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克虏伯的起家——灌钢与中国古代的灌钢法

2018/09/06309 作者:佚名
导读:克虏伯起源 克虏伯大炮 位于德国埃森的克虏伯公司最初不过是个小小的铁匠铺,干些打铁之类不起眼的小买卖,传到老克虏伯手里时,只有三间茅草屋而已,后来老克虏伯创造出了“罐钢”,又用这种性能极好的钢造出了优良的后膛钢炮,克虏伯至此才名扬四海。

克虏伯起源

克虏伯大炮

位于德国埃森的克虏伯公司最初不过是个小小的铁匠铺,干些打铁之类不起眼的小买卖,传到老克虏伯手里时,只有三间茅草屋而已,后来老克虏伯创造出了“罐钢”,又用这种性能极好的钢造出了优良的后膛钢炮,克虏伯至此才名扬四海。

爆发于十九世纪的普法战争,奠定了普鲁士在欧洲的强国地位,也为普鲁士建立统一的德国铺平了道路。因为这场战争,克虏伯工厂里雇工人数激增,工厂规模成倍扩展,厂房里加班加点赶造大炮军火,伴随着前线轰隆隆的炮声,老克虏伯的腰包渐渐鼓了起来。一向对法国人看法不是很好的李鸿章,目睹了普鲁士大军用克虏伯火炮打败法国鬼子后,更是对德国青睐有加,李鸿章对于这个从三间茅草屋起家的德国人佩服有加,称其为“有大本领人”,屡屡喜欢跟洋务企业的总办帮办们摆摆龙门阵,讲讲克虏伯发家史,言下之意就是希望他们也能变成中国的克虏伯。

在欧洲早已威名赫赫的KRUPP大炮开始一尊接着一尊地飘扬过海运到中国,成为了中国国防的骨干中坚,中法战争、中日战争、庚子之役等中国近代的重要战争中随处可见克虏伯大炮的身影。及至到了民国建立,已经在中国的国防战线上服役了几十年的克虏伯大炮老当益壮,依然活跃在军阀大战、抗日战争中,八一三淞沪大战中,吴淞炮台上的国军士兵就是操着克虏伯老炮在抗击日军,克虏伯大炮质量之好可见一斑。

克虏伯灌钢

德国克虏伯公司宝伯克炼钢厂

克虏伯造炮所用的钢是放在特质的铁罐(钳锅,容量有20、30、40千克几件)中练成,又称为罐钢。做法是将熟铁和炒钢(当时钢有两类,一类用熟铁铸成,称为炮钢;一类在生铁冶炼过程中不断加入化学元素搅拌炼成,因如同炒菜,得名炒钢)各自锻压成长薄条状,再切成块按一定比例放入克虏伯铁罐中熔炼。熔炼时必须要有极高温度才能将炒钢和熟铁化匀,对铁罐的材质要求极高,因而冶炼罐钢用的铁罐如何铸造为“克虏伯不传之秘”。

罐钢较普通的炮钢有韧性,碳含量为4%~5%,大大低于普通的钢,属于一种软钢,而且硬度、韧性等指标均超过熟铁,是制造火炮的绝佳材料。当时各列强均不掌握这一特种钢的炼制方法,因而克虏伯炮的质量在后膛炮时代一度凌驾于世界。

中国罐钢法

大约在东汉末可能出现炼钢新工艺"灌钢"法的初始形式。南北朝时,綦毋怀文对这一炼钢工艺进行了重大改进和完善。南朝齐、梁时的陶弘景首先记载了灌钢法,北朝魏、齐间的綦毋怀文曾用这种方法制成十分锋利的"宿铁刀"。所以说世界三大名刃对中国来说不算什么,只不过中国的名刃好像失传了。

据史书记载,綦毋怀文的炼钢方法是:"烧生铁精,以重柔铤,数宿则成钢",就是说,选用品位比较高的铁矿石,冶炼出优质生铁,然后,把液态生铁浇注在熟铁上,经过几度熔炼,使铁渗碳成为钢。由于是让生铁和熟铁"宿"在一起,所以炼出的钢被成为"宿铁"。

灌钢法是中国古代炼钢技术上一个了不起的成就。同百炼法或炒炼法比较,其优点

(1)生铁作为1种渗碳剂,因熔化后温度高,加速向熟铁中渗碳的速度,缩短冶炼时间,提高生产率。

(2)熟铁因为碳的渗入而成为钢,生铁由于脱碳也可以变成钢,增加了钢的产量。

(3)在高温下,液态生铁中的碳、硅、锰等与熟铁中的氧化物夹杂发生反应,去除杂质,纯化金属组织,提高金属品质。

(4)灌钢法操作简便,容易掌握。要想得到不同含碳量的钢,只要把生铁和熟铁按一定比例配合好,加以熔炼,就可获得。

罐钢法的应用——制备刀具

推动中国古代刀剑技术的发展綦毋怀文是一位出色的制刀专家,对前人造刀经验进行研究、比较,经过不断实践,创造一套新的制刀工艺和热处理技术。

綦毋怀文造刀的方法是:先把生铁和熟铁以灌钢法烧炼成钢,做成刃口,然后"以柔铁为刀脊,浴以5牲之溺,淬以5牲之脂"这样做出来的刀称为"宿铁刀",极其锋利,能够一下子斩断铁甲30札。对于含碳量比较高的钢,理想的淬火介质应该是:当工件在比较高的温度650~400℃,具有较大的冷却速度,在低温300~200℃,具有较慢的冷却速度。这就需要采用双液淬火法。綦毋怀文先用动物尿、后用动物油进行双液淬火,能够造出品质很高的"宿铁刀"。

中国早在战国时代就使用了淬火技术,但是长期以来,人们一般都是用水作为淬火的冷却介质。虽然三国时的制刀能手蒲元等人已经认识到:用不同的水作淬火的冷却介质,可以得到不同性能的刀,但仍没有突破水的范围。而綦毋怀文则实现了这一突破,他在制作"宿铁刀"时使用了双液淬火法,即先在冷却速度大的动物尿中淬火,然后再在冷却速度小的动物油脂中淬火,这样可以得到性能比较好的钢,避免单纯使用1种淬火(即单液淬火)的局限。双液淬火法,即在工件的温度比较高的时候,选用冷却速度比较快的淬火介质,以保证工件的硬度;而在温度比较低的时候,则选用冷却速度比较小的淬火介质,以防止工件开裂和变形,使其有一定的韧性。双液淬火法是1种比较复杂的淬火工艺,这在当时没有测温、控温设备的条件下,完全依赖操作及经验,是一个了不起的成就。

在綦毋怀文之前,中国古代的钢刀大都用百炼钢制成,这样制作的刀剑虽然性能优异锋利,但也存在不少缺陷,整把刀全部用百炼钢制成,价格昂贵;如一把东汉时期的名钢剑的价钱可以购买当时供7个人吃2年9个月的粮食。而且百炼钢制作刀剑费时费力。三国时,曹操命有司制作宝刀5把,用了3年时间。为此,綦毋怀文对制刀工艺进行了重大更新。这表明綦毋怀文对钢铁的性能有比较深刻的认识,而且能根据不同的用途合理选择材质,发挥各种材质的优点,节省某些贵重材料,降低成本和费用。1把刀的背部、刃口实际起着不同的作用,因而要求具有不同的性能。

一般来说,刃口主要起刺杀作用,因而要求有比较高的硬度,这样才能保证刀的锋利,所以应该选择含碳量较高、硬度较大的钢来制造。而刀背主要起1种支撑作用,要求有比较好的韧性,使刀在受到比较大的冲击时不致折断,这样就要选择含碳量较低、韧性较大的熟铁。綦毋怀文正是有了上述类似的认识,在制作刀具时才能够将熟铁和钢巧妙的结合起来,将2者恰到好处地用在合适的地方,既满足了钢刀的不同部分的不同要求,又节省大量昂贵钢材,利于钢刀的推广和普及。这种制刀工艺,今天还在沿用。

由于綦毋怀文和千百万工匠的辛勤劳动,使中国古代冶金技术自立于世界之林。綦毋怀文发展的灌钢法,是中国冶金史上的一项杰出成就和伟大创新,在世界炼钢史上占有一定地位。灌钢法的进一步革新,使钢的产量和品质大大提高,为隋唐以后生产力的大幅度增长提供了条件。

白居易《长恨歌》

汉皇重色思倾国,御宇多年求不得。杨家有女初长成,养在深闺人未识。

天生丽质难自弃,一朝选在君王侧。回眸一笑百媚生,六宫粉黛无颜色。

春寒赐浴华清池,温泉水滑洗凝脂。侍儿扶起娇无力,始是新承恩泽时。

云鬓花颜金步摇,芙蓉帐暖度春宵。春宵苦短日高起,从此君王不早朝。

承欢侍宴无闲暇,春从春游夜专夜。后宫佳丽三千人,三千宠爱在一身。

金星妆成娇侍夜,玉楼宴罢醉和春。姊妹弟兄皆列士,可怜光彩生门户。

遂令天下父母心,不重生男重生女。骊宫高处入青云,仙乐风飘处处闻。

缓歌慢舞凝丝竹,尽日君王看不足。渔阳鼙鼓动地来,惊破霓裳羽衣曲。

九重城阙烟尘生,千乘万骑西南行。翠华摇摇行复止,西出都门百馀里。

六军不发无奈何,宛转蛾眉马前死。花钿委地无人收,翠翘金雀玉搔头。

君王掩面救不得,回看血泪相和流。黄埃散漫风萧索,云栈萦纡登剑阁。

峨嵋山下少人行,旌旗无光日色薄。蜀江水碧蜀山青,圣主朝朝暮暮情。

行宫见月伤心色,夜雨闻铃肠断声。天旋地转回龙驭,到此踌躇不能去。

马嵬坡下泥土中,不见玉颜空死处。君臣相顾尽沾衣,东望都门信马归。

归来池苑皆依旧,太液芙蓉未央柳。芙蓉如面柳如眉,对此如何不泪垂!

春风桃李花开日,秋雨梧桐叶落时。西宫南内多秋草,落叶满阶红不扫。

梨园子弟白发新,椒房阿监青娥老。夕殿萤飞思悄然,孤灯挑尽未成眠。

迟迟钟鼓初长夜,耿耿星河欲曙天。鸳鸯瓦冷霜华重,翡翠衾寒谁与共?

悠悠生死别经年,魂魄不曾来入梦。临邛道士鸿都客,能以精诚致魂魄。

为感君王辗转思,遂教方士殷勤觅。排空驭气奔如电,升天入地求之遍。

上穷碧落下黄泉,两处茫茫皆不见。忽闻海上有仙山,山在虚无缥缈间。

楼阁玲珑五云起,其中绰约多仙子。中有一人字太真,雪肤花貌参差是。

金阙西厢叩玉扃,转教小玉报双成。闻道汉家天子使,九华帐里梦魂惊。

揽衣推枕起徘徊,珠箔银屏迤逦开。云鬓半偏新睡觉,花冠不整下堂来。

风吹仙袂飘飘举,犹似霓裳羽衣舞。玉容寂寞泪阑干,梨花一枝春带雨。

含情凝睇谢君王,一别音容两渺茫。昭阳殿里恩爱绝,蓬莱宫中日月长。

回头下望人寰处,不见长安见尘雾。唯将旧物表深情,钿合金钗寄将去。

钗留一股合一扇,钗擘黄金合分钿。但教心似金钿坚,天上人间会相见。

临别殷勤重寄词,词中有誓两心知。七月七日长生殿,夜半无人私语时。

在天愿作比翼鸟,在地愿为连理枝。天长地久有时尽,此恨绵绵无绝期!

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