四川省自贡市清代井盐钻井工具的初步检测和分析

李晓岑　贠雅丽　黄　健　陶　宏

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TracorNorthern 524X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。