关于钢铁是中国第五大发明的系统性论述_风闻

原创]大秦铁军兼论中国古代制剑术

2016-07-22 09:30:18

本帖素材，取自于考古杂志1994-1995年的多篇文章。就不一一列举了。有兴趣的可以网上搜索。本帖曾经在观察者网发布过，但是多数跟帖评论都是不相信。如果本帖说的是古埃及人或者古希腊人的制钢术，肯定跟帖评论点赞居多。一部分中国人的不自信已经深入骨髓。文章中关于青铜人字形齿轮的叙述，来自我上大学时期新华书店买的一本机械制图前言部分。除了文字之外还有照片。那时候的中国还是很自信的。

关于块炼铁技术，网上流传的是锻打去除杂质。这是不懂得炼钢技术的文科历史砖家的说法。实际上块炼铁得到的是氧化物与纯铁颗粒的混合物，必须敲打才能让两者分开，然后把纯铁颗粒一点点捡出来。效率很低。

    本文最早发于西西河。如今西西河上不去了，本文补充一些内容重发于此。

    目前的主流说法是秦国军队装备青铜兵器。秦军统一中国的时候，还没有能力制造铁兵器。至少是不能大量生产铁兵器。这是考古学界的主流说法。电视台则更邪乎，说中国的铁兵器都是从西域各国学来的。汉武大帝这部电视剧还特别设计了一个抓取神秘黑色粉末的镜头。以此说明汉人偷到了西域的黑色粉末，才学会锻造了铁兵器。当然我不会跟拍电视剧的较真。盲目崇拜西方让他们已经不会站着说话了。

    实际上大秦军队是不是真的没有装备或者没有大量装备铁兵器。对这个问题，某些考古学家们要么是装傻，要么是昧着良心瞎说。如果是真的学术水平就这样，那就真的太悲剧了。

    首先秦军是装备了铁兵器的。证据就在兵马俑坑中出土的青铜剑。大家仔细看，这种青铜剑的尺寸非常怪异，特点是轻，薄，长。完全不符合青铜兵器厚重短的特点。如果考古砖家们肯做一个实验考古项目，按照兵马俑坑当中出土的青铜剑的形制重新浇铸，然后用这样的青铜剑实际格斗一番，就会知道，这种轻，薄，长的青铜剑肯定是一碰就断的。

    青铜剑之所以没有长剑，就是因为青铜铸件太脆，不能承受太大的冲击力。所以，古代青铜剑都是短剑。

    既然如此，秦始皇兵马俑坑里面为什么埋藏这种颠覆了青铜剑制造原理的轻薄长的青铜剑呢？理由只有一个，就是，这些青铜剑的原型，是锻造的钢剑。

    钢剑具有优良的强度和韧性。能够做到轻薄长而格斗碰撞不断裂。因此，秦始皇兵马俑坑，告诉了我们，秦军是一支不折不扣的，用铁兵器武装起来的大秦铁军。

    考古学界为了证明秦军没有铁兵器，拿出了所谓的考古学证据。就是，在不同的地域，都出土了形制完全相同的秦代青铜剑。于是乎，考古学界认为，秦军使用青铜兵器有了不可推翻的证据。

    实际上，这恰恰是一个反证。因为这些出土的青铜剑，全都是轻薄长的形制。历史研究早就得出结论，秦军是高度国家化的军队。秦军兵器由国家提供。并非私人所有。那么依此只能作出下列推断：铁在当时属于战略物资，不允许私人殉葬。军人埋葬只能使用同形制的青铜剑代替。

    在当时的燕赵一带，也就是如今的河北省北部，相继出土了大量战国钢剑。形制跟秦兵马俑坑的青铜剑一样，轻薄长。燕国赵国能够制造钢剑，为什么秦国不能造。特别是秦国占领韩国的宜阳铁山之后，拥有当时天下最大最丰富的铁矿。

    赵国多骑士。也就是所谓的侠客。他们兵器自备，马匹自备。受雇于国家，为国家打仗挣钱。这些侠客们死亡以后，兵器自然随葬。不会有人干涉。因此，在赵国属地，燕国属地，才能出土铁兵器。而秦国，是不允许铁兵器随葬的。

    当然有例外，南越王墓就出土了两把钢剑。不过南越王虽然也是秦人，当时的南海地区实行秦法，但是毕竟已经不属于秦国。再说王上的随葬品肯定不受秦法的制约。

    当时的铁兵器是怎样制造出来的？考古学界没有答案。当时的古代工匠还没有掌握炼钢术。不过，出土的战国时期的铁器充分证明，当时的工匠已经掌握了热处理脱碳的技术。可以推断，当时的铁兵器不是炼钢之后锻打的，而是先获得铸铁，当然是白口铸铁，液态铁水浇注到模具中自然冷却只能得到白口铸铁，然后通过热处理得到钢，再经过锻造，最终获得钢剑。这个过程我们推测一下。

    预先说明：

    液态铁常温冷却只能得到白口铸铁。由于冷却速度太快，铁中的碳都固溶在铁的晶格中，断面白亮耀眼。这也是白口铸铁名称的由来。

    液态铁随炉缓慢冷却才能得到塑性更好用途更广泛的灰口铸铁。由于冷却时间长达几天，铁晶格中的碳可以充分析出成为石墨，断面呈现灰色。这就是灰口铸铁的名称由来。

    现代炼钢术需要经过炼铁得到液态铁，然后对液态铁脱碳脱氧，脱硫和脱磷。获得液态铁需要高炉，但是高炉铁的含碳量很高，这就需要把铁水灌注在转炉中然后吹氧，让铁水中的大量碳跟氧气反应，生成一氧化碳二氧化碳，变成气泡浮出散逸掉。得到我们需要的低碳钢中碳钢和高碳钢。

    铁水脱碳以后，含有大量氧化亚铁，这样的成分是有害的。所以，脱碳以后还必须脱氧，脱氧就是往转炉里面扔各种脱氧剂。比如硅铁，锰铁，钛铁等铁合金，三氧化二铝，高岭土，大理石，白云石等等，脱氧造渣。让氧化亚铁反应生成渣，浮在铁水表面，出钢的时候先把钢渣撇掉，就像我们把豆浆或者牛奶表面的那层膜撇掉一样。

    铁水脱碳必须掌握好度。如果需要含碳量0.15%的低碳钢，那么脱碳就要把铁水含碳量保持在这个浓度。如果需要含碳量更高些比如0.60%的高碳钢，那么脱碳过程就短些。

    然后就可以出钢了。当然这个说的简单了些。大致过程。

    如果中国古代工匠炼铁，他们不可能拥有现代吹氧脱碳技术和脱氧技术。他们只能得到硬脆的白口铸铁。白口铸铁既硬且脆不能用来制剑。所以中国古代工匠必须用其他方法让白口铸铁脱碳。把白口铸铁变成铸钢，然后锻打获得钢剑。这就是中国古代的制钢术。

    战国时期的古人工匠们是用热处理的办法来使得白口铸铁脱碳的。

    在得到白口铸铁之前，首先古人们必须得到高碳的铁水。液态铁。也就是必须把铁矿石完全熔化。要做到这一点必须满足两个重要条件，一是必须有足够高大的炼铁高炉，二是必须有强大的吹风设备类似今天的炼铁鼓风炉。

    熔炼铜矿石就需要鼓风了。而铁矿石的熔点比铜矿石高了三分之一，炼铁高炉的炉体比铜矿石冶炼更加高大，肯定需要巨型鼓风设备给炼铁高炉鼓风供氧。不然就无法保持大型炉体内的高温。我国曾经出土过战国时期的青铜人字形齿轮。虽然齿形面还不是渐开线，但是人字形齿轮的出土就说明当时中国古代制造业文明的超级发达了。人字形齿轮是重载传动机构必不可少的部件。在两千五百年前，什么工程需要重载传动机构呢？只能是炼铁鼓风设备。

    中国春秋战国时期的工匠把铁矿石，石灰石和高级木炭放在高大威猛的炼炉中熔炼，由于炉体大，温度高，鼓风供氧完善，他们就能够把铁矿石彻底熔化，得到液态铁。这一步最关键。中国古代工匠是青铜铸造的高手，既然能够熔化铜矿石，那么，作为冶炼高手当时他们一定也是想方设法把铁矿石熔化。这与当时的西方工匠浅尝辄止的落后的块炼铁技术也就是固态还原的技术完全不同。高炉炼铁，鼓风设备吹风，热处理脱碳制钢术是领先世界一千多年的先进技术。一直沿用到1958年。

    他们得到液态铁之后，先把液态铁浇铸在钢剑薄薄的模具中，得到白口铸铁的剑身。不过剑身必须很薄。太厚的话，接下来的热处理脱碳很困难。估计剑身的厚度不超过5毫米。铁水在自然冷却的情况下结晶，只能得到硬脆的白口铸铁。这种铸铁因为太硬太脆不能进行机械加工，也是不能打造兵器的。白口铸铁今天还在用。因为它便宜，所以一些比如消防栓，就是白口铸铁做的。

    古代工匠得到白口铸铁的剑身薄片之后，把它们放置在非直接火的烤炉中。所谓非直接火，就是火焰不能跟铁器同处在一个空间。古代工匠很可能是用粘土砌造一个烤炉。下面生火，上面存放准备脱碳的铁器。两者之间并不沟通。下面的火焰一旦点燃，就会经久不息。因为这种烤炉一旦熄灭，热胀冷缩立刻开裂就使得火焰的烟气窜入铁器空间。烟气带有大量碳，这会使得脱碳无法进行。

    把这样一个烤炉烧到八百度以上是没问题的。虽然升温时间可能需要几天。然后这个烤炉就长时期保持这个温度。

    高温下白口铸铁做的剑身表面的碳开始向空中挥发。随着时间的延长，从表面往里，碳逐渐减少。最后，整条剑身的含碳量降低到相当于低碳钢的程度也就是0.15%。这时候，可以把剑身拿出来锻打了。因为这时候的剑身已经不再是硬脆的白口铸铁件，而是低碳钢铸件。红热状态下是可以锻造的。

    古代秦国工匠需要制作不同含碳量的剑身。从低碳钢的0.15%直到高碳钢的0.60%。然后，把不同含碳量的剑身薄片叠加起来，低碳钢在内，高碳钢在外，烧红之后用铁锤进行锻打。最后得到一支外硬内软的，力学性能极其优良的锻造钢剑。这种钢剑不但锋利，而且不再是铸造组织而是纤维状的锻造组织。弹性极好。所谓百炼钢锻成绕指柔，也不是不能实现。

    这种钢剑可以通过调质处理进一步提高力学性能。就是加热到八百度以上，然后淬火。淬火的液体估计是水。然后进行回火处理。极有可能把淬火过的钢剑重新放入非直接火烤炉中。保温一段时间再取出。得到综合力学性能优良的钢剑。

    对出土的战国钢剑的金相分析支持了上述论断。金相实验证明，当年的古代工匠锻造的钢剑，就是这样制作的。一支钢剑，含碳量分成几层。含碳量低的在内部，含碳量高的在表面。

    春秋战国时期铁器的大量出土，以及对其进行的金相实验说明，古代工匠对于白口铸铁热处理技术，也是逐渐成熟的。战国早期，还有白口铸铁芯，而灰口铸铁外的铁器。就是证明。

    这完全是由于出土钢剑大都锈蚀不堪。用考古界的品相来衡量，那就是垃圾。既然古剑都朽烂的不成样子，那么切开来进行金相分析，做这种破坏性实验，就是顺理成章的。

    越王勾践自作用剑，这样优美的青铜剑是不会切断来进行金相分析的。所以，如今我们对中国古代的钢剑了解很多，可是对于青铜剑，只是知道其表面。

    铁的应用，确实是从西域传来。但是，西亚一带的古人虽然最早使用了铁器。但是之后的一千多年，他们对铁碳合金的研究基本上就是一片空白。长期处在块炼铁阶段最多到达白口铸铁的阶段。而硬脆的白口铸铁的用途是很有限的。

    块炼铁技术实际上得到的是纯铁。铁矿石在炼炉中没有熔化，因为炼炉的体积不够大温度不够高。虽然铁矿石被还原成为纯铁，但是与矿渣混合在一起，必须经过锻打把碎块状的纯铁挑出来，然后再加热锻打成各种制品。

    由于纯铁太软，无法作为兵器使用。因此，西方的块炼铁技术不能制成铁兵器。

    中国人虽然铁的使用晚了几百年，在春秋早期才开始使用铁剑。但是春秋战国时期几百年来，中国工匠对于碳在铁中的作用，了解透彻。到了战国晚期，已经能够随心所欲的控制钢中的含碳量。得到不同硬度的铁碳合金。

    中国古代工匠之所以能够砌造比西方高大得多的炼炉，说明当时中国社会生产力的发达程度远远超过西方。国家有实力，才能在炼铁方面加大投入，大容积的炼炉才能维持更高的温度，从而彻底熔化铁矿石，得到液态铁。西方匠人得不到液态铁，说明当时的西方社会生产力不发达，炼铁炉太小温度太低不足以熔化铁矿石。另外他们的青铜冶炼技术也不过关。

    所以，那个拍汉武大帝电视剧的家伙说什么到了汉代中国还不会使用钢剑。需要从西域地区进口。纯属扯蛋。

    在汉代，煤炭的大量开采使得炼铁炉的炉温更高，于是炼铁效率大大提高了。炼铁成本的降低使得汉代制剑术达到炉火纯青的阶段。钢剑开始大批量装备部队。

    秦国军队全军使用钢剑或许是不能的。那时候的制剑术也许还没到人手一把的程度。不过新近出土的战国时期的制铁作坊，其规模之大令人惊讶。一个制铁作坊居然占地九十万平方米。可见当时制剑术已经相当普及。

    中国古代还有所谓的炒钢法。不过，要想得到钢剑，还是必须用热处理的方法才可以。

    既然大秦铁军是历史事实。那为什么以袁仲一为首的考古学家们偏要说秦军是青铜武装的军队呢？一句话，利益使然。

    秦兵马俑坑，里面没有铁器，全是青铜兵器。如果砖家们说，战国时期已经普遍装备了铁剑，大家在这里看不到。在哪里能看到呢？在河北省和山西省都有。大家到那里去看铁兵器吧。

    有这样把财神爷往外推的傻瓜吗？

    所以，为了陕西省的利益，大秦铁军只好受些委屈了。

    当然，战国晚期青铜兵器还是很盛行的。否则秦国遍收天下兵器铸造十二金人也就不可能。十二金人是青铜器，不是铁器。在那时候，铁是战略物资。吕后曾经限制铁器向南越国出口。最后这十二金人被董卓以及后续的财迷们熔毁铸造铜钱了。从此人间再无秦十二金人的踪影。

    当然这是另一个话题了，就此打住。