锻刀工艺简述

　　环首刀

　　汉代的环首刀分为短刀与长刀，短刀一般不超过50厘米，兼有生产工具与作战兵器两种功能；长刀大多超过100厘米，基本都是骑兵刀。随着环首刀地位的上升，将校军官甚至文人士大夫们也逐渐流行起一种介于短刀与长刀之间的环首佩刀。苏武出使匈奴时，身上携带之物中就有佩刀。可以看出，两汉以降，帝王公卿们逐步在佩剑的同时，习惯佩刀。随着汉刀普及，制刀技术也越见精湛。

　　在炼铁成钢的过程中，铸造师先行锻打渗碳，再反复折叠，减少兵器中的杂质。由此，百炼钢技术登上了历史舞台。所谓百炼钢，就是尽可能地将原材料反复折叠锻炼后进行淬火，使之既能有较高的硬度，又不失柔性。

　　考古中发现的百炼钢刀有很多，如山东苍山发现的公元112年制造的带铭文的长刀，全长111.5厘米，经鉴定，是以含碳较高的炒钢为原料，经过反复多次折叠锻打制成的。刀的铭文中有“卅 ”二字，其意即“三十炼”，在100倍显微镜下观察，发现刀中含有硅酸盐夹杂物有30层左右的明显分层，三十炼的意思或许就是指炒钢锻造后折叠锻打三十余层。同时，这把三十炼的长刀还进行过淬火处理。所谓淬火，简单地说就是把刀先入火进行热处理，然后入水急冷，这种反复锻炼后淬火，即成为百炼钢了。如此打造出的钢可称为钢中之首，著名的□□和日本刀皆用此冶炼技术，二者正是世界公认的冷兵器王者。

　　三国时期，刀在军队中越发普及。历史上吴越之地本是宝剑之乡，而在三国时已让位于刀。赤壁战前，孙权曾拔刀砍案以示抗曹决心；吴将甘宁百骑劫曹营归来时，孙权奖励给他的就有“刀百口”。据陶弘景的《刀剑录》记载，孙权曾采武当山铜铁作十口剑、万口刀，由此可看出，那个时代，大量铸造的刀是用来装备部队的实用兵器，而数量极少的剑仅供佩戴赏玩之用。

　　蜀汉诸葛亮时曾让蒲元铸造出了一批高质量的环首钢刀，这批刀锐利无比，被誉为“神刀”。据史料记载，蒲元之所以能制造出“神刀”，一个很重要的原因是他能够辨别不同水质对淬火质量的影响，淬火时蒲元没有选距铸造地较近的汉江水，而选择冷却速度大的蜀江水，把钢刀淬到了合适的硬度，使其能够质地优良。

　　到两晋南北朝，刀完全取代了剑登上短兵器的霸主地位。

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　　百炼钢工艺（一）、

　　沈括《 梦溪笔谈》卷三云:“予出使至磁州，锻坊观炼铁，方识真钢。凡铁之有钢者，如面中有筋，濯尽柔面，则面筋乃见，炼钢亦然。但取精铁锻之百余火，每锻称之，一锻一轻，至累锻而斤两不减，则纯钢也，虽百炼，不耗矣。此乃铁之精纯者，其色清明，磨莹之，则黯然青且黑，与常铁迥异。亦有炼之至尽而全无钢者，皆系地之所产。”此“精铁”指百炼钢原料，应是含碳量稍高，所含夹杂不十分多的铁碳合金。“一锻一轻”，应是不断去除夹杂，氧化铁皮不断产生并脱落之故。“累锻而斤两不减”应是相对而言的。“炼之至尽而全无钢”可能是含硫较多、产生热脆的缘故。这是我国古代文献中对百炼钢工艺和原理记述得最为详细的一段文字。可见“百炼”即是百锻，其中心环节是反复锻打，“百炼钢”就是去除夹杂后的一种“纯钢”。从现代技术原理看，反复锻打除了排除夹杂外，还可均匀成分、致密组织，有时亦可细化晶粒，从而极大地提高材料质量。许慎《 说文解字》 云:“锻，小冶也。”这是很有道理的。有学者认为“百炼”的中心环节是渗碳，百炼钢是一种渗碳钢；又有学者认为“百炼”的中心环节是脱碳，百炼钢是一种生铁脱碳炼钢，这都是一种误解。我们以为百炼过程中，金属含碳量虽可能有些变化，但此非百炼的目的。

　　百炼钢工艺（二）、

　　关于“百炼”的具体操作，从多方面的资料来看，至少应包括三种类型:

　　多料积叠

　　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。

　　文献

　　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。

　　实物

　　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。

　　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.

　　单料折叠

　　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，通常要锻打数月。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，此组织有时能够分辨，有时不能分辨。

　　旋绕锻合

　　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。

　　“百炼钢”技术

　　人们在打制器物的时候，有意识的增加折叠、锻打次数，一块钢往往需要烧烧打打、打打烧烧，重复很多次，甚至上百次，所以称之为百炼钢。百炼钢碳分比较多，组织更加细密，成份更加均匀，所以钢的品质提高，主要用于制作宝刀、宝剑。

　　宿铁刀-灌钢法

　　选用品味比较高的铁矿石，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，使铁渗碳称为钢。由于是让生铁和熟铁“宿”在一起，所以炼出的钢被称为“宿铁”。灌钢法是中国古代炼钢技术上一个了不起的成就。同百炼发或炒炼法比较，其优点：

　　1、生铁作为一种渗碳剂，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、猛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。

　　綦毋怀文（qi、wu、huai、wen全部第二声）造刀的方法是：

　　先把生铁和熟练以灌钢法烧炼成钢，做成刃口，然后“以柔铁为刀脊，浴以五牲之溺，淬以五牲之脂”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°C，具有较大的冷却速度，在低温300~200°C，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，避免单纯使用一种淬火（即单液淬火）的局限。

　　双液淬火法，即在工件温度比较高的时候，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。双液淬火法是一种比较复杂的淬火工艺。

　　在綦毋怀文之前，中国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。

　　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。

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