還包括錳、鉻、釩和鎢。

碳與其他元素有硬化劑的作用，能夠防止鐵原子的晶格因原子滑移過其他原子而出現位錯。調整合金元素的量，及其存在與鋼中的形式（溶質元素及參與相），就能夠控制鋼成品的特性，例如硬度、延展性及強度。加了碳的鋼會比純鐵更硬更強，但是這種鋼的延展性會比鐵差。

含碳量高於2.0%的合金叫鑄鐵，因為這種合金的熔點較低，可鑄性強。鋼又跟熟鐵不同，熟鐵可以含有少量的碳，但這些碳雜質都是夾雜在鋼中的殘留熔渣。鋼有兩種跟鑄鐵和熟鐵不同的特性，就是鋼的耐銹度較高，以及可焊度更佳。

盡管在文藝復興之前很久，人們已經懂得使用各種低效的方法來生產鋼，但是鋼的普及化要等到十七世紀，也就是有了更高效的生產法之後。自從在十九世紀發明了貝塞麥煉鋼法之後，鋼就成了一種可大量生產的廉價材料。

後來煉鋼法經過更多的改進，例如鹼性氧氣煉鋼法，使得鋼的生產價格更低，但同時品質更好。時至今日，鋼已經成為世界上普遍的材質，年生產量達十三億噸。在各種建築、基礎設施、工具、船隻、汽車、機械、電器及武器中，鋼都是一種主要的成分。現代鋼鐵一般用各種標准化團體所制定的不同品質標准來區分。

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地球地殼上所有的天然鐵都是以礦石的形式存在，一般為氧化鐵，例如磁鐵礦及赤鐵礦等。要提取鐵，就要把鐵礦中的氧移除，讓氧與其他的化學元素結合，例如碳。

這個過程叫熔煉，最早應用於熔點較低的金屬，例如熔點約為250 °C的錫及熔點約為1,100 ℃的銅。而鑄鐵的熔點則為1,375 ℃。這種溫度用青銅時代已經有的古老方法就可以達到。

由於氧化率在800 ℃以上時會急劇增加，所以保持冶煉環境低氧是很重要的。跟銅與錫不同的是，液態鐵能夠很容易地溶解碳。熔煉所生成的合金（生鐵）含碳量過高，因此還不能叫作鋼。後續的步驟會把多餘的碳和氧除掉。

很多時候會向鐵／碳化合物加入其他材料，來達至所需的特性。在鋼里加入鎳和錳會增加鋼的強度，並使奧氏體的化學性質更加穩定，加入鉻會使硬度及熔點上升，加入釩也可以使硬度上升，但同時更會減輕金屬疲勞所帶來的效應。

為了防止腐蝕，最少會要加入11%的鉻，這樣表面就會生成一層硬的氧化物；這種合金叫不銹鋼。鎢能幹預滲碳體的生成，使馬氏體得以在較低的淬火率下生成，這樣的成品叫高速鋼。另一方面，硫、氮與磷會使鋼變得更脆弱，因此必須從礦石中除掉這些普遍存在的元素。

㈡ 打造鐵劍分哪些步驟

漢代鐵劍的製作技術

君不見昆吾鐵冶飛焰煙，
紅光紫氣俱赫然。
良工鍛煉凡幾年，
鑄得寶劍名龍泉。

與青銅劍採用鑄造工藝不同，製作鐵劍的基本工藝是鍛打。鍛打不僅是起加工成型的作用，而且反復鍛打能使組織緻密、成份均勻、夾雜物減少並細化，因而提高鋼鐵的質量。

但自鐵劍以代銅劍，制劍由鑄造改而為鍛打以後，古籍中談到鐵劍製作，仍常鍛、鑄不分，時相混用，前引唐詩即是一例。這一方面是由於一些古人不懂技術，另一方面也由於古人寫詩作文，講究音韻諧和，「鑄劍術」總較「鍛劍術」說來順口，故明明是講鐵劍，也經常用「鑄」字。這是今人需要鑒別的。

烏獲奮椎、良工鍛煉

自50年代以來，冶金史研究者用科學方法陸續檢測了一些出土的鐵劍實物，從而了解到漢代鐵劍製作技術的具體情況。

（一）以塊煉鐵直接鍛制 古代最早由人工冶煉獲得的鐵料是塊煉鐵，它是在較低的冶煉溫度下，由鐵礦石固態還原獲得的鐵塊，含有大量脈石渣子，需通過鍛打擠出。而在鍛打之前，疏鬆多孔，因此又被稱為海綿鐵。

以塊煉鐵直接鍛打成器，是中國古代製作鐵劍的最初方法。河南三門峽市上村嶺虢國大墓所出西周晚期的銅柄鐵劍，即以塊煉鐵鍛制而成。河北易縣燕下都出土戰國末年鐵劍中了避孕葯以這種方法製成的。至漢代，民間一些質次價低的鐵劍，可能仍如此製作。

（二）以塊煉鐵滲碳鍛制 一般認為中國古代最早的鋼件是塊煉滲碳鋼，它以塊煉鐵為原料，在炭火中長時間加熱，表面滲碳，再經鍛打而成。東周時期已用塊煉鐵滲碳鍛制鋼劍。湖南益陽赫山廟出土戰國早期鐵劍，即為塊煉鋼製品。燕下都出土戰國末年鐵劍中有一柄殘劍（M44：100），經檢測是用塊煉鐵滲碳製成的低碳鋼件，製作方法為：將塊煉鐵滲碳後對折，然後多層疊在一起（沒有固定的折疊方向），有的對折後按同樣方向堆疊，有的則對接起來）鍛打成形，最後經過淬火。鍛打次數較少，鋼件斷面上高碳和低碳分層顯著，可以看到折疊的層次。

西漢時期，制劍主要沿用這種方法。滿城劉勝墓出土的一件長劍（1：5105）和一件短劍（1：4219），經檢測都是以塊煉鐵滲碳後折疊鍛打而成，所用原料和滲碳方法與燕下都鋼劍相同，但鋼的質量有很大提高，表現為非金屬夾雜物減少，細化，斷面上高碳和低碳的層次增多，而每層的厚度減小，碳含量的差別減小，組織比較均勻。主要原因是增加了加熱折疊鍛打的次數。最後，兩劍的刃部都進行了淬火。

（三）以炒鋼或熟鐵鍛制 至遲在西漢後期，出現了用生鐵煉鋼的「炒鋼」技術。它是把生鐵加熱到熔化或基本熔化狀態，在熔池中加以攪拌（古董人稱為「炒」），藉助於空氣中的氧把生鐵所含的碳氧化掉，從而成為鋼或熟鐵：前者是有控制地把生鐵炒煉到需要的含碳量，即鋼（一般為中碳鋼或高碳鋼）；後者是不加控制地「一炒到底」，含碳量極低。炒鋼產品的成分均勻，夾雜物一般比較細小，分布也比較均勻，質量優於塊煉滲碳鋼。而且，當時生鐵冶煉已達到較高水平，炒鋼以豐富的生鐵為原料，產量和效率都較高，能夠滿足社會的廣泛需要。於是，熟鐵或炒鋼便成為制劍的新材料；或者以熟鐵為原料，經過滲碳疊打鋼劍（方法與以塊煉鐵滲碳鍛制相似）；或者以炒鋼為原料，反復加熱折疊鍛打成劍。

以炒鋼產品製作刀劍晨東漢時期已經普及。1978年江蘇徐州銅山東漢墓出土一件鐵劍，經檢測，是用含碳量較高的炒鋼為原料經多次加熱疊打製成。1974年山東蒼山東漢墓出土一件一環首長刀，經檢測分析，也是用炒鋼為原料反復折疊鍛打而成。東漢晚期著作《太平經》卷七二《不用大言無效訣》謂：

使工師擊冶石，求其中鐵，燒治之使成水，乃後使良工萬鍛之，乃成莫邪。

據分析，這段話講的就是以炒鋼產呂制劍。因為把鐵礦石燒冶成水，當然只能是生鐵水，在鍛打之前一定要炒成鋼或熟鐵才行，否則生鐵就不能鍛，更不用說「萬鍛」了。這是一個從礦石煉出鐵水，再炒成鋼或熟鐵，最後鍛成劍的比較完整的過程。

（四）以鑄鐵脫碳鋼鍛制 鑄鐵脫碳是我國古代獨有的一種生鐵煉鋼方法，它是將白口生鐵鑄件在固態進行脫碳退火，從而和得至高碳鋼、中碳鋼和低碳鋼。這種方法的特點是通過掌握時間和有控制地脫碳，由於生鐵中多餘的碳被氧化成氣體跑掉，從而成為全鋼組織。而且基本不析出石墨或只析出很少的石墨。鑄鐵脫碳鋼保留了生鐵夾雜物少的優點，組織均勻，質地純將。目前所知最早的鑄鐵脫碳鋼件是河北滿城劉勝墓了土的六件鐵鏃。劉勝死於公元前113年，可知這種煉鋼方法至遲在公元前2世紀末葉已經出現。

漢代的鑄鐵脫碳鋼器物是用兩種方法製成的。一種是以生鐵鑄造成坯，然後脫碳成鋼，再予簡單加工，如加熱彎折，對刃部進行局部滲碳、鍛打等。這種方法廣泛用於製造生產工具和生活用具，如河南澠池了土漢魏窖藏鐵器中的鋼斧、鄭州東史馬出土東漢鐵剪等。另一種方法是將生鐵鑄造成薄板狀，然後脫碳得到成形式形鋼材，將鋼材經過反復加熱鍛打，器物。刀劍等兵器，皆如此製作。

過去在鄭州古滎鎮、南陽瓦房庄、魯山望城崗等漢代冶鐵遺址中曾出土地大量形鑄鐵板，就都是已經脫碳的鋼材。目前也發現了用鑄鐵脫碳鋼鍛造成的刀劍，如北京大葆台西漢墓中出土的一件環首鐵刀，河南鞏縣鐵生溝漢代冶鐵遺址中出土的一件鐵劍。

精而煉之、至於百辟

以上所述，為漢代鐵劍的一般製作技術。兩漢時期，一些優質刀劍的製作還採用了幾項先進特出的工藝。

（一）局部淬火工藝 鋼劍淬火工藝出現於戰國時期。經檢測，燕下都戰國末年鋼劍曾經加熱至攝氏九網路以上進行淬火，這是已知中國古代最早的淬火鋼器。西漢時又發展產生了只將刀劍刃部進行淬 火的新工藝。滿城劉勝墓出土的一件錯金書刀（1：5197）和兩件鋼劍（1：5105、1：4249）都只在刃部觀察至淬火馬氏體組織。由於刃部經過淬火，因而具有很高的硬度，極其鋒利。而刀劍的脊部因未經淬火，硬度較低，保持了較好的韌性，不易斷折。《漢書·王褒傳》說：「巧冶鑄干將之補，清水淬其鋒。」正與實物相合。

（二）表面滲碳工藝 滿城劉勝墓出土的錯金書刀（1：5197），經檢測是經塊煉鐵為原料，經滲碳、疊打製成的低碳鋼件。它在鍛打成型並經磨製以後，又進行了表面滲碳，從而使刀的表層組織含碳較高，更加堅硬。同墓所出一件鋼劍（1：5105）經檢測也經過表面滲碳，表層碳含量在百分之零點六以上，高於心部高碳層百分之零點五至百分之零點六的含碳量。

（三）百煉鋼工藝 1978年江蘇徐州銅山所出東漢鋼劍，莖部有隸書錯金銘文一行：

建初二年（公元77年）蜀郡西工官王愔造五十湅□□□孫劍□

1974年山東蒼山所出東漢鋼刀的刀身上也有一行錯金隸書銘文：

永初六（112年）五月丙午造卅湅大刀吉羊宜子孫

前已說及，這兩件刀劍都是炒鋼為原料，經過反復加熱折疊鍛打而成。那麼，銘文中的「五十湅」和「卅湅」是什麼意思呢？

檢測發現，「永初卅煉刀中硅酸夾雜物有明顯分層，如以位於同一平面的連續或間斷的夾雜物作為一層的標志，由三個觀察者（其中二人事先不知道卅煉鋼及測量目的），在100倍顯微鏡下，整個斷面觀察至的層數分別平均為31層、31層弱、及25層。」建初劍的劍身樣品斷面也有因組織與成分差異而出現的分層現象，金相觀察至的分層數目近60層（圖一一五）。這種現象是將鋼材的湅數接近，所以冶金史研究者都推測，刀劍銘文中的湅數可能就是指疊打後的層數，或用同一種鋼料反復折疊鍛打，或用數層成分略不有同的原料疊打，然後加熱折疊再鍛，反復多次。

最近，孫機先生撰文指出，鋼鐵刀劍銘文中的「湅」當為「氵柬攵」之省。《說文》：「
氵柬攵，辟氵柬攵 鐵也」。辟氵柬攵，意謂「取精鐵折疊鍛之」，又單稱「辟」。以前楊寬先生也曾指出，「辟」是「襞」的假借字，就是襞積折疊而加以鍛打的意思。這些看法與冶金史學者對實物觀察分析正相吻合。

如說周知，增加加熱折疊鍛打的次數（與疊打後的層數成正比），能夠提高鋼鐵刀劍的質量。王充《論衡·率性》說：

試取東下直一金之劍，更熟鍛煉，足其火，齊其銛，猶千金之劍也。

講的就是這個道理。因此，刀劍銘文中的湅數，不是簡單的層數概念，而應是代表了一定的工藝質量標準的。

從戰國至漢代，刀劍加熱疊鍛次數的增加經歷了一個明顯的過程。燕下都戰國末年鋼劍的疊鍛交數極少，劉勝墓西漢鋼劍有顯著增加，因而劍的質量有很大提高。至東漢建妝五十湅劍和永初三十湅刀，加熱疊鍛的資料又有較大增加，刀劍的質量也隨之進一步提高，這顯然是加工工藝發展的結果。

東漢晚期以後，氵柬攵 （ 湅）字多俗寫作鍊、煉（兩字後都簡化為煉）。當時，文獻記載中出現了鍊數更多，以至「百鍊」、「百辟」的刀劍。如梁陶弘景《刀劍錄》記：蜀主劉備曾令名匠蒲元造刀，刃口刻「七十二鍊」。曹操《內誡令》稱：「往歲作百辟刀五枚，吾聞百鍊利器，辟不祥，攝伏姦宄者也。」曹丕《典論》稱：建發二十四年，造「百辟寶劍」，並撰文曰：『選茲良金，命彼國工，精而鍊之，至於百辟」。《晉書·載記》記載：十六國時，大夏之主赫連勃勃造「百鍊鋼刀」。

目前，研究者對於「百鍊」、「百辟」究竟是實指加熱疊鍛的規格，抑或是虛浮的誇張之詞，尚未取得一致意見。但不管怎樣，它都表示了加熱折疊鍛打的次數之多之繁，因此後世常以「百鍊」來形容加工的繁復和產品的精良，而今人也就沿用「百鍊鋼」一詞來通過繁復的加熱折疊 鍛打以製作優質鋼劍或鋼刀的工藝，諸如三十湅、五十湅甚至甚或更多。

以前，有的研究者將「百鍊鋼」視為中國古代的一種煉鋼方法，不很妥當。如果以塊煉鐵滲碳鍛制器物，鍛打的加工過程同時也是煉製成鋼的過程，因為塊煉鐵之成為塊煉滲碳鋼，本需經一定程度的鍛打。但東漢時期的百鍊鋼刀劍已發展為以炒鋼作原料，繁復的鍛打只起加工成型和提高質量的作用。因此我們覺得，將「百鍊鋼」視為製作刀劍的加工工藝更加恰當（目前發現的百鍊鋼製品都是刀劍）。

也有的研究者提出將「百鍊鋼」改稱「辟鍊鋼」，恐也不妥。因為辟鍊（即折疊鍛打）是製作鋼鐵刀劍的基本工藝，即使普通的鋼刀鋼劍，也須經疊鍛而成，只是疊鍛的次數少數派，所以質量次，燕下都鋼劍是個明證。至於建初五十湅劍和永初三十湅刀，其疊鍛的次數之多，可謂達到了相當繁復的程度。這樣一種繁復疊鍛的工藝，稱之為「百鍊鋼」，以區別於一般的折疊鍛打，仍是合適的。

相劍術和相劍經

兩漢時期，以鑒別劍刀優劣為務的相劍術依然流行。而隨鐵劍取代銅劍，相劍術的內容也由早期的相銅劍轉而為相鐵劍。

《漢書·藝文志·數術》載有「《相寶劍刀》二十卷」，當是有關相劍術的著作，這也是僅見記載的相劍術之書，可惜久已失傳。

1972-1974年間，甘肅居延考古隊在額濟納河流域（今屬內蒙古）調查發掘了肩水金關、甲渠候官（破城子）和甲渠塞四燧三處漢代屯戍遺址，出土漢簡近二萬枚。其中，在破城子出土的簡牘中，有六枚簡（編號為EPT40：202-207）前後相屬，文義基本連貫，內容是關於鑒別劍刀的優劣，很可是《相寶劍刀》一類古書的殘簡。其釋文如下：

●欲知劍利善，故器者起拔之視之身中無推處者故器也=視欲知利善者必視之身中有黑兩桁不絕者

其逢如不見視白堅未至逢三分所而絕此天下利善劍也=又視之身中生如黍粟狀利劍也加以善。

●欲知幣劍以不報者及新器者之日中騂視白堅隨逢上=者及推處白黑堅分明者及無文縱有。
文而在堅中者及雲氣相遂皆幣合人劍也刀與劍同等●=右善劍四事●右幣劍六事

●利善劍文縣薄文者保雙蛇文皆可帶羽圭中文者皆可=劍諒者利善強者表惡弱則利奈何

●惡新器劍文斗雞征蛇文者粗者及皆凶不利者●右幣=劍文四事

通讀釋文，能夠大略看出，六簡所記都是由器身外觀（包括劍紋）來辨別善劍或幣（弊）劍的標准，明白易解者「又視之身中生如黍粟狀，利劍也」（第2簡）。這大概就是著錄相劍術士之言而成的相劍經，如同相馬有相馬經、相牛有相牛經一般。

東漢桓譚雲：「君大素曉習萬劍之名，凡器但遙觀而知，不須手持熟察。言能觀千劍，則曉知之。」君大當為漢時善相劍者」

㈢ 古代是怎麼進行冶煉的

先秦到西漢中晚期，主要的制鋼工藝是塊鐵滲碳法，此法首先由礦石煉得塊煉鐵，其次再由塊煉鐵滲碳煉製成鋼。當然也有不經第二步一次還原煉製成鋼的，此鋼也叫塊煉鋼或自然鋼。當時，煉鋼技術首先在南方的楚國達到較高水平，就連秦昭王都稱贊「楚之鐵劍利」。

為了獲得更加鋒利和堅韌的武器，工匠們又發明了「百煉鋼」。「百煉鋼」，是將塊煉鐵反復加熱折疊鍛打，讓鋼體成分更均勻，雜質更少，從而提高鋼鐵器物的質量。1974年山東省臨沂地區蒼山漢墓出土的一把東漢永初六年（公元112年）的鋼刀，是迄今為止發掘出最早的百煉鋼。

我國古代炒鋼技術約發明於西漢中晚期，一直沿用到明清。此法乃是一種半液態的冶煉方法，需先將生鐵加熱到半液態後，利用鼓風中的氧使生鐵脫碳為鋼和熟鐵成分范圍。因為在其過程中需要不斷炒動金屬，因此被成為「炒鋼」。

(3)怎麼冶煉刀劍鋼材擴展閱讀

我國古代煉鋼技術最早發明於春秋晚期。目前發現最早的鋼制器物是長沙楊家山出土的春秋晚期鋼劍，而這已經證明了我國的煉鋼歷史至少有2500年！

中國古代最初是使用自然銅，商代早期已能用火法煉制銅錫合金的青銅。冶煉青銅的過程較復雜，大概是先把選好的礦石加入熔劑，再放在煉爐內，燃木炭熔煉，等火候成熟，取精煉銅液，棄去煉渣，即得初銅。初銅仍比較粗，需再經提煉才能獲得純凈的紅銅。紅銅加錫、鉛熔成合金，即是青銅。