发布时间:2025-03-26 20:30:06 作者 :冶金资讯 围观 : 0次
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古代对铁矿石称为赤铁矿,铁是古代就已知的金属之一。铁矿石是地壳主要组成成分之一,铁在自然界中分布极为广泛,但人类发现和利用铁却比黄金和铜要迟。
首先是由于天然的单质状态的铁在地球上非常稀少,而且它容易氧化生锈,加上它的熔点(1812K)又比铜(1356K)高得多,就使得它比铜难于熔炼。
人类最早发现的铁是从天空落下来的陨石,陨石中含铁的百分比很高,是铁和镍、钴等金属的混合物,在融化铁矿石的方法尚未问世,人类不可能大量获得生铁的时候,铁一直被视为一种带有神秘性的最珍贵的金属。
青铜器的出现标志着中国古代冶炼技术的成熟。
到东汉、三国时,百炼钢工艺已相当成熟。
我国古代炼钢技术至迟发明于春秋晚期。由先秦到西汉中晚期,主要制钢工艺是块铁渗碳法;由汉代到明清,主要又是炒钢法和灌钢法,其次还有百炼钢法和炒铁渗碳法,汉魏南北朝时还有“铸铁脱碳钢”,汉代还有坩埚炼钢法。炒钢工艺主要生产一般的可锻铁(包括钢和熟铁),灌钢工艺主要生产含碳较高的刃钢,百炼钢是对普通炒钢的再加工。
炼钢技术是由炼铁发展而来的,中国较早出现的技术是炒钢,它是中国古代由生铁变成钢或熟铁的主要方法,大约发明于西汉后期。
冶炼生铁的技术要求铁处于液态,可当时所能达到的1200℃工艺温度却不能使纯铁(熔点1535℃)变为液态,但是当铁中溶入(不是夹杂)硫、磷、硅、锰,特别是碳后,可以使熔点降至1150℃左右,只要选取了适当的器皿和工艺,就可以得到液态生铁。
读者也许知道汽车防冻液和用糖水做成的冰棍,其凝固点(或熔点)低于水的凝固点的原理,在这里只要把铁水看成像糖水或防冻液一样的溶液,就可以明白生铁的熔融温度为什么远低于纯铁的道理了。
我国早在春秋晚期,就发明了铸铁冶炼技术. 到战国中晚期,冶炼铸铁和铸造铁器已开始分工,新郑郑韩古城的内仓、西平酒店村和登封告城镇,都已发现战国铸铁遗址. 从近来考古发掘出土的春秋战国之际铁器来看,有用“块炼法”制造的,也有用铸铁铸造的,更有把铸铁件经过加热退火柔化处理而成为展性铸铁的.①从炼得铸铁,铸成器件,进而采用加热退火的方法,对铸铁件加以柔化处理,必须有一个试验改进的过程.由此可以断定,我国铸铁冶炼技术的发明,应该更要早些.至少到春秋晚期,中原地区这种铸铁冶炼技术已经比较成熟,我们从公元前五一三年晋国铸刑鼎这件事,就可以了解这一点.我们知道,要把刑书铸在铁鼎上,不是件简单的事.即使这部刑书的文字不多,总该有些条文,要把这些条文铸到铁鼎上,这个“铸型”不会大小,所需流动状态的铸铁也不会太少,否则的话,就不可能铸成功.毫无疑问,中国古代由于改进了炼炉的鼓风方法,提高了炼炉的温度,很早就发明冶炼铸铁的技术,使炼出的铁成为液体,从而加速了冶铁过程,提高了铁的生产率.这对于冶铁业的发展和铁工具的推广使用是具有决定意义的.
汉代的炼铁技术已经非常成熟,汉代的铁器在性能上已经超过了铜器。当时,青铜的性能已达到极限,铁的潜力不可估量。
秦朝统一后,军队的武器装备逐渐由青铜兵器向性能较好的铁兵器转变,但这一过程直到汉代才完成。
随着汉代炼铁技术和锻钢技术的进步,到西汉末年,铁兵器逐渐盛行,青铜兵器开始退出战争阶段,冷兵器进入高峰期。
中国是世界上最早发现和使用铁的国家之一。据说在商代中期,一个北方的兵器制造者偶然发现了几颗非常坚硬的陨石。他在铸造青铜剑时熔化了陨石铁,制成了铁铜剑。
偶尔获得的陨石铁很难满足大量制造武器的需要。然而,自然界中所有的铁都存在于化合物中,必须被熔炼。因此,古人进行了大胆的探索和实践,冶炼技术在汉代取得了突破。
汉代炼铁新工艺使铁器的质量、外形、类型不断发展和完善,其外形逐渐趋于统一和固定。如汉代的作战武器有铍、戟、矛、刀、剑等,远程武器有弩、弓等,防护装备有盔甲、盾牌等,汉代的铁剑生产最能代表当时的铁器生产水平。
汉代制铁剑的基本工艺是锻造,这与青铜剑的铸造工艺完全不同。锻造不仅起到加工成形的作用,而且反复锻造可以使组织致密、成分均匀、夹杂物减少和细化,从而提高钢的质量。汉代的锻造工艺一般采用以下方法:
首先,它是由直接锻造铁制成的。汉代,人工冶炼得到的铁原料是块炼铁,是在较低的冶炼温度下通过铁矿石固态还原得到的。它含有大量的脉石渣,必须通过锻造来挤压。锻造前疏松多孔,又称海绵铁。
另一种是通过块体炼铁和渗碳锻造而成。这种方法已在春秋时期采用。在西汉时期,这种方法主要用于制作剑。
刘胜墓出土的长剑和短剑,均采用“铁块炼铁、渗碳”,采用相同的原材料和钢刀渗碳的方法进行锻造。通过这种方法,钢的质量得到了很大的提高,表现为非金属夹杂物的减少、细化以及断面上高碳和低碳层的增加。但各层厚度减小,碳含量差异减小,显微组织相对均匀,这主要是由于加热折叠次数增加所致。最后,两把剑的边缘被淬火了。
第三种是用炒钢或熟铁制成的。西汉后期出现了“炒钢”技术。它是将生铁加热到熔化或基本熔化状态,将其搅拌在熔池中,并用空气中的氧气氧化生铁中的碳,从而变成钢或锻铁。
前者是将生铁炒至所需含碳量即钢;后者是将生铁炒至最后而不加控制,含碳量极低。以生产效率高的生铁为原料炼钢是炼钢史上的一次革命。
炒制的钢制品成分均匀,夹杂物一般较小,分布也比较均匀,质量优于块状精炼渗碳钢。而且,当时的生铁冶炼也达到了很高的水平。以丰富的生铁为原料,生产出的油炸钢产量高,生产效率高,能够满足社会的广泛需求。
因此,熟铁或炒钢经渗碳、堆钢后,或以炒钢为原料,反复加热、折叠、锻造,最终制成剑,将成为制剑的新材料,或以熟铁为原料。
所以西汉军队实际上已经普及。
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