本站原创一、样品的采取和实验方法
自贡是中国井盐生产的著名产地,其盐井的钻凿技术,在清代出现了重大的突破,将中国古代钻井工艺推向了新的阶段.以自流井为代表的深井钻凿技术,被国际学术界誉为“现代钻井之父”.其中,以自贡地区逐渐形成的顿钻工具群,标志着钻井技术的高度成就.这些顿钻工具,有正常钻进的钻头；用于特殊作业的钻头；打捞工具、补腔工具、测井工具和修治井工具几大类.这些工具能开凿达上千米的盐井,开创了世界领先的辉煌成就.
为进一步研究盐并的钻凿技术,在自贡市盐业历史博物馆的支持下,取到5个清代井盐生产工具的样品.蒲扇锉颈部和刃部样品2件；园齿柳穿鱼修井工具l件；清代钻井工具冲松1件；双马蹄锉样品1件.
在北京科技大学冶金与材料史研究所的实验室中,对样品进行镶样、磨样、抛光,样品用4％硝酸酒精溶液浸蚀,样品制备好后,采用LeicaDM4000M金相显微镜进行金相显微组织观察,采用剑桥S-360扫描电子显微镜配备TracorNorthern524X射线能谱仪进行化学成分分析和形貌观察.
二、样品的化学成分和显微组织
样品YA14a,蒲扇锉的颈部,显微观察表明,基体为铁索体,点打相应位置的成分,有镁和磷作为夹杂物,为氧化亚铁、铁橄榄石复相夹杂.
样品YA14b,蒲扇锉的刃部,基体为铁素体,有氧化锰,点打相应位置的成分,有硅和硫化物夹杂.
样品YBa150,园齿柳穿鱼修井工具,基体为纯铁素体,磷化物夹杂.组织有变形,说明被局部加工过,可能是使用中造成的.
样品YA12,为双马蹄锉,基体为铁素体,有少量的珠光体,含碳量相对较高,但仍属低碳钢的范围.
样品YA20为冲松,是清代川北钻井工具,基体有硫化锰夹杂.其显微组织十分少见,材质不明,有待进一步研究.
金相观察表明,样品中有4件为低碳钢,其基体均为铁素体.用扫描电镜点打夹杂物表明,3件样品有锰夹杂,1件样品为硫化锰夹杂.3件样品有磷夹杂,是冶炼时杂质去除不彻底造成的.
总的来看,2件蒲扇锉和1件园齿柳穿鱼修井工具含碳量很低,1件双马蹄锉有少量珠光体,含碳量相对较高,但仍属于低碳钢的范围.5件样品的组织都较纯净,夹杂物不多.
三、结论
以上实验结果说明,在所分析的样品中,无论凿井工具蒲扇锉、双马蹄锉,还是园齿柳穿鱼修井工具,其使用的材质都是一样的,均采用低碳钢.低碳钢为塑性材料,拉伸性能很好,有很高的韧性,但材质偏软,硬度偏低.分析的样品中,还有清代冲松钻井工具1件,是采用其他材质,因显微组织不明,有待进一步研究.
《四川盐法志》卷三载,凿井工具“虑用力猛,锉偶折”.而低碳钢有很高的韧性,作为凿井工具,有不易折断的特点,具有优良的性能.但是,其材质偏软,硬度偏低,工作效率会受到影响.文献记载,双马蹄锉“钻进速度慢,故正常钻井时很少使用”；蒲扇锉“锉进速度稍慢,但能锉圆井壁”,这可能与材质为低碳钢有关.
总之,四川自贡的井盐生产,其凿井工具的材质主要是针对凿井需要较高韧性的特点而使用的.