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中国古代铁钢器物制造技术
时间:2017-11-27              字体:       

  独特的铁钢冶炼铸造技术

  随着考古发掘中大批生铁冶铸品或铁钢制成品的出土,史学界普遍认为,春秋战国时期中国至少有三项重大技术发明在当时领先世界。一是块炼铁和生铁冶铸,二是块炼钢和铸铁脱碳钢,三是铸铁柔化和钢件淬火。这些技术发明,既是构成春秋以降我国铁钢兵器制造技术“独领风骚数百年”的重要元素,也是世界科学发展历程上具有划时代意义的伟大事件。

  20世纪50年代以来,考古人员在长沙、衡阳发掘的64座楚墓中,陆续出土了约70多件铁器。其中,铁兵器占33件。这里面,钢质铁剑竟有14柄,最长的达140厘米。近代出土的锋利铁器,多在楚地,完全验证了《史记·范睢列传》中“楚之铁剑利”的记载。由此可以推断,这种先进的炼钢技术首先主要用于制造武器,以应对日渐增多的战争之需。

  洛阳周王室灰坑出土的铁铸件也表明,战国早期古人就已经创造了将生铁铸件进行“退火”柔化处理的技术。古人的聪慧,表现于他们在冶炼中,通过退火使铸件柔化,从而适当地减少、降低了生铁铸件的硬度和脆性,增加了可塑性和冲击韧性,从而得到可锻打铸件。这样既保持了生铁易于铸造的优点,又增强了铸件的强度和韧性,刚柔相济,大大增加了铁器使用的寿命,使生铁的广泛应用成为可能,加快了铁器代替青铜器的进程。

  至战国中晚期,这种独步世界的技术工艺,普遍应用于制造兵器和农具之中。如长沙出土的楚国铁铲,大冶铜绿山出土的楚国铁斧、铁锤、铁锄,河北易县出土的铁镢、铁锄等,都是用退火柔化处理的可锻铸铁。

  发明铸铁脱碳钢技术则可以追溯到战国初期。洛阳出土的战国早期铁锛,就属于铸铁脱碳钢技术早期阶段的产品。在后来的儒家经典《尚书·禹贡》中,就记载了梁州的贡物中有铁和镂,镂就是钢。“如果没有冶金技术的进步,学者的想象力再丰富,也不可能把这个品种载入著作。”

  钢的应用和淬火处理工艺的诞生,应该是在战国早中期。遥想春秋战国时代,工匠们在劳作之余,或许发现了块炼渗碳钢件或退火过分的铸铁脱碳钢件,其坚硬程度都不足,这就促使人们进一步去摸索提高钢件坚硬度的淬火处理工艺。从无数次试验中获得成功,这就是经淬火处理后的铁钢件,质地变得坚硬,刃部也更加锋利。

  后人推断,战国时淬火所用的冷却物质,最早大概是用不同山涧的矿泉水,后来又扩展到用男童的尿或动物脂肪油。童尿中含有盐分,冷却能力比水强;用脂肪炼油淬火,高温时冷却快,低温时冷却慢,都可以得到性能良好的铁钢件制品。

  这些推断得到了来自河北易县出土文物的支持。易县燕下都44号墓出土的79件铁器中,有剑、矛、戟、刀、匕首、带钩等锻件51件,其中包括由89只甲片组成的铁甲一件。这些锻件大部分是由块炼钢锻制后经过淬火处理的。这些事实证明,至迟在战国晚期,淬火技术在生产上已得到广泛应用。

  此外,通览春秋战国的兵器制造,似乎还可发现中国与西方科技交流的痕迹。河南辉县出土的吴王夫差剑,剑格上镶嵌有透明度较高的硅酸钙玻璃。而湖北江陵望山一号墓出土的越王勾践剑,剑格上镶嵌的蓝色玻璃则是钾钙玻璃。这些东西经过化学和光谱分析,发现与中国古代生产的铅钡玻璃有着明显的差异。而与“大秦”(罗马帝国)的纳钙玻璃或钾钙玻璃相一致。专家推测,这很有可能是从西方传入的。有人认为,最迟应在春秋战国时期,中西之间就开始了科技交流。

  溯念远古,由“烈山氏”(炎帝)一脉传承,与火有关的陶器制作和青铜冶铸技术,到了春秋战国时已发展为具有独步世界高度的块炼铁和生铁冶铸、块炼钢和铸铁脱碳钢、铸铁柔化和钢件淬火技术,这是一种何等伟大的进步啊!

  铁钢兵器的发展

  综合考古发掘和文献记载,春秋战国是我国古代青铜兵器发展的鼎盛阶段,同时也是我国铁钢兵器发展的初始阶段。由于各诸侯国之间的战争连绵不断,兵器制造业也进一步扩大。尽管已经开始有了铁钢兵器的应用,但青铜兵器仍占很大比例。后来由于骑兵和步兵的发展,车战退居次要地位,同时也致使兵器制造中除戈、矛、戟等长武器外,剑、刀类短兵器日渐增多。秦汉以降,铁钢兵器的广泛应用,促使长短武器更为便利实用。如剑的重量减轻,外形也更为平直锋利。

  在“春秋无义战、兵戈乱浮云”的时代,战车形制持续发展,战船建造已有领先水准。戈、戟、矛、剑等常用刺杀格斗兵器的形制和性能有了新的改进,杀伤力增大。甲胄干盾等防护装具更具多样性并趋向牢固耐用,以弓弩为主体的射远兵器制作工艺水平提高,“积弩齐发”成为战场制胜的重要手段。轒輼、云梯、巢车、地听、铁蒺藜等攻守城军械均被广泛使用,在战争中发挥了积极作用。

  从兵器制作技术和工艺看,战国时铁钢冶炼技术的发展,使兵器制造有了长足进步,铁、钢制兵器在战争中显示出越来越大的威力。楚国的铁剑,韩国的“强弓劲弩”,吴、越的铁剑之所以能够闻名于世,青史留名,都是因为“技高一筹”。现代出土的铁剑、铁甲、铁杖、匕首、戟、矛、镞、铤等各式各样的兵器,为此提供了强有力的佐证。

  “秦皇终一统”的时代,步、车、骑、舟诸兵种皆已形成,实现了诸兵种协同作战,奠定了冷兵器时代作战的基本样式。近几十年来,在辽宁、湖南、山东、陕西、四川的广大地区,都有战国时期的铁器出土,说明这时冶铁手工业已经突破了地域的限制,并在全国范围得到了推广。从考古发掘看,当时齐、韩、赵、魏、燕、楚、秦等国已普遍使用铁制农具。而铁制兵器的广泛使用肯定要早于农具,因为古人比现代更讲究“先军后民”。

  冶铁手工业的发展

  现有资料表明,春秋战国的冶铁业基地分布较广,北起燕国渔阳、南到楚国、西起秦国武威、东到齐国的广大地区。生产规模也很壮观。仅齐国故都就有冶铁遗址四处,最大处面积达40余万平方米。河北易县燕下都城址内有冶铁遗址三处,总面积也达30万平方米。这一时期出现了许多著名的冶铁手工业中心,如赵国的国都邯郸,楚国最著名的冶铁手工业基地是宛(今河南南阳)、邓(今河南孟州市东南)等地。

  从事冶铁手工业的人数也很多。齐灵公(前581—前548年在位)的“叔夷钟”铭文里,就有冶铸工匠达四千之众的记载。还有一些富比王侯的从事冶铁业的大工商奴隶主,如《史记·货殖列传》所述赵国邯郸的郭纵。

  或许从那个年代开始,我国古代的冶炼业就一直保持着热火朝天的势头。我们这样讲,是有诗史为证的。唐玄宗天宝十二年(753年),诗仙李白漫游于秋浦,在这里写下《秋浦歌》组诗17首。其中有一首正面描述我国古代冶炼工地宏伟场景的五言诗:

  炉火照天地,红星乱紫烟。赧郎明月夜,歌曲动寒川。

  这是值得华夏儿女世代咏唱的冶炼之歌。诗句形象地描绘了皓月当空之夜,那些脸庞被烤得赧红的冶炼工匠们唱着歌、辛勤劳作的真情状态,以及他们冶炼金属时炉火通红、紫烟喷涌、火星飞溅的绚丽景象。诗间奔涌着对冶炼工吃苦耐劳高尚品格的赞誉,这在汗牛充栋的古典诗歌中为数不多。从李白那极有气势、极富感情,且形象鲜丽、语言简洁的传神佳作中,读者能真切地感受到冶炼炉前火热的氛围。(作者:袁和平)