百炼钢、包钢、嵌钢的区别你知道么?

做为刀剑类的爱好者,到家肯定听说过各种各样钢的材质。很多词汇大家经常能够接触到,结尾都带个钢字,弄得人头晕眼花。其实这些名词有的是指冶炼钢铁的工艺,有的指刀身材质的工艺。今天,就给大家梳理一下这些概念。

炒钢和灌钢,大家应该比较熟悉,指的是中国传统的冶钢技术。也是了解其他传统工艺的基础。

钢和铁是有区别的。普通的铁矿石只能生产出生铁,距离钢还有一定的距离。古代钢主要是指铁和碳的合金(当然也会参杂杂质),碳的含量不同,钢铁的性能也不同。

简单说,含碳量低近乎于纯铁的是熟铁,不好用,很软;然后钢因碳的含量不同大体上分为低碳钢、中碳钢、高碳钢,随着碳的含量变化,性能也不同;当碳高到一定程度的时候,就是生铁,很脆,只能铸造不能锻造。

上图是最直观的两个例子。咱们平时用的黑不溜秋的铁锅,就是生铁的,很脆,摔了不会变形,但是闹不好会碎;那种白皮的老式铁皮罐,往往是熟铁的,软不溜秋的,摔了不碎但是会变形。而老式的搪瓷杯子,是用钢做到,结实耐摔。

炒钢出现的早,西汉年间就已经开始使用这种技术了。简单说,炒钢是将生铁加热到一定的状态,随后像炒菜一样不停的搅拌,使碳被氧化成气体,制造出低碳钢或者熟铁。不过需要注意的是,这项技术虽然起源甚早,但是用“炒”去形容这项技术,是明朝之后才有的。

▲汉代炒钢

灌钢法比炒钢要先进,产量也更高。早期炒钢技术要想清理出铁中的杂质,只能一炒到底,连同碳一起炒没,生产出熟铁。简单说,灌钢法便是在拥有熟铁和生铁的基础上,将生铁和熟铁放在有一起冶炼,生产出杂质相对少、性能相对稳定的钢材。不过,自灌钢法产生一直到明代都一直在进步,具体的技术细节一直在变化,这里不一一赘述了。

▲明代《天工开物》里的灌钢

这里需要介绍一个比较特殊的概念:百炼钢。

在汉代的刀剑铭文上,我们常常能看到多少“炼”的记载,有三十炼,五十炼,最高有百炼的。由此这些刀剑的工艺被我们称之为百炼钢。

▲炼钢的铭文

其实一开始,这只是古人的无奈之举。因为早期的炒钢技术只能生产熟铁,生产出的钢不稳定,杂质多。

如果要想锻造刀剑,则要将炒钢出的薄钢片叠加在一起,像和面一样将他们折叠锻打。锻打可以使它们融为一体,也可以进一步清理杂质。不过,这种工艺生产的刀剑会呈现美丽的花纹

刀剑的花纹

                                                  

▲折叠锻打

不过您可别觉得古人low,在汉代,这已经是世界级的高科技了,当时与汉朝并驾齐驱的罗马都对汉朝的钢铁赞叹不已呢。

不过到了后世,冶炼出的钢铁越来越稳定,百炼钢有了一些新的发展。首先,不再是无意识的混合锻打,而是有意识的选择特定的钢材进行配合。到了宋代,更出现了旋焊工艺,即将不同的钢铁拧在一起反复锻打,这种工艺生产出来的钢材花纹如同羽毛一般细腻,非常美观。

▲旋焊工艺

▲旋焊工艺生产的花纹

之所以说百炼钢特殊,是因为它一方面可以说是锻造刀剑的工艺,另一方面本身也是冶炼的一部分,有去除杂质的作用,而且将不同的钢材混合成了新的钢铁材料。

前面已经说到,低碳钢、中碳钢、高碳钢因为含碳量的不同,硬度也不同。高碳钢硬,可以磨得非常锋利,但是相对脆;而低碳钢韧性好,但是硬度低。中碳钢不上不下显得很平庸。

为了发挥不同钢材的特性,在制造刀剑的时候,古人又发明了包钢、夹钢、嵌钢等等金属复合工艺。这些工艺和百炼钢不同,是单纯将不同钢材进行整合的工艺,并不产生新的材料。

这些工艺的前提,都是金属冶炼进入到一定的地步,可以生产出纯度足够高的钢材。这些工艺的核心,其实就一个谚语:好钢用在刀刃上。

包钢,是以相对软的钢材,比如低碳钢或者熟铁为骨架,锻造出刀的基本形状,再用一片高碳钢的薄片包裹住刀的一侧,锻打成刃。古人有时候为了追求高碳钢的纯度,会使用折叠锻打后的高碳钢。

▲包钢的截面

包钢技术日本也有,他们称之为甲伏锻。包钢技术也有一些局限性,首先是很难出双刃,所以一般不拿来锻剑。另外,包钢是硬钢包软钢,打磨的时候如果磨过了头,将里面的软钢漏了出来,这刀可就废了。而且这种工艺相对复杂,生产率比较低下。

相比较而言,夹钢的工艺要简单一些夹钢是以硬质的高碳钢为里,两面夹软钢。这种工艺优势在于可以制造出双刃剑,打磨也不需要小心,生产也相对简单。夹钢在日本也有,他们称之为三枚合。

▲包钢和夹钢的截面

但是又存在一个问题,夹钢所耗费的高纯度高碳钢比包钢工艺多的多,而高碳钢的价格比低碳钢和熟铁昂贵,所以在成本上相对要高。也正因为如此,夹钢在日本用的不多,但是在中国更为流行。

不过,中国古代最具代表性的金属复合工艺并不是夹钢,也不是包钢,而是嵌钢

嵌钢是以软钢为骨架,随后在需要刃的地方开槽,然后将高碳钢潜入槽中。也有的是将软钢骨架切出一个个的小口子,像梳子一样,然后将小口子一个隔一个的向不同方向分开,再将高碳钢嵌入。后者的工艺也被称之为马齿嵌,因刃部纹路像马的牙齿而得名。

▲马齿嵌钢工艺示意图

▲嵌钢刀

相比较包钢,在刀刃性能相同的情况下,嵌钢的时间更短,更适合批量生产,而且可以随意锻造出双刃,也没有打磨时候的担忧。相比较夹钢而言,其耗费的高碳钢更少,更节约材料。

可以说,嵌钢是古代性价比最高的金属复合工艺。在中国古代,不仅兵器很多采用嵌钢工艺,即使高端的菜刀、剪刀,都会采用这种工艺进行生产。起源于明末的张小泉牌剪刀,在古代便是以精美的嵌钢剪刀驰名海内外。这大概算是最早的军民两用科技了吧。

不过说了这么多,大家还是要理性看待我们祖先的智慧。祖先的进步是相对于他们那个时代而言,今天的科技早已天翻地覆,无论工艺还是材质还是冶炼,都已经全面超越了古代。


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