南北朝著名冶金家綦毋怀文

    綦毋怀文是我国南北朝时期的著名冶金家，他总结了历代炼钢工匠的丰富经验，对古代一种新的炼钢方法——灌钢法作出了突破性发展和完善，同时在制刀和热处理方面也有独特创造，为我国冶金技术的发展作出了划时代贡献。
    但是綦毋怀文在史书上记载很少，只知道他生活在公元六世纪北朝的东魏、北齐时代，他喜欢“道术”，曾经做过北齐的信州（今四川省奉节县）刺史等。
    据《北史》和《北齐书》记载，他曾使用“灌钢法”冶炼钢刀及利用两种淬火介质进行淬火以制作刀具。这是古代关于灌钢技术最详细、最明确的较早记载。在此之前，虽然也有少量文献有关于灌钢的记载，但都非常简略，使后人难以了解其具体含义和方法。因此可以说，綦毋怀文虽然可能不是灌钢法的最早发明者，但却是目前所知灌钢法的最早实践者和革新者，为灌钢法的发展做出了无与伦比的贡献。
    灌钢法是我国冶金史上的一项重大成就和伟大创造，在世界冶金史上也占有突出地位。灌钢法的基本方法就是将含碳量高的熔融状态的生铁和合碳量低的熟铁合炼，使碳分逐渐扩散、趋于均匀，最后成为合碳量较高的优质钢。灌钢法的出现是我国古代劳动人民在长期冶炼钢铁的生产实践中，经过不断摸索和探讨，在总结前人丰富的冶炼钢铁知识和经验的基础上创造的一种新的高效炼钢方法。
    我国是世界上最早使用铁的国家之一，古代劳动人民创造了许多世界性成就，为人类的发展作出了自己的贡献。我国古代的钢铁冶炼技术和世界其他各国一样，经历了一个由低级向高级、不断发展的历史过程。春秋以前，我国的冶炼技术还处于比较原始的低级阶段，当时使用的冶铁方法称之为“块炼法”。这是由于当时炼铁使用木炭作燃料，热量少，加上炉体小，鼓风设备差，因此炉温比较低，不能达到铁的熔化温度，所以炼出的铁是海绵状的固体块，等到炉子冷却后就取出铁块。所以称之为“块炼法”，炼出的铁称之为“块炼铁”。块炼铁冶炼比较费时，质地比较软，含杂质多，必须经过锻打工艺才能成为可以使用的熟铁。钢铁冶炼技术的进一步发展是“块炼渗碳钢”。出土文物表明，我国最迟在战国晚期已经掌握了这种最初期的炼钢技术。人们在锻打块炼铁和熟铁的过程中，需要不断地反复加热，铁吸收了木炭中的炭份，提高了合碳量，减少夹杂物就成为钢。这种钢组织紧密、碳分均匀，适用于制作兵器和刀具。炼钢技术的进一步发展是“百炼钢”技术。这是人们在打制器物的时候，有意识地增加折叠、锻打次数，一块钢往往需要打打烧烧、烧烧打打，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，所以钢的质量有很大提高，主要用于制作宝刀宝剑。在西汉中晚期，我国又出现了新的炼钢技术“炒钢”，这是在生铁冶铸技术的基础上发展起来的一种炼钢新技术。大约在春秋末期，我国就已发明了生铁冶铸技术，以后经过长时间的实践和探索，逐渐形成了利用生铁为原料的炒钢技术。其基本方法是将生铁加热成半液体或液体状态，然后加入铁矿粉，同时不断搅拌，利用铁矿粉和空气中的氧来去掉生铁中的一部分碳，使生铁中的碳含量降低，除去渣滓，控制得当，就能直接获得钢，这就是炒钢技术。这项技术的发明是炼钢技术的重大突破，它使冶铁业能向社会提供大量廉价、优质的熟铁或钢，满足生产和战争的需要。炒钢的出现也大大促进了百炼钢技术的发展，人们可以以炒钢为原料，经过反复加热、折叠、锻打成质量很好的钢件。但是炒钢和百炼钢技术还存在一定缺陷，如炒钢工艺复杂，不容易掌握；百炼钢费工费时。
    因此大约在东汉末，我国已可能出现了炼钢新工艺“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，使这种新的炼钢方法趋于稳定，操作更加方便、实用。灌钢法同百炼法、炒钢法等炼钢方法相比有明显的优点，在高温下，液态生铁中的碳分及硅、锰等与熟铁中的氧化物夹杂发生剧烈氧化反应，这样可以去除杂质，纯化金属组织，提高金属质量。因此，灌钢法可以减少反复折叠、锻打的次数，提高劳动生产率；而且灌钢法操作简便，易于掌握，便于推广。
    灌钢自出现以来，尤其是綦毋怀文进行了重大改进之后，在我国逐渐推广开来。南北朝时期，民间已用它制作刀、镰等；到了唐朝，灌钢得到进一步发展，特别是在今天的河北一带，许多冶炼家在使用綦毋怀文创造的冶炼工艺；到宋代，灌钢流行全国，已经取代炒钢和百炼钢，成为当时主要的炼钢方法；到明朝时，灌钢技术进一步发展，出现了新的工艺形式“苏钢”，这是灌钢的高级发展阶段；直到近现代，在安徽的芜湖、湖南的湘潭、四川的重庆、威远等地人们还在使用；可见其影响深远。灌钢的出现，为我国炼钢技术和生产的发展起了巨大的推动作用，在柑锅炼钢法发明之前，它一直是一种先进的主要炼钢方法。而綦毋怀文对灌钢工艺的发展作出了巨大贡献。
    綦毋怀文在制刀和热处理方面同样做出了杰出贡献。他总结了前人在制刀技术和热处理方面的丰富实践经验，经过不断钻研和实践探索，创造了一套新的制刀工艺和热处理技术。他做出的刀极其锋利，能够一下子斩断铁甲30札。在綦毋怀文之前，我国古代的钢刀大都用百炼钢制成，这样制做的刀、剑虽然性能优异锋利无比，但也存在不少缺陷，整把刀全部用百炼钢制成，因此价格昂贵；如一把东汉时期的名钢剑的价钱可以购买当时供7个人吃两年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，用了三年时间。为此，綦毋怀文对制刀工艺进行了重大更新，他用灌钢法炼制的钢做成刀的刃部，而用含碳量低的熟铁作刀背，这样制成的刀具刃口锋利而不易折断，刚柔兼备、经久耐用。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和长处，节省某些贵重材料，降低成本和费用。一把刀的背部、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。而刀背主要起一种支撑作用，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认识，在制作刀具时才能够将熟铁和钢巧妙结合起来，将二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。
    我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，使用了动物尿和动物油脂作为冷却介质。动物尿中含有盐分，冷却速度比水快，用它作淬火冷却介质，淬火后的钢比用水淬火的钢坚硬；而动物油脂冷却速度则比水慢，淬火后的钢比用水淬火的钢有韧性。这是对钢铁淬火工艺的重大改进，一方面扩大了淬火介质的范围，另一方面可以获得不同的冷却速度，以得到不同性能的钢。綦毋怀文还可能使用了双液淬火法，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介质淬火（即单液淬火）的局限。因为只用一种淬火介质毕竟难以两全其美，如果使用的淬火介质冷却速度比较快，就容易引起工件开裂、变形等缺陷；如果淬火介质冷却速度缓慢，就会使工件韧性有余，硬度不足，难以满足使用的要求。这样就需要使用双液淬火法，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。双液淬火法是一种比较复杂的淬火工艺，掌握起来并非易事，它需要操作者有很高的技术水平和丰富经验。既要掌握好开始淬火的温度（温度过高，淬火后工件发脆，温度过低，则硬度不够），又要掌握好从第一种介质取出的时机（实际也是工件温度）；这在当时没有测温、控温设备的条件下，完全依赖操作者的感观把握和操作技巧。綦毋怀文能在这种困难条件下掌握如此复杂的淬火工艺，实在是一个了不起的成就。
    綦毋怀文能在140O多年前，在钢铁冶炼、制刀、淬火工艺等方面作出如此杰出的成就，是中华民族的骄傲。我国冶金技术能够在古代长期领先于世界，正是靠了綦毋怀文和千百万工匠的辛勤劳动，他们的突出贡献，为祖国赢得了荣誉，为后人所敬仰。因此，当我们研究和总结古代科学技术的伟大成就的时候，也应该记住他们的功绩。

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