文物中的化学

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五、中国古代炼钢工艺的明证 1930年在山东滕县（现滕州市）宏道院出 土了一块汉代的描绘冶炼的画像石（见图2-10） 。从画面上可以看到人们运用皮囊鼓风的炒钢炉 或锻造加热炉进行炼钢的过程。随着冶铁技术的 进步，中国先民前后掌握了多种方法来炼钢，炒 钢仅是其中的一种。 概括而言，中国古代炼钢方法主要可分两类 ：一类是以块炼铁为原料，采用渗碳技术使其成 钢；另一类是以生铁为原料，采取脱碳技术使其 成钢。 最早出现的大量钢制品，大多是块炼渗碳钢 。春秋战国时期块炼渗碳钢的获取方法有两种。 一种是把块炼铁直接放在炽热的木炭上加热，表 面渗碳，再经反复锻打，就制得了渗碳钢。河北 易县燕下都第44号墓曾出土钢剑、钢戟、钢矛等 ，经冶金史家鉴定，它们就是渗碳钢产品。从金 相检验中可以看到，碳是从表面向内渗进去的， 所以呈现表层碳多、内层碳少的现象。锻打后钢 片延伸为长条，工匠们又把它折叠起来继续锻打 ，并把若干片锻接起来而成长剑，因此剑的横截 面就显现出含碳量高低不同的分层现象。有含碳 量在0.5%~0.6%的高碳层，也有含碳量为 0.15%~0.20%的低碳层，它们多层相间，各层有 厚有薄，分界有时十分明显，有时有较厚的过渡 层。其中所含的夹杂物分布不均，大块的夹杂物 形状不规则，这是因为原料铁的基体没有经过溶 化成液态的阶段，即是块炼铁。而大块夹杂物是 条状的氧化亚铁（FeO）-铁橄榄石型硅酸铁 （2FeO·SiO2）的共晶组织，表明在冶炼或锻 炼中温度一度达到或略超过生成共晶组织所需的 1175℃。易县燕下都出土的战国时期的钢制品文 物为我们了解当时的炼钢方法提供了很好的帮助 。 生产块炼渗碳钢的另一种方法是将块炼铁与 配入的渗碳剂和催化剂（例如干木材、植物茎叶 等含碳物质都可做渗碳剂）放在一起，密封加热 ，使之渗碳成钢。这种方法制得的钢又称为“焖 钢”。有人推测，《吴越春秋》所记载的干将莫 邪在冶炼中断发剪爪投入炉中所炼的钢，可能就 是“焖钢”。 1968年在河北满城西汉中山靖王刘胜及其 妻窦绾两座大型汉墓中，出土了大量的文物，其 中有许多水平相当高的铁器。从种类上看，包括 兵器、农具、工具和生活用具；从材质上看，包 括生铁、块炼铁和各种不同含碳量的钢；从工艺 上看，包括铸、锻、柔化、渗碳、淬火等技术， 尤其是出现了经过反复锻打块炼钢改进钢质的新 工艺，它使其组织比战国时期一般的块炼钢均匀 ，含碳不均匀的分层现象明显减少，钢的质量达