人物簡介
綦毋懷文,姓綦毋(音其吳,qí wú),名懷文,是我國南北朝時期著名冶金家。他生活在公元六世紀北朝的東魏、北齊間,具體生卒年代歷史上缺乏記載,只知道他好“道術(shù)”,曾經(jīng)作過北齊的信州(今四川省奉節(jié)縣一帶)刺史。
史冊記載
綦毋懷文,襄國沙河(今邢臺沙河)人,襄國宿鐵刀的發(fā)明者。但是綦毋懷文在史書上記載很少,只知道他生活在公元六世紀北朝的東魏、北齊時代,他喜歡“道術(shù)”,曾經(jīng)做過北齊的信州(今四川省奉節(jié)縣)刺史等。
據(jù)《北史》和《北齊書》記載,他曾使用“灌鋼法”冶煉鋼刀及利用兩種淬火介質(zhì)進行淬火以制作刀具。這是古代關(guān)于灌鋼技術(shù)最詳細、最明確的較早記載。在此之前,雖然也有少量文獻有關(guān)于灌鋼的記載,但都非常簡略,使后人難以了解其具體含義和方法。因此可以說,綦毋懷文雖然可能不是灌鋼法的最早發(fā)明者,但卻是目前所知灌鋼法的最早實踐者和革新者,為灌鋼法的發(fā)展做出了無與倫比的貢獻。
主要成就
大約在東漢末,我國已可能出現(xiàn)了煉鋼新工藝“灌鋼”法的初始形式。南北朝時,綦毋懷文對這一煉鋼工藝進行了重大改進和完善,使這種新的煉鋼方法趨于穩(wěn)定,操作更加方便、實用。灌鋼法同百煉法、炒鋼法等煉鋼方法相比有明顯的優(yōu)點,在高溫下,液態(tài)生鐵中的碳分及硅、錳等與熟鐵中的氧化物夾雜發(fā)生劇烈氧化反應,這樣可以去除雜質(zhì),純化金屬組織,提高金屬質(zhì)量。因此,灌鋼法可以減少反復折疊、鍛打的次數(shù),提高勞動生產(chǎn)率;而且灌鋼法操作簡便,易于掌握,便于推廣。
灌鋼自出現(xiàn)以來,尤其是綦毋懷文進行了重大改進之后,在我國逐漸推廣開來。南北朝時期,民間已用它制作刀、鐮等;到了唐朝,灌鋼得到進一步發(fā)展,特別是在今天的河北一帶,許多冶煉家在使用綦毋懷文創(chuàng)造的冶煉工藝;到宋代,灌鋼流行全國,已經(jīng)取代炒鋼和百煉鋼,成為當時主要的煉鋼方法;到明朝時,灌鋼技術(shù)進一步發(fā)展,出現(xiàn)了新的工藝形式“蘇鋼”,這是灌鋼的高級發(fā)展階段;直到近現(xiàn)代,在安徽的蕪湖、湖南的湘潭、四川的重慶、威遠等地人們還在使用;可見其影響深遠。灌鋼的出現(xiàn),為我國煉鋼技術(shù)和生產(chǎn)的發(fā)展起了巨大的推動作用,在坩堝煉鋼法發(fā)明之前,它一直是一種先進的主要煉鋼方法。而綦毋懷文對灌鋼工藝的發(fā)展作出了巨大貢獻。
綦毋懷文在制刀和熱處理方面同樣做出了杰出貢獻。他總結(jié)了前人在制刀技術(shù)和熱處理方面的豐富實踐經(jīng)驗,經(jīng)過不斷鉆研和實踐探索,創(chuàng)造了一套新的制刀工藝和熱處理技術(shù)。他做出的刀極其鋒利,能夠一下子斬斷鐵甲30札。
在綦毋懷文之前,我國古代的鋼刀大都用百煉鋼制成,這樣制作的刀、劍雖然性能優(yōu)異鋒利無比,但也存在不少缺陷,整把刀全部用百煉鋼制成,因此價格昂貴;如一把東漢時期的名鋼劍的價錢可以購買當時供7個人吃兩年9個月的糧食。而且百煉鋼制作刀劍費時費力,三國時,曹操命有司制作寶刀5把,用了三年時間。為此,綦毋懷文對制刀工藝進行了重大更新,他用灌鋼法煉制的鋼做成刀的刃部,而用含碳量低的熟鐵作刀背,這樣制成的刀具刃口鋒利而不易折斷,剛?cè)峒鎮(zhèn)洹⒔?jīng)久耐用。這表明綦毋懷文對鋼鐵的性能有比較深刻的認識,而且能根據(jù)不同的用途合理選擇材質(zhì),發(fā)揮各種材質(zhì)的優(yōu)點和長處,節(jié)省某些貴重材料,降低成本和費用。一把刀的背部、刃口實際起著不同的作用,因而要求具有不同的性能。一般來說,刃口主要起刺殺作用,因而要求有比較高的硬度,這樣才能保證刀的鋒利,所以應該選擇含碳量較高、硬度較大的鋼來制造。而刀背主要起一種支撐作用,要求有比較好的韌性,使刀在受到比較大的沖擊時不致折斷,這樣就要選擇含碳量較低、韌性較大的熟鐵。綦毋懷文正是有了上述類似認識,在制作刀具時才能夠?qū)⑹扈F和鋼巧妙結(jié)合起來,將二者恰到好處地用在合適的地方,既滿足了鋼刀的不同部分的不同要求,又節(jié)省大量昂貴鋼材,利于鋼刀的推廣和普及。這種制刀工藝,今天還在沿用。
我國早在戰(zhàn)國時代就使用了淬火技術(shù),但是長期以來,人們一般都是用水作為淬火的冷卻介質(zhì)。雖然三國時的制刀能手蒲元等人已經(jīng)認識到:用不同的水作淬火的冷卻介質(zhì),可以得到不同性能的刀,但仍沒有突破水的范圍。而綦毋懷文則實現(xiàn)了這一突破,他在制作“宿鐵刀”時,使用了動物尿和動物油脂作為冷卻介質(zhì)。動物尿中含有鹽分,冷卻速度比水快,用它作淬火冷卻介質(zhì),淬火后的鋼比用水淬火的鋼堅硬;而動物油脂冷卻速度則比水慢,淬火后的鋼比用水淬火的鋼有韌性。這是對鋼鐵淬火工藝的重大改進,一方面擴大了淬火介質(zhì)的范圍,另一方面可以獲得不同的冷卻速度,以得到不同性能的鋼。綦毋懷文還可能使用了雙液淬火法,即先在冷卻速度大的動物尿中淬火,然后再在冷卻速度小的動物油脂中淬火,這樣可以得到性能比較好的鋼,避免單純使用一種淬火介質(zhì)淬火(即單液淬火)的局限。因為只用一種淬火介質(zhì)畢竟難以兩全其美,如果使用的淬火介質(zhì)冷卻速度比較快,就容易引起工件開裂、變形等缺陷;如果淬火介質(zhì)冷卻速度緩慢,就會使工件韌性有余,硬度不足,難以滿足使用的要求。這樣就需要使用雙液淬火法,即在工件的溫度比較高的時候,選用冷卻速度比較快的淬火介質(zhì),以保證工件的硬度;而在溫度比較低的時候,則選用冷卻速度比較小的淬火介質(zhì),以防止工件開裂和變形,使其有一定的韌性。雙液淬火法是一種比較復雜的淬火工藝,掌握起來并非易事,它需要操作者有很高的技術(shù)水平和豐富經(jīng)驗。既要掌握好開始淬火的溫度(溫度過高,淬火后工件發(fā)脆,溫度過低,則硬度不夠),又要掌握好從第一種介質(zhì)取出的時機(實際也是工件溫度);這在當時沒有測溫、控溫設備的條件下,完全依賴操作者的感觀把握和操作技巧。綦毋懷文能在這種困難條件下掌握如此復雜的淬火工藝,實在是一個了不起的成就。
人物評價
綦毋懷文能在1400多年前,在鋼鐵冶煉、制刀、淬火工藝等方面作出如此杰出的成就,是中華民族的驕傲。我國冶金技術(shù)能夠在古代長期領(lǐng)先于世界,正是靠了綦毋懷文和千百萬工匠的辛勤勞動,他們的突出貢獻,為祖國贏得了榮譽,為后人所敬仰。因此,當我們研究和總結(jié)古代科學技術(shù)的偉大成就的時候,也應該記住他們的功績。