“百炼成钢”的原理是什么？
人说，挫折和失败是一座学校，只有经历了风雨，才能见到彩虹。古往今来多少名人少年曾受非人折磨、遇艰难险阻，然而最终在困境中起飞，翱翔长空，有了自己的一片天空。
“百炼成钢”语出三国魏·陈琳《武军赋》：“铠则东胡阙巩，百炼精刚。”五代·王定保《唐摭言·知己》：“萧若百炼之钢，不可屈抑。”比喻经过多次的磨炼锻炼，依旧不屈不挠的优秀人物。
其实，百炼成钢这句成语是来自我国古代的一项独特的炼钢工艺。
我国在春秋时就有了炼钢生产，而最初的钢都是海绵铁。炼钢时，把海绵铁放入炉内，让它在受热中渗碳。到一定温度后拿出来锻打，这就是最早炼成的钢。后来人们在冶炼中发现，反复加热锻打的次数越多，钢件越硬。于是工匠便把反复加热锻打的一定次数定为正式工序，这成为百炼钢工艺中的重要步骤，并作为一种国家的工艺固定下来了。这就是百炼成钢工艺的起源。现代冶金分析证明，经反复地加热锻打，会使钢件的组织致密，成分均匀，夹杂物减少并细化，从而显著地提高钢制品的质量。
秦与西汉时期，用生铁炒钢（包括炒熟铁）的新技术出现，工匠们把百炼工艺改为用炒钢或熟铁作为原料，使百炼成钢技术得到进一步发展。
炒钢，就是把生铁加热到熔化或基本熔化阶段，在熔池中加以搅拌，借助于空气中的氧把生铁中所含的碳氧化掉。而炒钢与炒熟铁实质是一回事，熟铁就是含碳极低的炒钢。熟铁、炒钢的成分均匀，其内含的夹杂物均较细小。
根据有关学者的考证和对河北省满城西汉中山靖王刘胜墓中出土的钢剑和错金书刀的分析，这些刀剑均是用碳钢制成的，而质量大大超过了战国时期的钢制品，含碳不均的现象明显减少。这都是反复加热锻打的结果。
东汉时，百炼钢工艺已趋成熟。古代的“涑”字通“炼（A）”、“A”，在古兵器铭文中常见，在《说文解字》中释其义为“冶金”。“百炼”、“百辟”过去曾被认为泛指反复锻打。但有九炼、三十炼、五十炼、七十炼、百炼共存的事实，说明这些具体数字有其特定的含义。据冶金史专家研究，炼数应是代表了一定的工艺并表明产品的质量。从三十炼钢刀和五十炼钢剑的检验结果推测，炼数可能就是指叠打后的层数。在锻制刀剑时，以炒钢为原料，可以用同一种钢料反复折叠锻打，也可以用数层成分略异的原料叠打，然后加热折叠再锻，反复多次，最后制成百炼钢刀剑。从新中国成立后出土的文物中已得到证实：
年山东临沂地区苍山汉墓出土了一把环首钢刀，刀身刻有“永初六年五月丙午造州涑大刀，吉羊（祥）宜子孙”，可知是“三十炼”工艺制成，北京钢院的专家对这把刀进行检测，证实其含碳量为0.6%～0.7%，是用块炼铁做原料，加温后反复折叠锻打而成。
年，江苏徐州铜山县驼龙山汉墓出土一把钢剑，长109厘米，剑身长88.5厘米，宽1.1～3.1厘米，脊厚0.3～0.8厘米。剑把正面有错金铭文：“建初二年（公元77年）蜀郡西工官王惜造五十涑（炼）△△孙剑△。”铭文说明此剑是用“五十炼”工艺制成的。
年，日本奈良县栎本东大寺山古墓，出土了一把中国东汉中平年间制造的大钢刀，上有铭文“中平△年5月丙午，制造支刀，百炼清刚（钢），上应星宿，下辟不祥”。可知此刀为“百炼”工艺制成。
百炼技术在三国时广为运用。曹操下令工匠为他铸造五把宝刀。工匠经三年完成，其中两把自己留下，余者三把分给三子。
五把刀用三年才完成，可见工艺之复杂。继曹操铸后，儿子曹丕于公元219年也曾命国家级的冶炼家，挑选最精良的金属为其造兵器。结果炼成三把宝剑、三把宝刀、两把匕首和一把露陌刀。这些兵器都是用百炼工艺制成。为此，曹丕为五种兵器分别起了名字。
同时期，蜀汉、孙吴的百炼技术也很高。刘备让蒲元造了500把宝刀，上刻“七十二炼”，也就是说500把刀也是经过近百次的反复锻打才铸成的。
魏晋南北朝是百炼钢的鼎盛时期，此后，由于其他炼钢方法的出现，百炼钢被逐渐取代。而在一些民族地区，从宋代以来，大多用百炼或数十炼的钢制刀。南宋初年，著名学者曾敏行在《独醒杂志》中谈道：
“我住在湖南时，常常看见瑶族人到寺庙里去拜神。他们瑶族男人每人都有佩剑。这些剑是黄色的钢铸造的，也只有蛮族部落的人才会造这种剑。瑶人有个奇特的风俗，每当有人家生了儿子，所有来看孩子的亲戚朋友，都必须带上一块铁，扔到这家盛有水的木盆里去。孩子长大成人后，在他的婚礼宴会上，再把这些赏铁的朋友们请来，并拿出木盆里的铁反复炼上一百次，成了最优质的钢。用这种钢打的剑，一点杂质没有。这样，最初获得铁块的孩子，长大后便有了一把锋利无比的剑。这剑一挥，就能把树拦腰斩断。有人曾经访问过那里的老铁匠，他们说造这种剑的钢为‘到钢’，也就是要炼到一定程度的钢。”
对于百炼钢的记载，古文献中最详细的是沈括的《梦溪笔谈》，其中有：“予出使至磁州锻坊，欢炼铁，方识其钢。凡铁之有钢者，如面中有筋，濯尽柔面，则面筋及见，炼钢亦然。但取精铁锻之百余火，每锻称之，一锻一轻，至累锻而斤两不减，则纯钢也，虽百炼不轻矣。此乃铁之精纯者，其色清明，磨宝之，则黯然青且黑，与常铁迥异。”
我国古代的钢铁冶炼技术在世界上是遥遥领先的，据有关出土文物证明我国的炼铁炼钢要比欧洲早1000多年。
早期的炼铁是将铁矿石和木炭一层夹一层地放在炼炉中，在650℃～1000℃焙烧，利用木炭的不完全燃烧产生的一氧化碳使铁矿石中的氧化铁还原成铁。由于炼炉中温度偏低，不能使熔点为1535℃的铁熔化，所以到液态的铁。人们等炼铁成功后冷却炼炉，取出铁块，这种炼铁方法叫块炼铁。用这种方法炼得铁质地疏松，还夹杂着许多来臬矿石的氧化物。在实践中人们发现如果把这种铁，加热到一定温度下再反复锻打，就可把夹杂的氧化物挤出去，此时铁的机械性能就得到了改善。
在反复锻打铁块的基础上，古人有了块炼铁渗碳成钢的经验，这种材料就是最早的钢。它是为改变块炼铁的性能而要用木炭作燃料，加热块炼铁并打，这样少量的碳会从铁的表面渗进去。西汉时，为提高块炼铁渗碳钢的质量，人们逐渐增加了锻打的次数，由10次、30次、50次增至近百次从而得到所谓的“百炼钢”。由此也产生了“百炼成钢”这一成语，它用来比喻久经锻炼，变得非常坚强，成为优秀人物。
孙悟空一双火眼金睛也需要在太上老君的炼丹炉中历尽七七四十九天，也算得“百炼”了。可见，要成“钢”，大概真的需要如一把钢刀、一把钢铲一样，经历“百炼”的。
百炼钢的工艺
沈括《梦溪笔谈》卷三云:“予出使至磁州，锻坊观炼铁，方识真钢。凡铁之有钢者，如面中有筋，濯尽柔面，则面筋乃见，炼钢亦然。但取精铁锻之百余火，每锻称之，一锻一轻，至累锻而斤两不减，则纯钢也，虽百炼，不耗矣。此乃铁之精纯者，其色清明，磨莹之，则黯然青且黑，与常铁迥异。亦有炼之至尽而全无钢者，皆系地之所产。”此“精铁”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。
我国古代制钢于何时技术成熟
嗯，应该来说，春秋战国时期的技术就成熟了。以下详细资料，请采纳
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。“铸铁脱碳钢”和炒铁渗碳钢工艺将在第五章介绍，这里主要讨论其他五种。
一、炼钢术的发明和块铁渗碳钢之使用
今在考古发掘中所见我国最早的钢制器物是1976年长沙杨家山出土的春秋晚期钢剑，剑全长38.4厘米，身长30.6厘米。经分析，含碳量约与中碳钢相当，组织均匀致密。长沙铁路东站建设工程文物发掘队：《长沙新发现春秋晚期的钢剑和铁器》，《文物》1978年第10期。可知我国古代制钢术至迟在春秋晚期便已发明。战国中晚期后，炼钢术在我国南北许多地方都迅速发展起来，并首先在南方的楚国达到较高水平。《史记And#8226；；范雎列传》云:秦昭王临朝叹息曰:“吾闻楚之铁剑利而倡优拙。”《荀子And#8226；；议兵》亦云:“宛钜铁釶，惨如蠭虿。”“宛”治所在今南阳。“钜”即钢，“釶”即矛。《荀子And#8226；；议兵》杨倞注。此锋利的“铁剑”、“铁矛”，显然由钢制成。中原的韩国也制作了许多锋利兵器，《战国策And#8226；；韩策一》说:“韩卒之剑戟，皆出于冥山、棠溪、墨阳、合伯（膊）、邓师、宛冯、龙渊、太阿。皆陆断马牛，水击鹄雁，当敌即斩。”这些锋利的剑戟，后世学者一般都认为是钢铁所制。其中的冥山（今信县境）、棠溪（西平县境）、合伯（西平县境）、冯池（荥阳县境）《史记And#8226；；苏秦列传》引“徐广曰：荥阳有冯池”。索隐：“宛人于冯池铸剑故号宛冯”，“邓国有工铸剑，因名邓师。”邓国在今河南漯河市东南。、龙泉、太阿（均在西平县境，今为舞阳钢铁厂管辖）等处都发现了古代冶铁遗址。董文安：《韩国十大宝剑产地初考》，全国金属学史学术讨论会论文，1989年，舞阳。墨阳在今河南淅川县。1965年，河北易县燕下都第44号墓出土钢铁剑15枚、矛19枚、戟12枚等；人们分析了其中的6枚兵刃器，除1枚为块炼铁外，其余5枚皆由钢制成。北京钢铁学院压力加工专业：《易县燕下都44号墓葬铁器金相考察初步报告》。《考古》1975年第4期，发掘报告见同刊同期《河北易县燕下都44号墓发掘简报》。说明当时北方的燕国制钢术亦已发展起来。
人类早期冶炼的钢一般都是在低温还原冶炼后再经渗碳而成，整个过程约分两步:第一步先由矿石炼取块炼铁，第二步再由块炼铁渗碳成钢。此渗碳过程中要不断地折叠锻打，以帮助碳的扩散。这样得到的钢便叫块铁渗碳钢。燕下都钢剑等兵器就是由这种钢制成的。如若控制得当，也有不经第二步，而一次还原冶炼成钢的，这种钢便叫块炼钢或自然钢。这两种钢的强度和硬度均较块炼铁为高。其缺点是:（1）含碳量一般较低。（2）碳分布往往不够均匀。（3）钢中所含夹杂往往较多。（4）生产率较低。在中原文化区，这种制钢工艺一直沿用到西汉中期，之后由于炒钢的发明和发展而渐被取代。满城汉墓出土的刘胜佩剑和错金书刀等皆由块铁渗碳钢制成，其夹杂已较燕下都钢剑为少，组织亦较之均匀致密。这种钢主要用来制作刀剑等兵刃器，农业和手工业中使用甚少。
二、炒钢及其工艺操作
炒钢工艺是一种半液态冶炼。它以生铁为原料，把生铁加热到液态半液态后，利用鼓风中的氧使生铁脱碳到钢和熟铁的成分范围。冶炼过程中要不断地炒动金属。古谓之“擣刚”，本世纪五十年代以前，习谓之炒铁、炒“熟铁”。
（一）炒钢的发明和发展
我国古代炒钢技术约发明于西汉中晚期，今见较早的遗物有:巩县铁生沟、南阳瓦房庄、新安孤灯村等冶铸铁遗址出土的汉代炒钢炉，以及铁生沟出土的铁块、残铁锄、铁臿等14件炒炼产品。铁生沟炒钢炉系向地下挖出的缶形小坑，内涂耐火泥，长0.37米，宽0.28米，残高0.15米，炉壁已被烧成黑色，内中残存一铁块。河南省文化局文物工作队：《巩县铁生沟》，文物出版社1962年版，赵青云等：《巩县铁生沟汉代冶铸遗址再探讨》，《考古学报》1985年第2期。我国古代关于炒钢的记载始见于东汉中晚期。《太平经》卷七十二云:“今军师兵，不祥之器也……有急乃后使工师击治石，求其中铁，烧冶之，使成水，乃后使良工万锻之，乃成莫邪耶？”此“莫邪”指锋利兵器。“烧冶之”等三句所指即是炒炼及其制器的全过程。《太平经》系道家著作，基本上保持了东汉中晚期的原貌。
炒钢的发明，迅速地改变了我国社会可锻铁的使用情况。1952-1953年，洛阳烧沟发掘了225座西汉中期至东汉晚期墓葬，出土钢铁刀116枚、剑33枚、矛5枚、斧4枚；而在青铜兵器刃器中，只有铜刀7枚（仪仗器），矛1枚，无剑。中国科学院考古研究所：《洛阳烧沟汉墓》，科学出版社1959年版。1957-1958年，洛阳西郊发掘217座同一时期的汉墓，出土钢铁刀52枚，剑58枚，戟1枚，斧1枚；青铜兵刃器只有刀1枚。中国科学院考古研究所洛阳发掘队：《洛阳西郊汉墓发掘报告》，《考古学报》1963年第2期。西汉中期以后，除了弩机和镞仍然较多地使用青铜外，其他兵器刃器已多用钢铁制作，其原料显然是炒钢。这样，钢铁器物便在农业、手工业、军事三方面完全取代了青铜和木石的主导地位。
炒钢工艺在我国由汉代一直沿用到明清。有关记载在唐《夏侯阳算经》、宋苏颂《图经本草》、明唐顺之《武编前编》、赵常吉《神器谱》、朱国桢《涌幢小品》、清屈大均《广东新语》等书中都可看到。《广东新语》卷一五“货语And#8226；；铁”条说:“其炒铁则以生铁团之入炉，火烧透红乃出而置砧上，一人钳之，二三人锤之，旁十余童子扇之，童子必唱歌不辍，然后可炼熟而为镬也。”1920年出版的耿步蟾《山西矿务志略》卷五说:“将炼出之生铁加煤末烧之，使化为铁汁，冷后复置于炒铁炉内炒之，即成熟铁。”二十世纪八十年代，湖南攸县等地仍用此法生产。
炒钢工艺的优点是:（1）用作原料的生铁易于获得，就扩大了原料来源。（2）冶炼在半液态下进行，脱碳反映较为迅速，生产率较高。（3）成分范围较宽。据分析，铁生沟所出一件炒钢料含碳1.288%、硅0.231%、锰0.017%、磷0.024%、硫0.022%，与过共析高碳钢相当；另一件成分为:碳0.048%、硅2.35%、锰微量、磷0.154%、硫0.012%，与今之熟铁相当。李众：《中国封建社会前期钢铁冶炼技术发展的探讨》，《考古学报》1975年第2期。今世学者常把先炼生铁，后再由生铁炼钢的工艺叫两步冶炼，那么炒钢的出现便是两步冶炼的某点，在世界冶金史上占有重要地位。在欧洲，与炒钢相类似的工艺大约在十六、十七世纪才出现，整个中世纪占主导地位的是自然钢法和块铁渗碳法。因此其可锻铁供应长时期不够充分，这对社会的进步自然是有影响的。
炒钢法是我国古代可锻铁生产的基本工艺，其主要用途有三:（1）制作一般锻件。由汉到明清，我国一般锻件，包括生产工具、生活用具和兵刃器中的锻件大约都是炒钢及其再加工的产品制成的。（2）用作百炼钢的原料。（3）用作灌钢的原料。
百炼钢工艺有哪些优点？
百炼钢工艺是在春秋晚期块炼渗碳钢工艺的基础上直接发展起来的。在用块炼铁渗碳制钢的实践中，人们发现反复加热锻打的次数增多以后，钢件变得更坚韧了，于是很自然地把这种反复加热锻打的操作定为正式工序。这道工艺可以使钢的组织致密、成分均匀化、夹杂物减少和细化，从而显著提高钢的质量。西汉后期，由于炒钢的发明，百炼钢工艺改以熟铁或炒钢为原料，并且增加加热锻打次数使得百炼钢技术发展至成熟阶段。用炒钢或熟铁制成的百炼钢，其质量是相当高的。这种百炼钢技术在我国历史上也曾长期使用，锻造技术也不断提高。用生铁炒炼成钢，所用火候和保留的含碳量是比较难掌握的，如果炒炼“过火”，含碳量过低，就不能炼成具有一定含碳量的钢而成熟铁。因此遇到炒炼“过火”时，重新加入一些生铁来补救是自然的。这样，在炒钢的实践过程中，我国古代冶炼工匠就逐渐掌握“杂炼生柔”的炼钢规律，从而创造了一种新的独特的工艺灌钢法。
百炼钢工艺的原理是什么？
百炼钢(The steelmaking)是我国古代的一种制钢工艺，它的主要特点是制炼过程中要反复加热锻打、千锤百炼。由于制作艰难，产品性能较好，千百年来一直受到人们的赞许。中国古代将炒钢经反复折叠锻打变形而制成的钢及其工艺。其特点是反复加热锻打。多次反复锻打可排除钢中夹杂物，减少残留夹杂物的尺寸 ，从而使其成分趋于均匀，组织趋于致密，细化晶粒，改善钢的性能。古代工匠把“精铁”加热锻打一百多次，一锻一称一轻，直到斤两不减，即成百炼钢。魏晋时期是百炼钢的鼎盛时期。唐宋之后，因灌钢工艺的发展等原因，百炼钢有所减少。