(1)多层积叠锻合法，即把许多块料积叠并锻合在一起。

这些原料的成分可以相同，也可以不同；积叠锻合后也可再次折叠。

这有三方面资料可为佐证。

一是文献记载。

据曹植《宝刀赋》云，建安中，曹操作宝刀五枚，曹操在《内诫令》中称此刀为“百炼利器”，在《百辟刀令》中又谓之“百辟刀”。

“辟”者，襞也，多层积叠、反复折叠也。

说明此“百辟”是“百炼”的一种具体方式。

二是实物资料。

科学分析表明，永初六年“卅湅刀”和建初二年“五十湅”长剑金相组织都明显分层，前者在刃部取样含碳量约0.6-0.7%，夹杂物细薄分散，变形量较大，分布均匀，大体为30层左右。

后者刃部组织分为三部分，中心部分约可分为15层，含碳量0.7-0.8%，组织均匀；两个边部对称，各有20层左右，含碳量不甚均匀，高碳部分为0.6-0.7%，低碳部分为0.3-0.4%，总计为50余层。

柯俊等：《中国古代的百炼钢》，《自然科学史研究》1984年第4期。

可见在早期百炼钢工艺中，炼数与组织层数之间存在一定关系。

当然，未必所有百炼钢皆是如此，“百”当言多，而非严格的数字指数。

三是日本刀工艺。

据研究，日本刀的皮部、心部往往都由多层积叠的材料锻合而成。

皮部常用含碳量1.3%左右的“玉钢”制作，先把玉钢锻成许多小块，后将其积叠锻合，再横向、纵向折叠，据说要反复折叠23次。

心部常用含碳量稍低的“庖丁铁”与“玉钢”混合锻打，比例为2∶1。

锻合后还要折叠10次以上。

内田天夫：《大日本刀剑新考》，1934年，第297、298页。

(2)单料反复折叠锻合。

未折叠前若材料为一层时，经`次折叠后，便会出现2n层。

现代龙泉宝剑曾有“九炼”之说，“九”亦含“久”意，但实际锻打次数取决于原料质量和对产品性能的要求，通常要锻打半天。

日本刀也有类似的操作，有人说新刀期要折叠15次，得到32768层组织；又有人说近世之日本刀不过折叠7-8次，得到128或256层组织本间顺治：《日本刀》，岩波书店1939年，第34-36页。

；在金相显微镜下，此组织有时能够分解，有时不能分辨。

(3)旋绕锻合法。

魏源《海国图志》引黄冕《飞炸弹炮说》云:“用铁条烧熔百炼，逐渐旋绕成团，每五斤方能炼成一斤。”据调查，二十世纪三十年代以前，北京宝刀工艺中也有一种类似的操作，但其旋绕锻合的次数视情况而定。

百炼钢因制作艰难，金属收得率低，所以主要用作宝刀宝剑一类名贵器物，普通刃器和生产工具应用甚少——

四、灌钢及其工艺原理

灌钢工艺是我国古代刃钢生产的主要方法。

它以生铁和“熟铁”(一种含碳量较高的炒炼产品)为原料，将它们加热到生铁熔点以上，合炼而成钢。

(一)灌钢工艺的发明和发展

我国古代关于灌钢的记载始见于东汉晚期。

《全后汉文》卷九十一王粲(177—217年)《刀铭》云:“相时阴阳，制兹利兵，和诸色剂，考诸浊清；灌襞已数，质象已呈。

附反载颖，舒中错形。”此文所述为制作宝刀的全过程。

其中的“灌”即灌炼，“襞”原指衣服上的褶裥，在此应指钢铁材料的多层积叠、反复折叠。

“灌襞已数”即是多次灌炼。

可见东汉末年，人们便用灌钢制作刀剑，其发明年代至迟在东汉晚期。

何堂坤：《关于灌钢的几个问题》，《科技史文集》第15辑，上海科技出版社1989年版。

稍后，晋张协《七命》也谈到过与王粲《刀铭》所云相似的工艺:“销踰羊头，镤(鍱)越锻成，乃炼乃铄，万辟千灌；丰隆奋椎，飞廉扇炭。”此“销”，唐李善引许慎说为“生铁也”。

鍱，《广雅》释为铤。

李善注云:“辟谓叠之，灌谓铸之”。

《六臣注文选》卷三五张协《七命》注。

所以，此“万辟千灌”便是指多层积叠，多次灌炼，即是灌钢工艺。

南北朝时，灌钢在我国南北各地推广开来，且用于农具制作中。

《重修政和经史证类备用本草》卷四“玉石部”引梁陶弘景云:“钢铁是杂炼生鍒作刀镰者”。

北齐綦毋怀文亦制作过灌钢刀。

及宋，各种记载更多。

张君房《云笈七签》卷七十八载:“灌刚之时，必须林栗等炭，余皆不堪用。”又云:“取自然成刚铁上，次取擣刚五灌已上者佳。”《重修政和经史证类备用本草》卷四又引北宋苏颂《图经本草》云:“以生柔相杂和，用以作刀剑锋刃者为钢铁。”灌钢在我国一直沿用到明清，本世纪三十年代还在四川等地流行。

李时珍《本草纲目》卷八“钢铁”条:“钢铁有三种，有生铁夹熟铁炼成者，有精铁百炼出钢者，有西南海山中生成状如紫石英者。”前者即是灌钢，次者百炼钢，后者系金刚石之误。

可见在古人心目中，灌钢是我国古代钢的主要品种之一。

因其含碳量较高，通常主要用来制作刀、剑、镰等兵器、生产工具的锋刃部，对我国古代社会生产的发展起到了重要的作用。

(二)灌钢的工艺操作

宋代以前这方面的记载很少，宋以后至少有三种不同的工艺类型。

第一种，生铁陷入法。

沈括《梦溪笔谈》卷三云:“世间锻铁所谓钢铁者，用柔铁屈盘之，乃以生铁陷其间，封泥炼之。

锻令相入，谓之团钢，亦谓之灌钢。”此“柔铁”即古代“熟铁”。

此“封泥”的作用有三:(1)使铁料各部分均匀受热，让生铁缓慢熔化。

(2)防止生铁熔化后的流失，使之更好地与柔铁作用。

(3)防止和减少碳在炉气中的烧损。

第二种，生铁覆盖法。

宋应星《天工开物》卷一四云:“凡钢铁炼法，用熟铁打成薄片，如指头阔，长寸半许，以铁片束包尖(夹)紧，生铁安置其土(上)(原注:广南生铁名堕子生钢者妙甚)。

又用破草履盖其上(原注:粘带泥土者，故不速化)，泥涂其底下。

洪炉鼓鞴，火力到时，生钢先化，渗淋熟铁之中，两情投合。

取出加锤，再炼再锤，不一而足。

俗名团钢，亦曰灌钢者是也。”此操作比生铁陷入法又有了一些进步:(1)生铁置于“熟铁”上，熔化后向下渗淋，就增加了生、“熟”铁接触反应的机会，减少了生铁流失的机率。

(2)不需封泥，而是上盖破草履，下涂泥，简化了操作。

(3)“熟铁”为薄片状，增加了反应面，提高了生产率。

第三种，生铁浇淋法。

约始创于明代中期，清时在安徽芜湖，湖南湘潭等地都较兴盛，因传为江苏工匠始创，又名之为“苏钢”。

明代唐顺之《武编前编》卷五“铁”条说:“熟钢无出处，以生铁合熟铁炼成，或以熟铁片夹广铁，锅涂泥入火而团之，或以生铁与‘熟铁’并铸，待其极熟，生铁欲流，则以生铁于‘熟铁’上，擦而入之。”此“熟钢”即灌钢，这里谈到两种操作，前者与沈括所云相类似，后者即是苏钢工艺。

陈春华《嘉庆芜湖县志》卷一也有苏钢的记载:“居于廛治钢业者数十家，每日须工作不啻数百人。

初锻‘熟铁’于炉，徐以生镤下之，名曰餧铁，餧饱则镤不入也。

于时渣滓尽去，锤而条之，乃成钢。”《光绪湘潭县志》卷十一、1935年出版的《中国实业志(湖南)》第七篇都说到湘潭苏钢是乾隆年间从芜湖传去的。

可知芜湖苏钢应在清代早中期便较发达。

与前二法相比，苏钢操作的优点是:(1)其“熟铁”仅仅是初锻过的，组织较为疏松，便增大了生、“熟”铁接触反应面，所含氧化夹杂亦较多，可提高碳氧反应的强度，增强去渣能力。

并且，部分氧化亚铁可被还原，就提高了金属收得率。

(2)生铁不是直接覆盖于“熟铁”之上，亦非夹于“熟铁”间，从“以生铁于‘熟铁’上，擦而入之”、“徐以生镤下之”两句来看，生铁、“熟”铁是保持一定距离的，便可有控制地进行灌淋。

据周志宏先生1938年调查，周志宏：《中国早期钢铁冶炼技术上创造性的成就》，《科学通报》1956年2月。

重庆北碚苏钢亦采用类似的操作。

无需封泥、涂泥，以及覆盖破草履，亦简化了工序。

此三种操作反映了灌钢技术不断发展和人们认识逐渐深化的过程。

(三)灌钢的工艺原理何堂坤：《中国古代炼钢技术初论》，《关于灌钢的几个问题》，分别见《科技史文集》第14辑（1985年）、第15辑（1989年），上海科学技术出版社。

因灌钢以生铁和“熟铁”为原料，有学者认为它是一种利用生铁向熟铁渗碳的工艺，这是一种误解。

灌钢冶炼的主要目的并不是调剂含碳量，而是排除夹杂。

实际上百炼法和灌炼法都是在炒钢的基础上，为了进一步去除夹杂而发明出来的。

依据是:

(1)前面谈到，古代“熟铁”的含碳量是与可锻铁相当的。

因灌钢以“熟铁”为原料，灌炼之后，其含碳量便有可能增加，也有可能减少，或者变化不大的。
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