关于花纹钢及其模拟试验

zglcl007

转自--刀剑研究

何 堂 坤　
1940年生于广西富川,现在中国科学院自然科学史研究所任研究员,技术史研究室主任,主要从事
冶金技术史研究.论文主要有:<<几件表层漆黑的古镜之分析研究>>、《关于花纹钢及其模拟实验
》、<<关于灌钢的几个问题>>、《青铜热处理模拟实验》、《也谈腐殖酸与‘黑漆古’表面呈色
的关系》等。主要论著有《中国古代铜镜的技术研究》等。
花纹钢图片在4上。

[ Last edited by zglcl007 on 2005-2-20 at 18:40 ]

zglcl007

关于花纹钢及其模拟试验
  
摘要
    花纹钢是我国古代工匠用特殊工艺锻造出来能显示花纹的一种铁碳合金。但在国内已经失传。本文

在文献研究、民间调查的基础上对花纹钢的生产进行了模拟试验，并复制出花纹钢剑。文中还介绍

了花纹钢。

    花纹钢原是我国古代工匠用特殊方法生产出来、自身能显示花纹的一种铁碳合金，主要用来制作宝

刀宝剑一类名贵器物，今在我国已经失传。但由于它在文化史、技术史上的重要地位以及待开发的

经济价值，又越来越多地引起了有关人士的注意。为此，我们在文献研究、民间调查的基础上进行

了模拟试验，并复制出了几把带花纹的钢剑，今将有关情况介绍如后。


一、我国古代花纹钢的简单历史和当前的一些情况
  
    我国古代关于花纹钢的记载约始见于东汉时期，*据曹植“宝刀赋”云，建安中，曹操命有司作

宝刀五枚，分别以龙、虎、熊、马、雀为识；据曹丕《典论》载，丕为太子时，曾命国工精炼宝剑

三枚，宝刀三枚、匕首两枚、露陌刀一枚；皆因姿订名：宝剑“色似彩虹”的便叫“流采”，宝刀

“文似灵龟”的便叫“灵宝”，“采似丹露”的便叫“含章”，露陌刀花纹“状如龙纹”便叫“龙鳞”。

稍后，西晋傅玄“正都赋”也说到了带花纹的钢剑，云“苗山之铤，铸以为剑；百劈文身，质美铭鉴”。

晋代大约也制作过这类文身刀剑的。张协“文身刀铭”说；“宝刀既成，穷理尽妙；繁文波回，流光

电照”。张协“七命”说：“神器化成，阳文阴缦；流绮星连，浮采泛发”。此外，曹毗“魏都赋”

、“治城赋”、裴景声“文身刀铭”等都有过类似的记载。这样一些带有特殊花纹和光彩的刀剑，一般

来说都应当是用花纹钢制作成的。

    在我国古代关于花纹钢的各种记载中，大约以沈括《梦溪笔谈》卷十九所述最为形象和具体，说

“古剑有湛卢、鱼肠之名；湛卢，谓其色湛湛然黑色也。......鱼肠即今幡钢剑页，又谓之松文；取诸

鱼熟，视见其肠，正如今之蟠钢剑文也”。依沈括之说，宋代蟠钢剑的花纹便象盘伏屈曲的鱼肠，又象

刨光后的松木文理。

    有关花纹钢的记载直到清代仍可看到，乾隆五十一年成书的海宁陈克恕《篆刻缄度》，和之后的仁

和叶尔宽《摹印传灯》都说需用菊花钢再炼为刀，此菊花钢应是花纹象菊花一样的铁碳合金。据调查，

近代浙江还有一种云花钢，其花纹正象蓝天上的云彩；本世纪三十年代时，北平还有一种折花钢，其

花纹或象云彩，象木纹，又象流水之波。

    但自日寇铁蹄进入了北平后，因有关工匠被迫改锻了日本式钢刀，现代唯一存留着的北平折花钢便

从此调令，之后就一直未曾恢复过生产。近年来我们在北京、浙江等地进行过许多调查，当年凡参加过

或者亲眼看到过花纹钢烘炉锻制的工匠今已很难找到；民间虽有少量花纹钢刀剑收藏者，但由于各种原

因而不肯轻易示人。学术界对花纹钢工艺虽比较重视，周纬《中国兵器史稿》、杨宽《中国土法冶铁炼

钢技术发展简史》及再版的《中国古代冶铁技术发展史》等都曾提及；不过总的来看，学术界对其工艺

原理和操作还是不太了解或说了解不多的。

    国外也有一些与我国花纹钢相类的工艺，其中最负盛名的是锻焊大马士革钢和日本刀“地肌”。大

马士革钢包括“铸造型”和“焊接型”两种，

入我国的大凡都称为镔铁，它们在罗马帝国时代便已相当发展，主要流行于南亚、中近东和欧洲等地。其中的铸造型原产于印度，英国殖民主义者侵入后便

逐渐衰落；焊接型又可分为锻焊式和接焊式两种，其分布地域较广，中近东和欧洲等地都能制造，二十

世纪初，人们还用它制作过热兵器的管筒。日本刀兴起于平安朝时期（公元79492年），其花纹有地

肌文、刃文、人工文三种，今人常说的日本刀花纹指的是刃文。日本技术界、学术界对日本刀工艺都比

较重视，新近在东京博物馆每年举行一次全国百余人的产品评比会，这是对其民族文化的继承和发扬自

然是起了促进作用的。

zglcl007

二、花纹钢剑模拟试验

1.准备


试验前最重要的准备是要对花纹钢工艺原理和操作有一个基本了解；为此，我们对民间调查资料，文献

资料都进行了许多研究，之后才在此基础上制定出试验方案来。


（1）民间调查资料研究


前面提到，民间调查主要是在浙江和北京等地进行的，调查对象是那些有丰富生产实践经验的老锻工、

老金工。北京的这些匠师一般都掌握着“第一、二手资料”，有的作过花纹钢刀剑的冷作工。有的则亲

自听过烘炉匠师的介绍。从调查可知，不管是被凭折花钢还是浙江云花钢，都是用一种称之为“铁”、

一种称之为钢的铁碳合金，通过多层积叠、多次折叠、反复旋拧等方式把它们锻合在一起而得到的。我

们感到北京折花钢最为重要的工艺环节是两个：

a.选料，钢料和“铁料”含碳量的差距必须较大，但又不宜过大，否则钢“铁”料不易焊合得好。


b.锻打。


锻打的目的有二：一是锻合，以构成花纹。二是“锻炼”。《说文解字》云：“锻，小冶也。”从现代

技术观点上看，反复锻打可以去除夹杂、均匀成分、致密组织，从而改善材料机械性能。



锻打时一定要掌握好火候以及折叠锻打的方法和辞书。加热温度过高，轻则会影响到花纹清晰度，重则

会晶界过烧：温度过低又不易焊合得好。锻打次数过多则会导致花纹过细而不够清晰，过少则花纹过于

简慢粗大。据说北平折花纲要反复折叠十余次，若折叠前为两层（一层钢料，一层“铁料”）的话，折

叠十次后便是2048层了。

折花钢不但操作艰难，劳动强度大，而且废品率较高。哪怕是最为超群拔萃的工匠。经过千锤百炼后，

也难得保证不出一点焊疵，焊合得完美无瑕的；一旦出现焊疵，便是前功尽弃。那些合格了的产品，往

往也是十斤原料方能做出一斤刀剑来，金属收得率很低。


（2）文献研究


这包括国内的和国外的两个方面。


A.国内有关花纹钢工艺的资料唯见于某些诗文，其中最值得我们注意的大约有两点：


一是“百辟”说。前云，曹操命有司作了五把带花纹的宝刀，都叫做“百辟刀”；曹丕命国工精炼了九

枚宝器，都是“至于百辟”才炼成的，其刀叫“百辟宝刀”，剑叫“百辟宝剑”，匕首叫“百辟匕首”

；傅玄“正都赋”也说其剑为“百辟文身”。这“百辟”到底是什么意思？“辟”，原是指衣服上的褶

裥或折叠衣服的；但对刀剑制作过程来说，这“百辟”便应是指钢铁材料的多次积叠、多次折叠了。由

此便可推知，花纹钢是经过了多层积叠，反复折叠锻打后才得到的。

二是“万辟千灌”说。万辟即多层积叠，千灌即反复灌炼。我们由此可以推制，张协说的花纹钢剑是使

用了两种含碳量相差较大的铁碳合金，即生铁和“熟铁”，经多层积叠，反复灌炼后才得到的。


这两点对我们了解我国古代花纹钢工艺原理具有十分重要的意义，与民间调查的结果大体上也是一致的

zglcl007

B.国外花纹钢工艺研究


唐惠琳《一切经音义》卷35云：“镔铁出自外国，以诸铁和合，或极精利，铁中之上者也”。这是我国

古代文献中关于镔铁工艺的唯一记载。此“诸铁”，应指含碳量不同的铁碳合金。由此我们可以得知，

与我国花纹钢一样，“镔铁”亦可由不同含碳量的铁碳合金锻合而成。

A.K.安捷仁所著《波罗的海沿岸的大马士革钢》一书载：1859~1863年，丹麦的尼达沼泽发掘出了106枚

公元三世纪的宝剑，其中至少有90枚是焊接大马士革钢的。有关研究认为，它约有三种不同的操作工艺

：一是一层钢料一层“铁料”地积叠锻合，可得到流线形花纹。二是把具有流线形花纹的材料拧成铁麻

花，一股向左拧，一股向右拧，再把两股方向相反的铁麻花焊合在一起，可得到尖角状花纹。三是把两

股具有尖角状花纹的材料焊合在一起，可得到双角状或花瓣状花纹。

日本刀工艺有许多流派，但刃部常用焊碳量较高的钢，其他部分则常由含碳量不同铁碳合金，各部分均

经多层积叠、多次折叠、千锤百炼后制作而成。

可知上述几种外国花纹钢与我国古代的，以及流传下来的北平折花钢工艺原理是一致的。所谓花纹钢，

实际上是组织和成分极不均匀，并且变化陡峭的钢铁集合体；这不同的组织和成分具有不同的光学性能

。再自然光作用下，铁素体部分，或说低碳部分颜色往往较淡；珠光体、马氏体部分，或说高碳部分颜

色往往较深；沈括《梦溪笔谈》卷三说纯钢“黯然青且黑”，方以智《物理小识》卷七引方中通说“喜

鹊青乃钢”，说的都是同一意思。若在同一器物中造成了一薄层含碳较高，一薄层含碳较低时，相应地

就会出现一层颜色较深，一层颜色较淡的现象；它们黑白相间，明暗相映，便构成了所谓的花纹。又因

不同的组织耐蚀能力不一，若再用某种腐蚀剂腐蚀一下。这花纹就会更加明朗起来了。


2.实验方法和步骤


（1）选料：选择一种钢，一种“铁”作为原料，并分别把它们加工成条状和块状。


（2）锻打：把上述两种材料一层钢一层铁多层积叠起来，并通过多次折叠，反复旋拧等方式锻合成一个料坯。（按：这便是花纹钢坯件，可用来加工成宝刀宝剑一类器物。）


（3）夹钢：即把另外一块含碳量较高的非花纹钢从侧面嵌入到花纹钢料坯中，以作钢剑的刃部。这是钢

铁锋刃器的一项复合材料技术。夹钢后便可锻打成器。（按：三十年代的北平折花剑也曾夹钢。日本刀

锋利是众所周知的，其中一个十分重要的工艺因素便是复合材料技术掌握较好。除去了夹钢外，我国古

代钢铁锋刃器使用过的这类操作还有贴钢、包钢等。沈括《梦溪笔谈》卷十九说，“刀剑绝美者以百炼

钢包裹其外”。此“百炼钢”指经过了反复锻打、含碳量高、夹杂较少、性能较好的钢。这两段文献说

都是复合材料技术。）

（4）淬火和回火。这操作再钢剑成形后进行，其目的有二：a.提高钢剑刃部的

硬度和强度，且使之具有一定韧性。b.使花纹更为清晰。我们使用的冷却剂是自来水。（按：曹丕《典

论》说其百辟刀剑锻成后要“淬以清漳”，可见古代花纹钢也要淬火的。）

（5）研磨和抛光。这是花纹钢剑工艺的最后工序。目的是提高表面光洁度，以显示花纹。我们是用机械

方式抛光的，由粗到细，分级进行：抛光一定程度后，花纹即现。试验用过的腐蚀剂有硝酸酒精溶液和

稀硫酸。因具体操作不同，模拟出来的花纹有竹叶纹、流线纹、人字纹、彩云纹等，后者最为绚丽。（

按：北平折花剑是用砥石研磨，以布抛光的；腐蚀剂是明矾酒精溶液。镔铁的腐蚀剂有金丝矾等。）

以上是模拟试验的几项主要操作，前二项主要对花纹钢料坯言，后三项主要是对花纹钢刀剑器来说的。

从试验情况看，选择好原料应是制作花纹钢的先决条件；原料选择不当时，定然作不出花纹钢来。在相

同的原料条件下，锻合方式对花纹形态和清晰度影响最为明显；但掌握好火候则是花纹钢成败与否的一

个关键。

zglcl007

三、关于复制花纹剑的性能  
由文献记载和民间调查可知，我国古代花纹钢刀剑主要有两个优点：一是花纹细腻、华茂、清新；二是

有的刀剑比较锋利，如曹植说其父之宝刀能“陆断犀革，水断龙角；轻击浮截，刃不纤削”。其中最重

要的自然是第一点，这也正是花纹钢区别于一般铁碳合金处。从试验情况看，我们复制的花纹钢剑大体

上也是具备了这两大优点的，尤其是花纹，可与世界上一些著名的花纹钢相媲美。花纹的特点是：


（1）它是钢铁材料本身所具有的平面花纹、自然花纹；它发于内露于外，看得见，难触摸；纵经千万次

砥磨，只要刀剑并未磨光锈尽，其组织和成分的不均匀性、不连续性还存在，花纹就存在；这与北平折

花钢，与铸造大马士革钢、锻焊大马士革钢、日本刀地肌都是一致的，图1是我们复制的花纹钢，图2、

3、4分别是铸造形、锻焊形、接焊形大马士革钢，图5是日本刀地肌纹、刃纹。将他们一一的细加比较后

便可知悉，我们复制的花纹是比较细腻、华茂、清新、活泼的。古籍和民间所说的许多剑纹形态，都可

在此找到它的行迹。一些老艺人认为，这花纹形态已恢复到了三十年代的水平。

从工艺上看，我们复制的花纹钢，与锻焊大马士革钢、日本刀地肌也是一致的；唯铸造大马士革钢、接

焊大马士革钢各有特殊，前者不是用含碳量不同的铁碳合金锻合而成，而是用熟铁渗碳法，或者直接冶

炼法在坩埚中冶炼得到的。这坩埚钢俗称乌兹钢，它在冶炼过程中并未完全达到液态，而是一种胶融态

，冶炼产品本身就是一种组织和成分即不均匀的钢铁集合体，就具有了花纹。后者则完全是用接焊方式

，把不同含碳量的铁碳合金一块一块地焊接成的。

(2) 对花纹钢的基本形态，人们可通过改变钢料、“铁料”的积叠、折叠方式和锻打次数来适应控制，

但其具体形态却又难以预测，难以控制；并在同一器物的任何一个砥磨面上的花纹都不会完全重复，经

常是每砥磨一次都有新的变化。大凡锻焊大马士革钢、日本刀地肌也是这样的；铸造大马士革钢亦可通

过增加折叠锻打次数的方式使花纹变得更加细腻均称；接焊大马士革钢花纹则完全是人为的，显得比较

呆板。


关于锋利性，因我们复制的钢剑未曾开刃，其锋利程度如何未曾试过。但前已言明，它是夹了钢的，故

理应比较锋利。大凡古今中外，不管是花纹钢刀剑还是非花纹钢剑，欲使其具有良好的综合机械性能、

既较锋利又不容易折断时，都是要施以复合材料技术的。今龙泉宝剑能劈开四个铜板，其宝刀能劈开十

四个铜板，也与夹钢有关。

以上是关于我国古代花纹钢及其模拟试验的一些情况。花纹钢工艺在我国至迟发明于汉代，汉晋时最为

兴盛，之后似一直未曾间断过，在我国沿用了相当长一个时期；因其制作艰难、性能较好，千百年来受

到了世人的多方赞许，一定程度上也反映了我国古代金属冶炼、锻打技术的先进水平。模拟试验基本上

获得了成功，我们认为它是具有较高的文化价值，又具有一定经济价值的，应当开发出来为四个现代化

服务。

zglcl007

图1、我们复制的花纹钢（上：0.25X,中、下：0.75X）






图2、铸造大马士革钢（5X）

zglcl007

图3、锻焊大马士革钢（5X）





图4、波罗的海沿岸接焊大马士革钢几种花纹形态

zglcl007

图5、日本刀地肌与刃纹

zglcl007

看着好就把帮顶一把。。。。。。

czbsd

同意楼上的说法.

zglcl007

从工艺上看，我们复制的花纹钢，与锻焊大马士革钢、日本刀地肌也是一致的；唯铸造大马士革钢、接

焊大马士革钢各有特殊，前者不是用含碳量不同的铁碳合金锻合而成，而是用熟铁渗碳法，或者直接冶

炼法在坩埚中冶炼得到的。这坩埚钢俗称乌兹钢，它在冶炼过程中并未完全达到液态，而是一种胶融态

，冶炼产品本身就是一种组织和成分即不均匀的钢铁集合体，就具有了花纹。后者则完全是用接焊方式

，把不同含碳量的铁碳合金一块一块地焊接成的。

onemine

不错，学习中~~
现在人不知道还能不能研究达到传统乌滋钢的技术水平~

a9503049

这么深奥

zglcl007

Originally posted by 菩提散人 at 2005-2-20 08:17 PM:
嘿嘿
楼主拿出一段
我拿出一句来：“铸造大马士革钢亦可通过增加折叠锻打次数的方式使花纹变得更加细腻均称；接焊大马士革钢花纹则完全是人为的，显得比较呆板。”

原文倒数第三段~~~~~~~~~
俺滴中文底子还 ...

人家的意思不就是：拿铸造大马士革钢来折叠锻打吗，折叠锻打用什么钢也行吗。
难道有谁能证明铸造大马士革钢不能折叠锻打。

andyz

乌兹钢锻打的温度比较低，高了材料性质就变了。欧洲铁匠很早就得到了乌兹钢坯，但不知道如何锻造。

andyz

阿弥陀佛