關於鋼鐵是中國第五大發明的系統性論述_風聞

原創]大秦鐵軍兼論中國古代制劍術

2016-07-22 09:30:18

本帖素材，取自於考古雜誌1994-1995年的多篇文章。就不一一列舉了。有興趣的可以網上搜索。本帖曾經在觀察者網發佈過，但是多數跟帖評論都是不相信。如果本帖説的是古埃及人或者古希臘人的制鋼術，肯定跟帖評論點贊居多。一部分中國人的不自信已經深入骨髓。文章中關於青銅人字形齒輪的敍述，來自我上大學時期新華書店買的一本機械製圖前言部分。除了文字之外還有照片。那時候的中國還是很自信的。

關於塊鍊鐵技術，網上流傳的是鍛打去除雜質。這是不懂得鍊鋼技術的文科歷史磚家的説法。實際上塊鍊鐵得到的是氧化物與純鐵顆粒的混合物，必須敲打才能讓兩者分開，然後把純鐵顆粒一點點撿出來。效率很低。

    本文最早發於西西河。如今西西河上不去了，本文補充一些內容重發於此。

    目前的主流説法是秦國軍隊裝備青銅兵器。秦軍統一中國的時候，還沒有能力製造鐵兵器。至少是不能大量生產鐵兵器。這是考古學界的主流説法。電視台則更邪乎，説中國的鐵兵器都是從西域各國學來的。漢武大帝這部電視劇還特別設計了一個抓取神秘黑色粉末的鏡頭。以此説明漢人偷到了西域的黑色粉末，才學會鍛造了鐵兵器。當然我不會跟拍電視劇的較真。盲目崇拜西方讓他們已經不會站着説話了。

    實際上大秦軍隊是不是真的沒有裝備或者沒有大量裝備鐵兵器。對這個問題，某些考古學家們要麼是裝傻，要麼是昧着良心瞎説。如果是真的學術水平就這樣，那就真的太悲劇了。

    首先秦軍是裝備了鐵兵器的。證據就在兵馬俑坑中出土的青銅劍。大家仔細看，這種青銅劍的尺寸非常怪異，特點是輕，薄，長。完全不符合青銅兵器厚重短的特點。如果考古磚家們肯做一個實驗考古項目，按照兵馬俑坑當中出土的青銅劍的形制重新澆鑄，然後用這樣的青銅劍實際格鬥一番，就會知道，這種輕，薄，長的青銅劍肯定是一碰就斷的。

    青銅劍之所以沒有長劍，就是因為青銅鑄件太脆，不能承受太大的衝擊力。所以，古代青銅劍都是短劍。

    既然如此，秦始皇兵馬俑坑裏面為什麼埋藏這種顛覆了青銅劍製造原理的輕薄長的青銅劍呢？理由只有一個，就是，這些青銅劍的原型，是鍛造的鋼劍。

    鋼劍具有優良的強度和韌性。能夠做到輕薄長而格鬥碰撞不斷裂。因此，秦始皇兵馬俑坑，告訴了我們，秦軍是一支不折不扣的，用鐵兵器武裝起來的大秦鐵軍。

    考古學界為了證明秦軍沒有鐵兵器，拿出了所謂的考古學證據。就是，在不同的地域，都出土了形制完全相同的秦代青銅劍。於是乎，考古學界認為，秦軍使用青銅兵器有了不可推翻的證據。

    實際上，這恰恰是一個反證。因為這些出土的青銅劍，全都是輕薄長的形制。歷史研究早就得出結論，秦軍是高度國家化的軍隊。秦軍兵器由國家提供。並非私人所有。那麼依此只能作出下列推斷：鐵在當時屬於戰略物資，不允許私人殉葬。軍人埋葬只能使用同形制的青銅劍代替。

    在當時的燕趙一帶，也就是如今的河北省北部，相繼出土了大量戰國鋼劍。形制跟秦兵馬俑坑的青銅劍一樣，輕薄長。燕國趙國能夠製造鋼劍，為什麼秦國不能造。特別是秦國佔領韓國的宜陽鐵山之後，擁有當時天下最大最豐富的鐵礦。

    趙國多騎士。也就是所謂的俠客。他們兵器自備，馬匹自備。受僱於國家，為國家打仗掙錢。這些俠客們死亡以後，兵器自然隨葬。不會有人干涉。因此，在趙國屬地，燕國屬地，才能出土鐵兵器。而秦國，是不允許鐵兵器隨葬的。

    當然有例外，南越王墓就出土了兩把鋼劍。不過南越王雖然也是秦人，當時的南海地區實行秦法，但是畢竟已經不屬於秦國。再説王上的隨葬品肯定不受秦法的制約。

    當時的鐵兵器是怎樣製造出來的？考古學界沒有答案。當時的古代工匠還沒有掌握鍊鋼術。不過，出土的戰國時期的鐵器充分證明，當時的工匠已經掌握了熱處理脱碳的技術。可以推斷，當時的鐵兵器不是鍊鋼之後鍛打的，而是先獲得鑄鐵，當然是白口鑄鐵，液態鐵水澆注到模具中自然冷卻只能得到白口鑄鐵，然後通過熱處理得到鋼，再經過鍛造，最終獲得鋼劍。這個過程我們推測一下。

    預先説明：

    液態鐵常温冷卻只能得到白口鑄鐵。由於冷卻速度太快，鐵中的碳都固溶在鐵的晶格中，斷面白亮耀眼。這也是白口鑄鐵名稱的由來。

    液態鐵隨爐緩慢冷卻才能得到塑性更好用途更廣泛的灰口鑄鐵。由於冷卻時間長達幾天，鐵晶格中的碳可以充分析出成為石墨，斷面呈現灰色。這就是灰口鑄鐵的名稱由來。

    現代鍊鋼術需要經過鍊鐵得到液態鐵，然後對液態鐵脱碳脱氧，脱硫和脱磷。獲得液態鐵需要高爐，但是高爐鐵的含碳量很高，這就需要把鐵水灌注在轉爐中然後吹氧，讓鐵水中的大量碳跟氧氣反應，生成一氧化碳二氧化碳，變成氣泡浮出散逸掉。得到我們需要的低碳鋼中碳鋼和高碳鋼。

    鐵水脱碳以後，含有大量氧化亞鐵，這樣的成分是有害的。所以，脱碳以後還必須脱氧，脱氧就是往轉爐裏面扔各種脱氧劑。比如硅鐵，錳鐵，鈦鐵等鐵合金，三氧化二鋁，高嶺土，大理石，白雲石等等，脱氧造渣。讓氧化亞鐵反應生成渣，浮在鐵水錶面，出鋼的時候先把鋼渣撇掉，就像我們把豆漿或者牛奶表面的那層膜撇掉一樣。

    鐵水脱碳必須掌握好度。如果需要含碳量0.15%的低碳鋼，那麼脱碳就要把鐵水含碳量保持在這個濃度。如果需要含碳量更高些比如0.60%的高碳鋼，那麼脱碳過程就短些。

    然後就可以出鋼了。當然這個説的簡單了些。大致過程。

    如果中國古代工匠鍊鐵，他們不可能擁有現代吹氧脱碳技術和脱氧技術。他們只能得到硬脆的白口鑄鐵。白口鑄鐵既硬且脆不能用來制劍。所以中國古代工匠必須用其他方法讓白口鑄鐵脱碳。把白口鑄鐵變成鑄鋼，然後鍛打獲得鋼劍。這就是中國古代的制鋼術。

    戰國時期的古人工匠們是用熱處理的辦法來使得白口鑄鐵脱碳的。

    在得到白口鑄鐵之前，首先古人們必須得到高碳的鐵水。液態鐵。也就是必須把鐵礦石完全熔化。要做到這一點必須滿足兩個重要條件，一是必須有足夠高大的鍊鐵高爐，二是必須有強大的吹風設備類似今天的鍊鐵鼓風爐。

    熔鍊銅礦石就需要鼓風了。而鐵礦石的熔點比銅礦石高了三分之一，鍊鐵高爐的爐體比銅礦石冶煉更加高大，肯定需要巨型鼓風設備給鍊鐵高爐鼓風供氧。不然就無法保持大型爐體內的高温。我國曾經出土過戰國時期的青銅人字形齒輪。雖然齒形面還不是漸開線，但是人字形齒輪的出土就説明當時中國古代製造業文明的超級發達了。人字形齒輪是重載傳動機構必不可少的部件。在兩千五百年前，什麼工程需要重載傳動機構呢？只能是鍊鐵鼓風設備。

    中國春秋戰國時期的工匠把鐵礦石，石灰石和高級木炭放在高大威猛的煉爐中熔鍊，由於爐體大，温度高，鼓風供氧完善，他們就能夠把鐵礦石徹底熔化，得到液態鐵。這一步最關鍵。中國古代工匠是青銅鑄造的高手，既然能夠熔化銅礦石，那麼，作為冶煉高手當時他們一定也是想方設法把鐵礦石熔化。這與當時的西方工匠淺嘗輒止的落後的塊鍊鐵技術也就是固態還原的技術完全不同。高爐鍊鐵，鼓風設備吹風，熱處理脱碳制鋼術是領先世界一千多年的先進技術。一直沿用到1958年。

    他們得到液態鐵之後，先把液態鐵澆鑄在鋼劍薄薄的模具中，得到白口鑄鐵的劍身。不過劍身必須很薄。太厚的話，接下來的熱處理脱碳很困難。估計劍身的厚度不超過5毫米。鐵水在自然冷卻的情況下結晶，只能得到硬脆的白口鑄鐵。這種鑄鐵因為太硬太脆不能進行機械加工，也是不能打造兵器的。白口鑄鐵今天還在用。因為它便宜，所以一些比如消防栓，就是白口鑄鐵做的。

    古代工匠得到白口鑄鐵的劍身薄片之後，把它們放置在非直接火的烤爐中。所謂非直接火，就是火焰不能跟鐵器同處在一個空間。古代工匠很可能是用粘土砌造一個烤爐。下面生火，上面存放準備脱碳的鐵器。兩者之間並不溝通。下面的火焰一旦點燃，就會經久不息。因為這種烤爐一旦熄滅，熱脹冷縮立刻開裂就使得火焰的煙氣竄入鐵器空間。煙氣帶有大量碳，這會使得脱碳無法進行。

    把這樣一個烤爐燒到八百度以上是沒問題的。雖然升温時間可能需要幾天。然後這個烤爐就長時期保持這個温度。

    高温下白口鑄鐵做的劍身表面的碳開始向空中揮發。隨着時間的延長，從表面往裏，碳逐漸減少。最後，整條劍身的含碳量降低到相當於低碳鋼的程度也就是0.15%。這時候，可以把劍身拿出來鍛打了。因為這時候的劍身已經不再是硬脆的白口鑄鐵件，而是低碳鋼鑄件。紅熱狀態下是可以鍛造的。

    古代秦國工匠需要製作不同含碳量的劍身。從低碳鋼的0.15%直到高碳鋼的0.60%。然後，把不同含碳量的劍身薄片疊加起來，低碳鋼在內，高碳鋼在外，燒紅之後用鐵錘進行鍛打。最後得到一支外硬內軟的，力學性能極其優良的鍛造鋼劍。這種鋼劍不但鋒利，而且不再是鑄造組織而是纖維狀的鍛造組織。彈性極好。所謂百鍊鋼鍛成繞指柔，也不是不能實現。

    這種鋼劍可以通過調質處理進一步提高力學性能。就是加熱到八百度以上，然後淬火。淬火的液體估計是水。然後進行回火處理。極有可能把淬火過的鋼劍重新放入非直接火烤爐中。保温一段時間再取出。得到綜合力學性能優良的鋼劍。

    對出土的戰國鋼劍的金相分析支持了上述論斷。金相實驗證明，當年的古代工匠鍛造的鋼劍，就是這樣製作的。一支鋼劍，含碳量分成幾層。含碳量低的在內部，含碳量高的在表面。

    春秋戰國時期鐵器的大量出土，以及對其進行的金相實驗説明，古代工匠對於白口鑄鐵熱處理技術，也是逐漸成熟的。戰國早期，還有白口鑄鐵芯，而灰口鑄鐵外的鐵器。就是證明。

    這完全是由於出土鋼劍大都鏽蝕不堪。用考古界的品相來衡量，那就是垃圾。既然古劍都朽爛的不成樣子，那麼切開來進行金相分析，做這種破壞性實驗，就是順理成章的。

    越王勾踐自作用劍，這樣優美的青銅劍是不會切斷來進行金相分析的。所以，如今我們對中國古代的鋼劍瞭解很多，可是對於青銅劍，只是知道其表面。

    鐵的應用，確實是從西域傳來。但是，西亞一帶的古人雖然最早使用了鐵器。但是之後的一千多年，他們對鐵碳合金的研究基本上就是一片空白。長期處在塊鍊鐵階段最多到達白口鑄鐵的階段。而硬脆的白口鑄鐵的用途是很有限的。

    塊鍊鐵技術實際上得到的是純鐵。鐵礦石在煉爐中沒有熔化，因為煉爐的體積不夠大温度不夠高。雖然鐵礦石被還原成為純鐵，但是與礦渣混合在一起，必須經過鍛打把碎塊狀的純鐵挑出來，然後再加熱鍛打成各種製品。

    由於純鐵太軟，無法作為兵器使用。因此，西方的塊鍊鐵技術不能製成鐵兵器。

    中國人雖然鐵的使用晚了幾百年，在春秋早期才開始使用鐵劍。但是春秋戰國時期幾百年來，中國工匠對於碳在鐵中的作用，瞭解透徹。到了戰國晚期，已經能夠隨心所欲的控制鋼中的含碳量。得到不同硬度的鐵碳合金。

    中國古代工匠之所以能夠砌造比西方高大得多的煉爐，説明當時中國社會生產力的發達程度遠遠超過西方。國家有實力，才能在鍊鐵方面加大投入，大容積的煉爐才能維持更高的温度，從而徹底熔化鐵礦石，得到液態鐵。西方匠人得不到液態鐵，説明當時的西方社會生產力不發達，鍊鐵爐太小温度太低不足以熔化鐵礦石。另外他們的青銅冶煉技術也不過關。

    所以，那個拍漢武大帝電視劇的傢伙説什麼到了漢代中國還不會使用鋼劍。需要從西域地區進口。純屬扯蛋。

    在漢代，煤炭的大量開採使得鍊鐵爐的爐温更高，於是鍊鐵效率大大提高了。鍊鐵成本的降低使得漢代制劍術達到爐火純青的階段。鋼劍開始大批量裝備部隊。

    秦國軍隊全軍使用鋼劍或許是不能的。那時候的制劍術也許還沒到人手一把的程度。不過新近出土的戰國時期的制鐵作坊，其規模之大令人驚訝。一個制鐵作坊居然佔地九十萬平方米。可見當時制劍術已經相當普及。

    中國古代還有所謂的炒鋼法。不過，要想得到鋼劍，還是必須用熱處理的方法才可以。

    既然大秦鐵軍是歷史事實。那為什麼以袁仲一為首的考古學家們偏要説秦軍是青銅武裝的軍隊呢？一句話，利益使然。

    秦兵馬俑坑，裏面沒有鐵器，全是青銅兵器。如果磚家們説，戰國時期已經普遍裝備了鐵劍，大家在這裏看不到。在哪裏能看到呢？在河北省和山西省都有。大家到那裏去看鐵兵器吧。

    有這樣把財神爺往外推的傻瓜嗎？

    所以，為了陝西省的利益，大秦鐵軍只好受些委屈了。

    當然，戰國晚期青銅兵器還是很盛行的。否則秦國遍收天下兵器鑄造十二金人也就不可能。十二金人是青銅器，不是鐵器。在那時候，鐵是戰略物資。呂后曾經限制鐵器向南越國出口。最後這十二金人被董卓以及後續的財迷們熔燬鑄造銅錢了。從此人間再無秦十二金人的蹤影。

    當然這是另一個話題了，就此打住。