钢铁冶金与秦汉时期中华文明的发展

钢铁冶金与秦汉时期中华文明的发展

演讲人：李延祥

演讲地点：中国科学院大学人文学院

演讲时间：二○二一年五月

李延祥?北京科技大学科技史与文化遗产研究院教授、博士生导师，现任国家文物局金属与矿冶文化遗产研究重点科研基地主任、中国考古学会理事、中国科技史学会理事，研究方向为中国冶金考古和冶金史。发表论文数百篇，先后主持国家自然科学基金项目4项，参加国家自然科学基金项目4项、国家重大科技项目3项及教育部、科技部课题多项。

我们这个讲座，主要是介绍战国至秦汉时期我国钢铁冶金技术的发展，以及它对我国古代文明在这个时期的发展壮大的推动作用等问题。

我们为什么要讲秦汉时期的钢铁冶金技术呢？主要是在这个时期，中国以生铁为基础的钢铁冶金技术体系基本形成，开始对中华文明的发展壮大产生重大作用，特别是在中原的汉王朝与边疆新兴起的一些势力的斗争过程当中，钢铁冶金技术起到了非常重要的作用。

以前，由于各个学科的一些隔阂和研究的不充分，这个问题没有得到应有的阐释，所以现在我们把它作为单独的内容来讲解它，以便更好地总结历史经验教训。

　　陨铁之源

说起钢铁，古代最早使用的铁，是从天上掉下来的陨铁。现在我们人类经常能够观察到天空中的流星，流星就是陨星，它其中的一部分就是陨铁。陨铁在太空的飞行过程中，以大约每百万年降低1～100摄氏度这么一个缓慢的速度来冷却，因而形成了陨铁非常独特的粗大的晶格组织。晶格有时候能达到几厘米，人类不需要用显微镜就能看得很清楚，而且陨铁往往还有特别的成分，比如都要含镍，一般是5%～10%的镍含量。陨铁降落在地球表面的过程中，小一些的就在大气层阶段就燃烧没了，但是那些大一点的会掉落在地表被人类所发现。目前世界上最大的陨铁是在南非发现的“霍巴陨铁”，重60吨，已经入选世界自然文化遗产。我国有清代降落的全世界第三大的陨铁，目前展示在新疆地质博物馆。

泉州安溪青阳下草埔冶铁遗址（2019年摄）。新华社发

在历史上，人类很早就知道陨铁是从天上来的，并对它加以利用。古代两河流域文明的苏美尔人就把陨铁称为“天上的铜”。曾经生活在如今土耳其北部的古代赫梯人，也说这铁是采自天上，古埃及纸草书中也有相关记录。我国古代文献记载了多次陨铁降落事件，比如公元前368年（秦献公十七年），公元1064年（北宋治平元年）等。截至20世纪80年代，全世界发现了许多陨铁制品，其中在西亚一带，年代在公元前1200年以前的陨铁制品就有28件。我国到目前为止也发现了一些古代陨铁制品，有名的包括1972年河北藁城出土的商代的铁刃铜钺和1977年北京出土的铁刃铜钺，以及河南三门峡出土的西周铁援铜戈等。经过科学检测，这些铁器的年代都是在历史上正规铁器出现之前，成分属于陨铁。名列世界三大名剑之一的克力士剑，因为产自马来半岛而被我国称之为“马来刃”，也是用陨铁制造的。

在历史上，人类在使用陨铁之后，渐渐就认识到，还存在着这样一种与铜不一样的金属，于是人类就开始想办法冶炼并获得陨铁这样的金属。

　　寻找钢铁

接下来我们简单介绍一下钢铁的种类和它的基本知识。简单来说，钢和铁不是一回事，不过钢铁的最基本特征是它是碳和铁这两种元素的合金。钢铁的最基本组织或者按照化合物角度来说，主要包含铁素体和渗碳体，有的时候还有石墨碳，这三个要素的互相组合搭配，形成不同的组织，最终形成不同性能的钢或者铁。我们通常以4.3%含碳量为界，再以2.14%含碳量为界来划分钢铁组织。不含碳或者含碳非常少，在0.022%以下的，称之为熟铁。含碳量在2.14%～4.3%这附近的叫生铁或者铸铁。在0.05%～2.14%区间的称之为钢。生铁分为三种，其中的共精白口铁，含碳量正好是4.3%这个位置，低于这个含量的叫作亚共晶白口铁，高于这个含量的叫作过共晶白口铁，它们有不同的组织。

处于含碳量中间位置的钢，又分为低碳钢、中碳钢和高碳钢等等。我们平时常用的钢基本停留在0.76%含碳量这个位置附近，含碳量1%以上、0.8%以上的使用都比较少。钢在不同的温度下处理就会有不同的组织。这些组织在钢铁冶金里又分成许多的体，比如奥氏体、珠光体等等。钢铁的热处理包括淬火、退火、回火、正火，都是在一定的条件下通过缓慢或者快速冷凝，然后再加热，目的是获得更好的组织，然后让里边出现一些应力释放，使钢铁的产品具备良好的机械性能，能够经久耐用。

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