【正文】 商代中期一件商代中期一件鐵刃銅鉞。鐵刃銅鉞。n 赫梯人是西亞地區(qū)乃至全球最早發(fā)明冶鐵術(shù)赫梯人是西亞地區(qū)乃至全球最早發(fā)明冶鐵術(shù)和使用鐵器的國家，也是世界最早進(jìn)入鐵器和使用鐵器的國家，也是世界最早進(jìn)入鐵器時(shí)代的民族，近年考古發(fā)現(xiàn)的證據(jù)顯示鐵器時(shí)代的民族，近年考古發(fā)現(xiàn)的證據(jù)顯示鐵器的生產(chǎn)至少可以追溯到的生產(chǎn)至少可以追溯到 BC 2022。用于冶鐵的鐵礦石一般為氧化鐵，包括紅色Fe2O金屬色的磁鐵礦 Fe3O褐色的褐鐵礦 FeCO3。n 中國最早人工冶鐵的時(shí)間和地點(diǎn)，尚處在中國最早人工冶鐵的時(shí)間和地點(diǎn)，尚處在研究中并有爭議。研究中并有爭議。n 陳戈和唐際根認(rèn)為中原冶鐵起源受西部的陳戈和唐際根認(rèn)為中原冶鐵起源受西部的影響。新疆曾發(fā)現(xiàn)影響。新疆曾發(fā)現(xiàn) BC1000年前的鐵器，而年前的鐵器，而在在 BC 800~600年時(shí)，鐵質(zhì)工具的使用已經(jīng)年時(shí)，鐵質(zhì)工具的使用已經(jīng)較為普遍。青海湟源縣莫布拉出土了屬于較為普遍。青海湟源縣莫布拉出土了屬于春秋早期的鐵刀。春秋早期的鐵刀。n 中原地區(qū)最早的鐵質(zhì)實(shí)物：河南三門峽虢中原地區(qū)最早的鐵質(zhì)實(shí)物：河南三門峽虢國墓地出土的三件鐵刃兵器，時(shí)代為西周國墓地出土的三件鐵刃兵器，時(shí)代為西周晚期晚期 BC 900，檢驗(yàn)表明是塊煉鐵和塊煉滲，檢驗(yàn)表明是塊煉鐵和塊煉滲碳鋼。還發(fā)現(xiàn)了碳鋼。還發(fā)現(xiàn)了 3件隕鐵質(zhì)地的鐵刃器。件隕鐵質(zhì)地的鐵刃器。 ———— 處于冶鐵的初始時(shí)代，大致處于冶鐵的初始時(shí)代，大致 BC900800或或稍早。稍早。2. 塊煉鐵和塊煉滲碳鋼塊煉鐵和塊煉滲碳鋼n 無論是在東方還是西方，最早的冶鐵技術(shù)無論是在東方還是西方，最早的冶鐵技術(shù)都是采用固態(tài)都是采用固態(tài) 冶煉冶煉 技術(shù)，也稱為塊煉鐵。技術(shù)，也稱為塊煉鐵。n 塊煉鐵塊煉鐵 是鐵礦石在較低溫度是鐵礦石在較低溫度 (1000℃℃ 左右左右 )的的固體狀態(tài)下用木炭還原而得到的含有較多固體狀態(tài)下用木炭還原而得到的含有較多夾雜物的鐵，質(zhì)地柔軟且疏松，也稱為海夾雜物的鐵，質(zhì)地柔軟且疏松，也稱為海綿鐵，其含碳量極低綿鐵，其含碳量極低 %，屬于熟鐵。，屬于熟鐵。 Fe2O3+CO=Fe3O4+CO2 Fe3O4+CO=3Fe+4CO2 n 經(jīng)加熱鍛打，擠出夾雜物，改善機(jī)械性能而經(jīng)加熱鍛打，擠出夾雜物，改善機(jī)械性能而制成的鐵器稱為制成的鐵器稱為 塊煉鐵鍛件塊煉鐵鍛件 。如在反復(fù)加熱。如在反復(fù)加熱過程中，塊煉鐵同炭火接觸，碳滲入而增碳過程中，塊煉鐵同炭火接觸，碳滲入而增碳變硬，則成為變硬，則成為 塊煉滲碳鋼塊煉滲碳鋼 。n 中國春秋和戰(zhàn)國早期的鐵器如江蘇六合程橋中國春秋和戰(zhàn)國早期的鐵器如江蘇六合程橋春秋楚墓出土的鐵條和長沙楊家山春秋楚墓出土的鐵條和長沙楊家山 65號(hào)墓號(hào)墓出土的鋼劍，出土的鋼劍， 經(jīng)鑒定分別是塊煉鐵、塊煉經(jīng)鑒定分別是塊煉鐵、塊煉滲碳鋼制品。這時(shí)的鐵器形制簡單滲碳鋼制品。這時(shí)的鐵器形制簡單 ,形體小形體小 ,表明人工冶鐵技術(shù)尚處于初始階段。表明人工冶鐵技術(shù)尚處于初始階段。n 戰(zhàn)國中期以后，鍛鐵器已普遍使用，但其戰(zhàn)國中期以后，鍛鐵器已普遍使用，但其中大多數(shù)仍為塊煉鐵或塊煉滲碳鋼鍛制品中大多數(shù)仍為塊煉鐵或塊煉滲碳鋼鍛制品，如河南輝縣固圍村，如河南輝縣固圍村 2號(hào)墓出土的鐵削，號(hào)墓出土的鐵削，湖北大冶銅綠山古礦井出土的鐵鑿，河北湖北大冶銅綠山古礦井出土的鐵鑿，河北滿城漢墓出土的鍛鐵兵器，內(nèi)蒙古呼和浩滿城漢墓出土的鍛鐵兵器，內(nèi)蒙古呼和浩特十二家子出土的鐵甲片等，但質(zhì)量已有特十二家子出土的鐵甲片等，但質(zhì)量已有所提高。所提高。 這種塊煉鐵和塊煉滲碳鋼技術(shù)一這種塊煉鐵和塊煉滲碳鋼技術(shù)一直沿用到西漢中期以后才為鑄鐵和鑄鐵煉直沿用到西漢中期以后才為鑄鐵和鑄鐵煉鋼法技術(shù)所取代。鋼法技術(shù)所取代。 但是在西方，塊煉滲碳但是在西方，塊煉滲碳鋼技術(shù)延續(xù)使用直到鋼技術(shù)延續(xù)使用直到 14世紀(jì)。世紀(jì)。n 鑄鐵生產(chǎn)是鐵礦石中的鐵還原并液化的冶鑄鐵生產(chǎn)是鐵礦石中的鐵還原并液化的冶鐵技術(shù)。我國古代用豎式爐煉銅時(shí)，已經(jīng)鐵技術(shù)。我國古代用豎式爐煉銅時(shí)，已經(jīng)掌握掌握 1200℃℃ 的爐溫技術(shù)。的爐溫技術(shù)。n 鐵的熔點(diǎn)鐵的熔點(diǎn) =1538℃℃ 當(dāng)當(dāng) C=1% ———— 1470℃℃ 當(dāng)當(dāng) C=% ———— 1380℃℃ 當(dāng)當(dāng) C=% ———— 1148℃℃ 當(dāng)爐溫保持在當(dāng)爐溫保持在 1150以上時(shí)，可是爐中的鐵礦以上時(shí)，可是爐中的鐵礦石還原為鐵，并融化成液態(tài)的鐵水，鐵水石還原為鐵，并融化成液態(tài)的鐵水，鐵水從爐口流出被收集，冷卻固結(jié)后形成從爐口流出被收集，冷卻固結(jié)后形成 鑄鐵鑄鐵。白口鐵白口鐵古代鑄鐵的碳含量在古代鑄鐵的碳含量在 4%左右（左右（ 以滲碳體以滲碳體Fe3C形式析出形式析出 ），因古代冶鐵的存爐時(shí)間），因古代冶鐵的存爐時(shí)間較長，鐵水充分溶解碳。鑄鐵的斷口呈白較長，鐵水充分溶解碳。鑄鐵的斷口呈白色，故又名曰色，故又名曰 ““ 白口鐵白口鐵 ”” 。白口鑄鐵的退火脫碳白口鑄鐵的退火脫碳n 將鑄鐵件在約將鑄鐵件在約 900℃℃ 的氧化氣氛下短時(shí)間加的氧化氣氛下短時(shí)間加溫，鐵中的碳氧化成一氧化碳被排出。溫，鐵中的碳氧化成一氧化碳被排出。n 到了戰(zhàn)國晚期，鐵匠們已經(jīng)懂得鐵質(zhì)材料到了戰(zhàn)國晚期，鐵匠們已經(jīng)懂得鐵質(zhì)材料的性能依賴于脫碳的程度，已經(jīng)能夠生產(chǎn)的性能依賴于脫碳的程度，已經(jīng)能夠生產(chǎn)之地接近于脫碳鋼的鐵質(zhì)材料和工具。之地接近于脫碳鋼的鐵質(zhì)材料和工具。n 白口鑄鐵脫碳還可能形成含石墨的鑄鐵白口鑄鐵脫碳還可能形成含石墨的鑄鐵 ———— 韌性鑄鐵。韌性鑄鐵。 —— 使?jié)B碳體分解成奧氏體和使?jié)B碳體分解成奧氏體和石墨。石墨。河南新鄭出土戰(zhàn)國晚期鐵制品鑄鐵組織中的球狀石墨我國古代鐵碳合金鋼技術(shù)我國古代鐵碳合金鋼技術(shù)n 古代煉制的鋼是指含碳量處于古代煉制的鋼是指含碳量處于 ~%間間的鐵碳合金鋼，或稱為碳素鋼。隕鐵是鎳的鐵碳合金鋼，或稱為碳素鋼。隕鐵是鎳鋼。鋼。n 鐵碳鐵碳 合金的機(jī)械性能取決于碳的含量及其合金的機(jī)械性能取決于碳的含量及其在鐵中的存在形式。低碳的熟鐵質(zhì)地太軟在鐵中的存在形式。低碳的熟鐵質(zhì)地太軟而高碳的鑄鐵又太脆。只有碳素合金鋼可而高碳的鑄鐵又太脆。只有碳素合金鋼可以通過調(diào)整含碳量和退火等熱處理技術(shù)，以通過調(diào)整含碳量和退火等熱處理技術(shù)，調(diào)整得到合適硬度、強(qiáng)度、塑性和韌性。調(diào)整得到合適硬度、強(qiáng)度、塑性和韌性。煉鋼技術(shù)的發(fā)展標(biāo)志著鐵器時(shí)代的成熟。煉鋼技術(shù)的發(fā)展標(biāo)志著鐵器時(shí)代的成熟。西漢炒鋼技術(shù)西漢炒鋼技術(shù)n 鑄鐵柔化術(shù)是中國古代鋼鐵業(yè)的另一重大發(fā)明。鑄鐵柔化術(shù)是中國古代鋼鐵業(yè)的另一重大發(fā)明。鑄鐵煉制出來之后，因?yàn)樾源?、缺乏韌性而不適鑄鐵煉制出來之后，因?yàn)樾源?、缺乏韌性而不適合鍛造優(yōu)良的鐵器。合鍛造優(yōu)良的鐵器。 炒鐵是古代中國鋼鐵冶煉的炒鐵是古代中國鋼鐵冶煉的重大發(fā)明，是一種簡便有效的煉鐵術(shù)。重大發(fā)明，是一種簡便有效的煉鐵術(shù)。n 方法是把含碳量過高的可鍛鑄鐵加熱到半流體狀方法是把含碳量過高的可鍛鑄鐵加熱到半流體狀態(tài)，再和鐵礦石粉混和起來不斷態(tài)，再和鐵礦石粉混和起來不斷 “翻炒翻炒 ”，讓鑄鐵，讓鑄鐵中所含碳元素不斷滲出、氧化，從而得到中碳鋼中所含碳元素不斷滲出、氧化，從而得到中碳鋼或低碳鋼。如果繼續(xù)炒下去，就得到含碳更低的或低碳鋼。如果繼續(xù)炒下去，就得到含碳更低的熟鐵。這種方法始于西漢，東漢的熟鐵。這種方法始于西漢，東漢的 《《 太平經(jīng)太平經(jīng) 》》 中中就明確記載了炒鐵技術(shù)。就明確記載了炒鐵技術(shù)。最早的炒鋼制品最早的炒鋼制品n 徐州獅子山楚王陵考古發(fā)現(xiàn)：楚王陵保存著一處徐州獅子山楚王陵考古發(fā)現(xiàn)：楚王陵保存著一處完整的西漢楚王武庫，庫中堆滿各式成捆的實(shí)戰(zhàn)完整的西漢楚王武庫，庫中堆滿各式成捆的實(shí)戰(zhàn)楚漢兵器，兵器雖歷時(shí)楚漢兵器，兵器雖歷時(shí) 2022多年，依然鋒利無比多年，依然鋒利無比，輕輕一劃刃鋒力透十余層厚紙。，輕輕一劃刃鋒力透十余層厚紙。n 北京科技大學(xué)冶金與材料史研究所對(duì)武庫鐵器的北京科技大學(xué)冶金與材料史研究所對(duì)武庫鐵器的研究分析表明：當(dāng)時(shí)的鋼鐵技術(shù)正處于發(fā)展時(shí)期研究分析表明：當(dāng)時(shí)的鋼鐵技術(shù)正處于發(fā)展時(shí)期， 淬火工藝、冷鍛技術(shù)、炒鋼制作淬火工藝、冷鍛技術(shù)、炒鋼制作 均已使用。楚均已使用。楚王陵的年代下限為公元前王陵的年代下限為公元前 154年，這表明我國在西年，這表明我國在西漢早期（公元前漢早期（公元前 2 世紀(jì)中葉）已發(fā)明并使用了炒世紀(jì)中葉）已發(fā)明并使用了炒鋼技術(shù)。鋼技術(shù)。灌鋼灌鋼n 兩晉南北朝時(shí)，新的灌鋼技術(shù)興起了。這種方法兩晉南北朝時(shí)，新的灌鋼技術(shù)興起了。這種方法是先將生鐵（是先將生鐵（ 鑄鐵鑄鐵 ）炒成熟鐵，然后同生鐵一起）炒成熟鐵，然后同生鐵一起加熱，由于生鐵的熔點(diǎn)低，易于熔化，待生鐵熔加熱，由于生鐵的熔點(diǎn)低，易于熔化，待生鐵熔化后，它便化后，它便 “灌灌 ”入熟鐵中，使熟鐵增碳而得到鋼入熟鐵中，使熟鐵增碳而得到鋼。這樣，只要配好生熟鐵用量的比例，就能比較。這樣，只要配好生熟鐵用量的比例，就能比較準(zhǔn)確地控制鋼中含碳水平，再經(jīng)過反復(fù)鍛打，就準(zhǔn)確地控制鋼中含碳水平，再經(jīng)過反復(fù)鍛打，就可以得到質(zhì)地均勻的鋼材。這種方法比較容易掌可以得到質(zhì)地均勻的鋼材。這種方法比較容易掌握，工效提高較大，因此南北朝以后成為主要煉握，工效提高較大，因此南北朝以后成為主要煉鋼方法。灌鋼技術(shù)在南北朝時(shí)已相當(dāng)流行，這種鋼方法。灌鋼技術(shù)在南北朝時(shí)已相當(dāng)流行，這種方法是在炒鋼的實(shí)踐過程中逐步發(fā)展起來的。方法是在炒鋼的實(shí)踐過程中逐步發(fā)展起來的。百煉鋼百煉鋼 n 中國古代將炒鋼經(jīng)反復(fù)折疊鍛打變形而制中國古代將炒鋼經(jīng)反復(fù)折疊鍛打變形而制成的鋼及其工藝。其特點(diǎn)是反復(fù)加熱鍛打成的鋼及其工藝。其特點(diǎn)是反復(fù)加熱鍛打。多次反復(fù)鍛打可排除鋼中夾雜物，減少。多次反復(fù)鍛打可排除鋼中夾雜物，減少殘留夾雜物的尺寸殘留夾雜物的尺寸 ，從而使其成分趨于均，從而使其成分趨于均勻，組織趨于致密，細(xì)化晶粒，改善鋼的勻，組織趨于致密，細(xì)化晶粒，改善鋼的性能。古代工匠把性能。古代工匠把 “精鐵精鐵 ”加熱鍛打一百多次加熱鍛打一百多次， 一鍛一稱一輕，直到斤兩不減，即成百一鍛一稱一輕，直到斤兩不減，即成百煉鋼煉鋼 。魏晉時(shí)期是百煉鋼的鼎盛時(shí)期。唐。魏晉時(shí)期是百煉鋼的鼎盛時(shí)期。唐宋之后，因灌鋼工藝的發(fā)展等原因，百煉宋之后，因灌鋼工藝的發(fā)展等原因，百煉鋼有所減少。鋼有所減少。