钢铁冶金与秦汉时期中华文明的发展(3)

第三个因素属于社会因素，在古代，以生铁为基础的钢铁冶金技术体系工艺复杂，规模宏大，必须有强大的社会组织才能支撑，只有战国至秦汉时期开始形成并不断强化的大一统中央集权才能为这一技术体系提供充足的保障。

　　古代钢铁冶金技术体系

在生铁基础上古人后来建立了一整套早期的技术体系。古人制钢有两种方法，一种是从竖炉出来生铁之后，直接铸造成型，取其铸造的高效率，然后把铸造的东西脱碳成钢，再后来就发展成把出炉的生铁直接炒炼，就像炒菜一样，使它脱碳成钢。生铁制品或铸铁制品有一种韧化技术，就是使里边的渗碳体发生一定的分解，从而改善产品的性能，这都是在铸造基础上进行处理的，所以铸造这个东西要比锻造成型效率高，做好了陶范，一炉铁水下来，一天就能够一次浇成几百个甚至几千把锤子之类的工具，而要使用手工锻造的话，可能一天也就只能打造一把锤子，效率的差距非常大。

从战国时期开始到东汉时期，中原地区以生铁为基础的钢铁冶金技术体系基本成形了。

接下来我们看一看一些特别的产品。生铁韧化也叫展性铸铁，它是在900摄氏度的稍高温度下较长时间的退火处理，生铁中的渗碳体分解成的石墨聚集成团絮状，得到了韧性铸铁。根据分解不同的形状又有不同的称呼，对铸件性能有所改变，不会像以前生铁铸件那么脆。这个技术是我国先民在公元前5世纪发明的，一直使用到公元9世纪以后，延续了1300多年，之后这个方法在中国就不太用了，采用了其他的制钢技术。而到了工业革命前后，西方又重新发明了这个技术。关于这个技术，现在也有一些出土文物，比如有出土的战国时代铁锄经过检测，里面石墨成球状，不过古人确实不知道这里边石墨变成了球状。

另一个技术是生铁固体脱碳，虽然生铁含碳量高，太脆，质量不好，但是生铁易于铸造。于是在生铁铸造成型之后，在高温下氧化气氛炉中退火，只要时间和温度控制合适，能够避免里边的石墨析出，使铸件脱碳成为钢或熟铁制品。比如洛阳水泥厂出土的铁锛，它里边还是原来生铁的组织，而表面已经脱碳成钢了，这个铁锛就具有某些钢的质量，用起来就非常好用了。所以铸造成型，用这个方法脱碳，既取铸造的高效率，又取脱碳方法的高质量，这个非常巧妙的方法，也是古代中国独有的。

还有一项重大的技术就是炒钢技术。我们通过做的文物检测和分析一些文献，认为这个技术至迟在公元前2世纪就出现了，不过我们怀疑这个技术可能出现得更早。因为现在还有一些文献和文物的线索。这种技术是以液态生铁为原料在炒炼炉中进行搅拌翻炒，在这个过程中空气里的氧把铁水表面上的碳氧化成二氧化碳而脱除，碳含量逐渐减少，生铁就向钢的方向转移了。这样生产出来的钢就叫作炒钢，如果脱碳脱得多了那么出来的产品就是低碳钢甚至熟铁，再对其进行锻造，就能用来制作精良的兵器或者农具、工具。这个技术发展到后来，发展成联合化生产，也就是这边高炉刚炼出铁水，那边就直接进行炒钢了，不用再把生铁拿到别处去重新融化、浪费燃料和时间。这套工艺在明代宋英星的记载里就有了。不过文献记载我们还可以追溯更早，东汉于吉在《太平经》里有一段描写铸名剑莫邪的记载，其中就提到铁烧冶成水，然后就是良工万锻之。我们推测，这中间有个环节，如果不进行炒钢的话，后面的良工万锻是无法进行的。虽然这是一个间接记载，但是我们还可以通过出土文物来判断，炒钢技术是很早就出现了的，比如我们在临淄故城遗址中就发现了炒钢渣等等。

炒钢技术的出现，在世界历史上都是很重要的一件事情。英国17世纪开始发明了用生铁冶炼熟铁，后来用反射炉来炒，一直用到1930年左右，炒钢被称为是“震撼大地”的发明，近代工业革命中的一些基础内容，比如制钢等都是来源于此。炒钢中有一种非常有名的制品叫百炼钢，百炼钢不是一个单独的钢种，它最早出现于公元前2世纪，是用炒钢甚至用熟铁折叠锻打形成的一种“宝刀”，百炼钢锻打之后，会成一层高碳一层低碳的结构，既有一定的柔韧度又非常锋利，是我国古代钢铁材料中质量最高的产品。文物方面，有山东临沂出土的东汉三十炼环首钢刀，以及江苏徐州出土的东汉五十炼钢剑。关于这类产品的记载在三国以后就逐渐减少了，文献记载中曹操曾经在建安年间命有司制作“百辟钢刀”，其子曹植曾写《宝刀赋》。值得注意的是，百炼钢工艺对我国古代文化也产生了一定影响，比如成语中的千锤百炼、百炼成钢等等。百炼钢也曾传到国外，公元1世纪的罗马博物学家普林尼在其名著《自然史》中提到，虽然铁的种类很多，但没有一种能和中国的钢相媲美。

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