汉代的铸铁脱碳钢器物是用两种方法制成的。一种是以生铁铸造成坯,然后脱碳成钢,再予简单加工,如加热弯折,对刃部进行局部渗碳、锻打等。这种方法广泛用于制造生产工具和生活用具,如河南渑池了土汉魏窖藏铁器中的钢斧、郑州东史马出土东汉铁剪等。另一种方法是将生铁铸造成薄板状,然后脱碳得到成形式形钢材,将钢材经过反复加热锻打,器物。刀剑等兵器,皆如此制作。
过去在郑州古荥镇、南阳瓦房庄、鲁山望城岗等汉代冶铁遗址中曾出土地大量形铸铁板,就都是已经脱碳的钢材。目前也发现了用铸铁脱碳钢锻造成的刀剑,如北京大葆台西汉墓中出土的一件环首铁刀,河南巩县铁生沟汉代冶铁遗址中出土的一件铁剑。
精而炼之、至于百辟
以上所述,为汉代铁剑的一般制作技术。两汉时期,一些优质刀剑的制作还采用了几项先进特出的工艺。
(一)局部淬火工艺 钢剑淬火工艺出现于战国时期。经检测,燕下都战国末年钢剑曾经加热至摄氏九百度以上进行淬火,这是已知中国古代最早的淬火钢器。西汉时又发展产生了只将刀剑刃部进行淬 火的新工艺。满城刘胜墓出土的一件错金书刀(1:5197)和两件钢剑(1:5105、1:4249)都只在刃部观察至淬火马氏体组织。由于刃部经过淬火,因而具有很高的硬度,极其锋利。而刀剑的脊部因未经淬火,硬度较低,保持了较好的韧性,不易断折。《汉书·王褒传》说:“巧冶铸干将之补,清水淬其锋。”正与实物相合。
(二)表面渗碳工艺 满城刘胜墓出土的错金书刀(1:5197),经检测是经块炼铁为原料,经渗碳、叠打制成的低碳钢件。它在锻打成型并经磨制以后,又进行了表面渗碳,从而使刀的表层组织含碳较高,更加坚硬。同墓所出一件钢剑(1:5105)经检测也经过表面渗碳,表层碳含量在百分之零点六以上,高于心部高碳层百分之零点五至百分之零点六的含碳量。
(三)百炼钢工艺 1978年江苏徐州铜山所出东汉钢剑,茎部有隶书错金铭文一行:
建初二年(公元77年)蜀郡西工官王愔造五十湅□□□孙剑□
1974年山东苍山所出东汉钢刀的刀身上也有一行错金隶书铭文:
永初六(112年)五月丙午造卅湅大刀吉羊宜子孙
前已说及,这两件刀剑都是炒钢为原料,经过反复加热折叠锻打而成。那么,铭文中的“五十湅”和“卅湅”是什么意思呢?
检测发现,“永初卅炼刀中硅酸夹杂物有明显分层,如以位于同一平面的连续或间断的夹杂物作为一层的标志,由三个观察者(其中二人事先不知道卅炼钢及测量目的),在100倍显微镜下,整个断面观察至的层数分别平均为31层、31层弱、及25层。”建初剑的剑身样品断面也有因组织与成分差异而出现的分层现象,金相观察至的分层数目近60层。这种现象是将钢材的湅数接近,所以冶金史研究者都推测,刀剑铭文中的湅数可能就是指叠打后的层数,或用同一种钢料反复折叠锻打,或用数层成分略不有同的原料叠打,然后加热折叠再锻,反复多次。
最近,孙机先生撰文指出,钢铁刀剑铭文中的“湅”当为“氵柬攵”之省。《说文》:“
氵柬攵,辟氵柬攵 铁也”。辟氵柬攵,意谓“取精铁折叠锻之”,又单称“辟”。以前杨宽先生也曾指出,“辟”是“襞”的假借字,就是襞积折叠而加以锻打的意思。这些看法与冶金史学者对实物观察分析正相吻合。
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