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。

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:

(1)多层积叠锻合法，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。

一是文献记载。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。

二是实物资料。

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。

三是日本刀工艺。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。

(2)单料反复折叠锻合。

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，通常要锻打半天。

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，此组织有时能够分解，有时不能分辨。

(3)旋绕锻合法。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——

四、灌钢及其工艺原理

灌钢工艺是我国古代刃钢生产的主要方法。它以生铁和“熟铁”(一种含碳量较高的炒炼产品)为原料，将它们加热到生铁熔点以上，合炼而成钢。

(一)灌钢工艺的发明和发展

我国古代关于灌钢的记载始见于东汉晚期。

《全后汉文》卷九十一王粲(177—217年)《刀铭》云:“相时阴阳，制兹利兵，和诸色剂，考诸浊清；灌襞已数，质象已呈。

附反载颖，舒中错形。”

此文所述为制作宝刀的全过程。

其中的“灌”

即灌炼，“襞”

原指衣服上的褶裥，在此应指钢铁材料的多层积叠、反复折叠。

“灌襞已数”

即是多次灌炼。

可见东汉末年，人们便用灌钢制作刀剑，其发明年代至迟在东汉晚期。

何堂坤：《关于灌钢的几个问题》，《科技史文集》第15辑，上海科技出版社1989年版。

稍后，晋张协《七命》也谈到过与王粲《刀铭》所云相似的工艺:“销踰羊头，镤(鍱)越锻成，乃炼乃铄，万辟千灌；丰隆奋椎，飞廉扇炭。”此“销”，唐李善引许慎说为“生铁也”。鍱，《广雅》释为铤。李善注云:“辟谓叠之，灌谓铸之”。《六臣注文选》卷三五张协《七命》注。所以，此“万辟千灌”便是指多层积叠，多次灌炼，即是灌钢工艺。

南北朝时，灌钢在我国南北各地推广开来，且用于农具制作中。

《重修政和经史证类备用本草》卷四“玉石部”

引梁陶弘景云:“钢铁是杂炼生鍒作刀镰者”

。

北齐綦毋怀文亦制作过灌钢刀。

及宋，各种记载更多。

张君房《云笈七签》卷七十八载:“灌刚之时，必须林栗等炭，余皆不堪用。”

又云:“取自然成刚铁上，次取擣刚五灌已上者佳。”

《重修政和经史证类备用本草》卷四又引北宋苏颂《图经本草》云:“以生柔相杂和，用以作刀剑锋刃者为钢铁。”

灌钢在我国一直沿用到明清，本世纪三十年代还在四川等地流行。

李时珍《本草纲目》卷八“钢铁”条:“钢铁有三种，有生铁夹熟铁炼成者，有精铁百炼出钢者，有西南海山中生成状如紫石英者。”前者即是灌钢，次者百炼钢，后者系金刚石之误。可见在古人心目中，灌钢是我国古代钢的主要品种之一。因其含碳量较高，通常主要用来制作刀、剑、镰等兵器、生产工具的锋刃部，对我国古代社会生产的发展起到了重要的作用。

(二)灌钢的工艺操作

宋代以前这方面的记载很少，宋以后至少有三种不同的工艺类型。

第一种，生铁陷入法。沈括《梦溪笔谈》卷三云:“世间锻铁所谓钢铁者，用柔铁屈盘之，乃以生铁陷其间，封泥炼之。锻令相入，谓之团钢，亦谓之灌钢。”此“柔铁”即古代“熟铁”。此“封泥”的作用有三:(1)使铁料各部分均匀受热，让生铁缓慢熔化。(2)防止生铁熔化后的流失，使之更好地与柔铁作用。(3)防止和减少碳在炉气中的烧损。

第二种，生铁覆盖法。

宋应星《天工开物》卷一四云:“凡钢铁炼法，用熟铁打成薄片，如指头阔，长寸半许，以铁片束包尖(夹)紧，生铁安置其土(上)(原注:广南生铁名堕子生钢者妙甚)。