杜君立:钢铁是怎样练成的

选择字号:   本文共阅读 2707 次 更新时间:2013-08-06 21:29:54

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杜君立 (进入专栏)  

  

  一 青铜时代

  

  从远古时代开始,人类对于硬度的追求就已经衍变成一种崇拜,这种崇拜一直保留到现在。东方有着悠久深厚的玉崇拜,西方世界则对钻石拜膜有加;对玉和钻石的崇拜其实都是石器文化的遗风。中国发现并利用玉大约在黄帝时代,《越绝书》上说:“至黄帝之时,以玉为兵,以伐树木为宫室,凿地。”由此可见,玉器完全是作为石器使用的,用来做兵器,或者是伐木的斧子,甚至锄地的耒。

  

  中国古人对玉的笼统概念是“石之美者”。用现代化电动切割机器,切出一块15厘米厚的玉芯只需15分钟;但在8000年以前的玉器时代,工匠要取出同样的玉芯则需要几年的时间;如要琢磨成器,更不知要花费多少时间。耗费几代人精力的“和氏璧”传奇,足以说明什么叫“价值连城”。玉器的最大意义在于开创了中国礼文化,玉玺成为皇权的象征;《周礼》说:“以玉作六瑞,以等邦国;王执镇圭,公执桓圭,侯执信圭,伯执躬圭,子执谷璧,男执蒲璧。”

  

  中国文字最早产生于镂刻于兽骨的甲骨文时代,然后经历铸造于青铜器的金文时代,再到勒于石碑的篆字时代。在相当长的历史中,石器的碑刻与印章一直是中国文字主要传播形式。从石器、骨器到玉器、陶器和漆器,再到金属,这是一个缓慢的过程。

  

  黄金应是人类发现的第一种金属,因为它是自然存在的,不需要化学提取。这与钻石或者玉有相似的一面。金之后,接下来就是铜和锡。人们或许是在烧制陶器时学会了冶金技术。冶金的过程中,金属与石器分道扬镳。金属的可塑性使人类获得了一种全新的材料,它比陶器和漆器更加珍贵,很快就被用来制作货币和礼器。青铜的硬度和延展性使人类逐步摆脱了对石材的依赖,石器时代终于被青铜时代取代。

  

  希腊的克里特岛于公元前3000年进入青铜时代;4000年前,西亚已进入青铜时代的鼎盛时期。中国的青铜时代即夏、商、周三代。早期商代青铜器还透露出了对木制品的拙朴模仿的痕迹。“国之大事,在祀与戎”,作为礼器,青铜成为中华文明的重要开端,钟鸣鼎食孕育了中国传统的政治和权力。现代出土的司母戊鼎重达1700斤,没有三五百人的手工工场是根本无法完成的。

  

  根据铜与锡的配比不同,青铜合金可以形成不同的物理强度,因而可以适应不同的器物制造。《周礼?考工记》记载:

  

  金有六齐:六分其金而锡居一,谓之种鼎之齐;五分其金而锡居一,谓之斧斤之齐;四分其金而锡居一,谓之戈戟之齐参分其金而锡居一,谓之大刃之齐;五分其金而锡居二,谓之削杀矢之齐金锡半,谓之鉴燧之齐。

  

  事实上,真正的青铜闪着黄金一般的光芒,并不像我们在博物馆中看到的那样布满绿锈。“越王勾践剑”历经将近3000年的岁月沧桑,据说至今依然锋利无比。真实的青铜质地仍然较软,故青铜兵器主要是用于刺杀,比如矛、戟、戈等。在所有文明中,青铜时代相对都比较短暂,它只是人类从石器时代向铁器时代的一个过渡。“青铜可以制造有用的工具和武器,但是并不能排挤掉石器,这一点只有铁器才能做到”(恩格斯)。

  

  二 上帝的礼物

  

  与黄金和青铜相比,铁才是上帝赐给人类真正神奇的礼物,正如《古兰经》中所说:“上帝把铁送至人间,在那里它为人类提供强大的力量和诸多的用途。”

  

  早期人类所用的铁确实都来自“上帝”,或者说“外星人”。从天而降的陨石铁(含铁90.85%)带给人类关于一种神奇金属的传说和体验。埃及人把铁叫做“天石”。在古希腊文中,“星”和“铁”是同一个词。因为陨石之难得,早期的铁是非常昂贵的,属于奢侈品。公元前1300年之前,炼铁术在安纳托利亚的希泰族是一个严守的秘密。在著名的荷马史诗中,铁与黄金同价。在《尚书?禹贡》中,铁是仅次于金的贡品。由于铁很稀贵,所以它最初仅被用于小件的珠宝上。

  

  早期的铁可能是公元前3000年 赫梯人 炼铜或炼铅时偶然产生的一种副产品,但铁在柔韧性和耐用性方面均大大超过了铜。大约在公元前1400年左右,居住在亚美尼亚山区的查莱比斯部落,学会了将熟铁放入炭火中加热,然后淬火,再加热、锤打,经过轮番加工处理,使铁质变得十分坚硬。在铁器加工处理的过程中,由于偶然在铁的表面溶进了碳微粒,因而制成了最初的钢。公元前1200年前,这种新的冶金技术已在整个地中海东部地区得到广泛采用。

  

  公元前5世纪,欧洲早期的凯尔特人用木炭将粉碎的铁矿石,熔为海绵状的碳化铁,然后经过反复锻打,做成需要的铁器。将“石头”变成坚硬闪亮的铁器,这在中世纪都被视为一种神奇的事情,而铁匠也被当做具有神秘力量的人。西伯利亚的雅库特人相信,铁匠拥有 超自然 力量,他们的技艺被视为神授的才能。

  

  虽然铁在地球表面广有分布,但要把铁从铁矿石中提炼出来,首先要把矿石用高温烧化。铁的熔点(1535℃)比铜(1083℃)高得多,这使得它比铜难于熔炼。但更高的硬度与非常丰富的铁矿资源,又使得铁相对青铜来说更加容易得到,因此铁在各方面运用和需求很快便远远超过青铜。

  

  对于铁的重要作用,摩尔根在《古代社会》中曾说,“铁一旦成为生产中最重要的原料,这意味着人类进化史上发生了最重大的事件。”与青铜相比,铁器时代的到来更具有普遍意义。因此,恩格斯将铁器时代称为“英雄时代”。

  

  铁器的出现迅速改变了社会从生产到生活的方方面面。木犁装上铁铧后,耕地效率大幅提高。铁制农具使大量的林地被开垦为耕地,粮食产出大增。铁制工具使木匠如虎添翼,改变了建筑和舰船的面貌。“铁已在为人类服务,它是历史上起过革命作用的各种原料中,最后和最重要的一种学科。……它给手工业工人提供了一种坚固锐利的、非石头的、或当时所知道的其它金属所能抵挡的工具”(恩格斯)。

  

  铁制轮箍让车轮更加结实,从而使战车成为战争的利器。铁制武器被称为“历史上最好也最恶劣”的武器。由此看来,管仲将铁称之为“恶金”是几分道理的。铁匠们发现,提高铁里的碳含量就会生成更为锋利坚韧的钢,这种钢制的剑和铁矛使战争成为人类的噩梦。东非的马塞伊人认为,上帝禁止人类互相杀戮,而铁匠制造的刀枪引诱人们杀戮。因此在马塞伊人中,铁匠则属于贱民,不仅不能跟铁匠通婚,甚至不能提“铁匠”两字,否则会招引来狮子。这与雅库特人正好相反。

  

  三 神奇的钉子

  

  铁器一经出现,人类历史就马上发生改变。“共工之战,铁铦短者及乎敌,铠甲不坚者伤乎体。”使用钢铁武器的帝国能够轻而易举地征服或消灭使用石制和木制武器的部落。没有铁器的新大陆成为铁器的试验场。历史学家认为,从公元1500年开始的这种技术与政治上的差异,成为现代世界不平等的直接原因。当西班牙殖民者身披铁甲、手持铁器来到新大陆时,面对石器装备的美洲土著战士,如虎入羊群一般。戴蒙德在《枪炮、病菌与钢铁》这样描述:

  

  在西班牙人对印加人的征服中,枪炮只起了一种次要的作用。当时的枪(所谓的火绳枪)既难装填,又难发射,皮萨罗也只有十来支这样的枪。在它们能够凑合着发射出去的那些场合,它们的确产生了巨大的心理作用。重要得多的倒是西班牙人的钢刀、长矛和匕首,这些都是用来屠杀身体甚少防护的印第安人的强有力的锐利武器。相比之下,印第安人的无棱无锋的棍棒虽然也能打伤西班牙人和他们的马匹,但很少能将其杀死。西班牙人的铁甲或锁子甲,尤其是他们的钢盔,通常都能有效地对付棍棒的打击,而印第安人的护身软垫则无法防御钢铁武器的进攻。

  

  铁器的出现导致手工业从农业中分离出来,随之商品和贸易就接踵而来。

  

  在铁器文化中,钉子或许最有传奇色彩。在西方文化中,铁器最广泛的应用就是钉子。古罗马时代,耶稣被钉在十字架上;殖民探险时代,铁钉成为白人对土著最常用的交易货币。库克船长的水手常常用钉子作嫖资。“野蛮人”将白人的钉子视若珍宝,以至于为了拔取钉子,殖民者的船只屡屡被野蛮人冲击破坏。因为没有钉子,波利尼西亚人只能用绳索捆扎。

  

  在人类历史上,很早就有专业化的趋势,因此钉子具有某种隐喻的成分。钉子在欧洲是最早实现专业化大批量生产的商品,甚至研制出机械化的、提高产量的轧制机和纵切机。1775年在英格兰,钉子制造业每年就要用去10000吨铁,雇用约10000名工人。亚当?斯密说过:“一个普通铁匠不如一个专业制钉工更擅长制造钉子”。一颗小小的钉子背后,是一种复杂的生产体系。

  

  仅仅就钉子而言,中国似乎并没有超越手工生产阶段,钉子常常是铁匠的副产品。这种现象甚至一直延续到数十年前的中国,精美的“洋钉”在人民公社的乡村仍被视为一种珍贵的物品。钉子的缺失,导致中国一直以复杂的卯榫连接来代替钉子,而且中国一直没有出现更为“神奇”的螺丝钉。许倬云在《中国文化与世界文化》一书中说:“在欧洲整个机械发展史上,有一个东西——螺丝钉,为中国所无。而这小小螺丝钉,却可决定我们火力、武器的发展与否。”

  

  但就铸铁技术而言,中国领先于西方1300年。与铜的冶炼相比,冶铁需要更高的温度,这一方面导致鼓风技术的提高,另一方面也大大增加了燃料的消耗。如果说在传统的四大发明之外还有什么发明值得中国骄傲的话,那么当推鼓风机了。在相当长的时间里,这种双向推拉的鼓风机使中国一直保持着世界产铁中心的地位。

  

  四 中国的铁

  

  中国从春秋战国即进入铁器时代。那位“江郎才尽”的江淹在《铜剑赞序》云:

  

  古者以铜为兵。春秋迄于战国,战国迄于秦时,攻争纷乱,兵革互兴,铜既不克给,故以铁足之。铸铜既难,求铁甚易,故铜兵转少,铁兵转多。

  

  《管子·地数》中有这样的记载:“出铜之山四百六十七山,出铁之山三千六百九山。”产铁地点约当产铜地点的8倍。春秋时代,齐国的铁冶业和制盐业并驾齐驱,管仲将“官山海”(盐铁税)视为国家政权的经济基础。“一女必有一鍼一刀,若其事立;耕者必有一耒一耜一銚,若其事立;行服连軺辇者必有一斤一锯一锥一鑿,若其事立。不尔而成事者,天下无有。”

  

  汉昭帝始元六年(公元前81年)的《盐铁论》,记录了中国知识分子杯葛盐铁国有化的史实。当时全国各地成立了许多官办铸铁局,垄断了铁器冶炼和制造。“盐、铁贾贵,百姓不便。贫民或木耕手耨,土櫌淡食。铁官卖器不售,或颇赋与民。”

  

  早在公元前6世纪,中国就已经生产铸铁;但直到13世纪,这种技术才随同火药一起传到西欧。古罗马时代,“中国铁”已经成为欧洲市场上的畅销货。这些通过安息传来的中国铁被罗马历史学家奥罗息斯称为“马尔吉”。10世纪晚期的中国生铁年产量就达到12.5万吨,而1720年英国的铁产量尚不足2万吨。直到18世纪欧洲工业革命之前,中国的钢铁业始终执世界之牛耳。

  

  东洋史学家宫崎市定在《中国的铁》一文中有这样的记述:

  

  中国铁的生产,在产业革命以前的世界史上,具有世界范围的意义。自战国时代中国即盛行使用铁器,到了汉代就形成了一个高峰。中国的铁一直被贩卖到罗马的市场上。汉代所以能给匈奴打击使它向西方逃窜,就是因为使用了铁质的武器。然而至三国以后,中国国内便感到铁不足用了。就连长伽和脚镣等刑具,以前本来是用铁制造的,这时也用木制品来代替。在这时代形成的北方民族的语言中,没有直接采纳中国语中“铁”这个字的痕迹。

  

  可是从唐末到宋初,中国发生了可以称为燃料革命的一大事件,燃烧煤炭取得高热,并利用煤炭炼铁,使铁已有大量生产的可能。这就在世界史上出现了远东的优越地位。蒙古的大规模征伐即由于利用了中国的铁;在蒙古征伐的逼迫下,又发生了突厥族西迁的事件。在南海方面,中国的铁成为重要的贸易品,一直输出到阿拉伯半岛一带。

  

  铁的优点是强度和延展性。根据碳含量的不同,铁具有从韧性到脆性等不同的物理性能,而钢的强度远远胜过其他常见金属。铁器远远胜过之前的石器和青铜,但钢铁的熔点几乎是青铜的两倍,因此熔化铁是一件极其困难的事情。在很长时间里,欧洲人只能使铁软化,而不能使它熔化;要得到一件理想的铁器,只能依靠不停地锻打。14世纪水力鼓风机出现以后,火的温度被提高到可以熔化铁的程度,铸铁才出现,这比中国晚了1000多年。液态生铁的铸造技术是人类步入铁器时代之后一个飞跃,从此以后,铁器能够以非常廉价的方式批量生产。这种工具变革产生了巨大的社会影响,使铁成为廉价的、通用的、大众能够使用的工具和武器。

  

  隋唐时代,中国就已经出现了灌钢法。“世间锻铁所谓钢铁者,用柔铁屈盘之,(点击此处阅读下一页)

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