(转贴)
汉代，决定性的转变终于到来了。
西汉的铁产量进一步提高。原因在于高炉的普及。高炉用于冶炼生铁。从上面装料，下部鼓风，形成炉料下降，煤气上升的相对运动。燃料产生的高温煤气穿过料层上升，把热量传给炉料，其中所含一氧化碳同时对氧化铁起还原作用。这样燃料燃烧的热能和化学能同时得到比较充分的利用。下层的炉料被逐渐还原以至溶化。上层的炉料便从炉顶徐徐下降，燃料被预热而能达到更高的燃烧温度。
汉代的高炉有圆形截面、椭圆形截面两种。汉代的冶铁遗址中都有高炉残迹。圆形截面高炉的直径有１．８米的、１．６米的、１．３－１．５米之间的。高１米以上至２米。椭圆高炉的短轴有２．２－２．４米，长轴２．４－３米。当时还出现了直径４米，高达５～６米，有效容积五十立方米左右的巨型高炉。
显然，这种炉的效率比起容积小、炼出铁后必须拆毁炉具才能得到铁块的地炉、竖炉要高得多，由于高炉的普及，中国的农具和工具终于完全实现了铁器化。
另一方面，战国时期出现的钢铁热处理技术和淬火技术已经成熟，并发展出了第三种解决兵器材质问题的方法：使用新技术炼钢。
最早出现的炼钢新方法是百炼钢技术。所谓“百炼钢”，就是将块炼铁反复加热折叠锻打，使钢的组织致密、成份均匀，杂质减少，从而提高钢的质量。用百炼钢技术制造的刀剑，质量上完全无可挑剔，轻易的压倒了青铜剑。“百炼钢刀”成为了宝刀的代名词。
百炼钢技术的孕育时间是西汉，刘胜墓中的佩剑、钢剑和错金宝刀，虽与易县燕下都钢剑所用的冶炼原料相同，但金相检查表明，钢的质量却有显著的提高，它正是 “百炼钢”技术雏形的产物。这一技术的成熟和逐渐普及是在东汉。1974年，山东省临沂地区苍山汉墓中，出土了一把112年制造的钢刀，全长111．5厘米，刀背有错金铭文：“永初六年五月丙午造卅湅大刀吉羊宜子孙”。“湅”，即是炼的意思。这是迄今为止发掘出的最早的百炼钢类型的产品。检验表明，这把钢刀含碳量比较均匀，刃部经过淬水，所含杂质与现代熟铁相似。百炼钢在东汉之后仍继续发展。三国时代，魏、蜀、吴的君主都配有百炼钢刀。直到北宋，沈括仍在《梦溪笔谈》中描述了磁州制造百炼钢的工艺。并且传到了日本，著名的日本武士刀中被称为宝刀的，制作时采用的实际上都是百炼钢技术。
百炼钢的名字由来，研究者一般认为是指加热的次数。即加热了一百次，同时反复折叠锻打了一百次的钢。不过根据现代科学我们知道：如果钢果真加热锤打了这么多次，其性能不仅不会提高，反而会下降（即变成了熟铁），而性能最好的是三十炼钢。实际上，考古发现的百炼钢刀，其炼数很少有超过三十炼的，说明古人也了解这点。
从百炼钢的工艺我们可以发现，这种技术与块炼钢技术差别不大，甚至可以说只是一种改进过的块炼钢技术。因此它也保留了块炼钢技术的主要缺点——耗费工时，其制作方法甚至到了极为繁琐的程度。例如，曹操命工匠制造五把宝刀，据说工匠花了三年才造好。这样的速度，用来造帝王将相的宝刀则可，如果想大规模装备钢兵器，用这种方法是不可能的。
中国人大概早就清楚这点，大约在百炼钢技术产生的同时，炒钢技术也出现了。炒钢，就是把生铁加热到熔化或基本熔化之后，在熔炉中加以搅拌，借空气中的氧把生铁中所含的碳化掉，从而得到钢。因为搅拌过程跟“炒”这种烹饪方式相似而得名。炒钢技术这一发明的重要性对中国军队来说远远超过百炼钢，因为炒钢技术相对节省工时，可以大量制造出兵器用钢材，对于人数众多的中军非常有用。
不过炒钢技术的普及比百炼钢还慢，一直到三国时代，炒钢仍然是只有少数熟练工匠才能掌握的“绝技”。据说蒲元就是这样的专家。他曾给蜀相诸葛亮督造过宝刀。不久，一种更简便的炼钢方法又出现了，这就是灌钢法。所谓灌钢，就是将生铁和熟铁一起加热，让先熔化的生铁液灌入疏松的熟铁的空隙中，使熟铁增加碳分变成钢材。南朝齐、梁时的陶弘景（约452-536年）著有《古今刀剑录》一书，首先记载了灌钢法。他写道：“（灌钢是）杂炼生（钅柔）所作”。北朝魏、齐间的泰母怀文曾用这种方法制成十分锋利的“宿铁刀”，“斩甲过三十札”非常锋利。不过关于灌钢的质量也有不同的说法。沈括说：“世間所謂鋼鐵者用柔鉄取盆之謂之團鋼亦謂之灌鋼此乃偽鋼耳暫假生鐵以爲堅二三煉則生鐵自熟仍是柔鉄然而天下莫以爲非者蓋未識真鋼耳”。他极力推崇百炼钢。不过从这里也可以知道，北宋时中国已经普遍采用灌钢法了。
灌钢法之后，中国钢铁技术基本上就没有什么大的发展了，直到明中期以后，灌钢法才进一步发展为苏钢法。这种方法因在苏州首先使用而得名。苏钢法以熟铁为料铁，置于炉中，而将生铁板放在炉口，当炉温升高到摄氏 1300度左右，生铁板开始熔化时，即用火钳夹住生铁板左右移动，并不断翻动料铁，使料铁均匀地受到滴下的生铁液；这样，既可产生很好的渗碳作用，又可产生剧烈的氧化作用，使铁和渣分离，生产出含渣少而成分均匀的钢材。这种冶炼法显然比较先进，不过这时中国已经开始衰落了。到１７４０年，欧洲发明了近代坩埚炼钢法，一举从中国人手里夺去了冶铁技术的桂冠。
从铁器时代初期来看，中国普及铁兵器的关键技术主要是鼓风技术、生铁冶炼、钢铁热处理、淬火、高炉的运用。在这几项技术成熟之前，以中国质量恶劣的铁矿石，想普及铁兵器是不可能的。
在西汉，中国人还可能发明了球墨铸铁，如果是真的，这是一项超越时代的发明。不过跟兵器关系不大，因此就略去不介绍了。
“福兮祸所倚，祸兮福所倚”，中国品质低劣的铁矿，却迫使中国人发展出了世界领先的冶铁技术，不过我们要注意三点：第一，在没有科学的古代，用上列各种冶金技术冶炼出来的钢铁，其性能水平完全取决于工匠的熟练程度、冶炼地的自然条件、原料的天然质量等不确定因素，质量是很难保证的。如炒钢就容易出现“一炒到底”的情况，即把生铁炒成了熟铁；太高大的高炉很容易发生爆炸事故，因此大多数高炉都不大；百炼钢炼数过多性能反而下降；灌钢法正如沈括所说，炼出的钢质量叫人怀疑•••在古代，唯一比较可靠的大概就是最简单的生铁铸造和块炼铁技术了。第二，古代没有专利制度，为了维护自己的利益，各种技术的发明者和掌握者大多仅将技术进行单线式的师徒、父子相传。这种传承方式很难推广和提高技术，有时候甚至造成了技术的倒退和失传。第三，古代关于铁兵器的各种传说，例如干将莫邪之类，其来源是对富矿铁兵器性能的崇拜。这种传说及演化出来的文学作品，可能有其文学价值，但对于铁兵器的发展很本没有好处，而只有误导作用，例如十分荒谬的“三百童男女鼓风”，其实每个现代人都知道，三百个少年男女鼓风，还不如一百头驴子有效。
在与中国之外的著名铁兵器，如武士刀、大马士革钢刀较量时，中国人惊愕的发现，自己用先进冶铁技术制造的武器并没有取得优势。大马士革钢刀和制作精良的日本武士刀，都能够砍断中国的钢刀！这恐怕也是因为印度和日本的铁矿石质量远优于中国的缘故。这种情况还证实了我的推断——中国的冶铁技术始终存在问题。
参考书：
《马克思恩格斯选集》第四卷第１５９页
《简明五金手册》修订版简光沂王仁豹李耀天陈其安编北京出版社１９８３年１０月第一版１９９１年６月第２版第１次印刷
《钢材实用手册》陆友琪马二恩郭铁成王毅昌编中国科学技术出版社１９９１年４月第１版
《辞海》上海辞书出版社１９９９年版第４５９３、４６４２、４５７７、４２４８页
《中国大百科全书》矿冶卷中国大百科全书出版社１９８４年９月出版
<<中国青铜时代>>张光直生活、读书、新知三联书店1983年出版
《中国全史》中国春秋战国科技史申先甲著人民出版社１９９４年１月出版第２０－２３页中国秦汉科技史董粉和著第１２３页
《中国科学技术史》军事科学卷王兆春著科学出版社１９９８年８月第一版第６２－６３页
ｔｏｍ科普频道网址http://www.scitom.com.cn/home.html
人教网网址http://www.pep.com.cn/index.htm
中学化学资源网网址http://huaxue.hxtoy.com.cn/
钱伟华工作室网址http://dreamofeast.com/study/workroom/teacher/qianweihua/
《新校正梦溪笔谈》胡道静校注中华书局1957年11月第一版 卷三 辨证一
关于世界及中国铁兵器普及时间的合理结论
考古学家在地中海和近东地区，发现了耶元前３０００年的铁器共十四件。其中一件为人工冶炼，４件为陨铁制品，其余情况不明。这些都是目前所知道最早的铁器。前２０００年，亚美尼亚山地的基兹温达部落掌握了炼铁技术。最先制造的是铁兵器。从此铁兵器被当作珍品在两河流域各国之间流通。赫梯人在前１４００年、腓尼基人和亚述人在前１３００年已经普遍使用了铁器。赫梯衰落之后，它的工匠带着冶铁技术自愿或被迫的四处迁徙，扩大了冶铁技术的传播范围。前９世纪，古国亚述成为世界上第一个普遍使用铁兵器的国家。这成为它振兴的重要原因。在与亚述的战争中，新月沃地诸文明得到了血的教训，也纷纷普及铁兵器。用铁的潮流从这时起向外扩散。前九世纪，凯美开始进入铁器时代；黑人地区直到耶元后才开始冶炼铁器；印度何时进入铁器时代不详，目前可以确定的是在孔雀王朝初期，印度已经普及了铁器；东南亚普及铁器是在中国和印度的影响下才实现的；中亚游牧民族接受铁器较早，大概在亚述帝国之前就已经得到一些铁兵器了，前七世纪，他们开始冶炼铁器；美洲、大洋洲广大地区在近代之前始终没有使用铁器。
前１４世纪，通过海上民族腓尼基人，铁器传入欧洲。目前发现的希腊最早的铁剑是前１１世纪时锻造的，比中国早至少３００年。从这时起，希腊开始向铁器时代迈进，希腊有充足的铁矿，如著名的拉夫里昂铁矿。因此，历经荷马时代和古风时代，到前六世纪，希腊的铁器化基本完成。几乎与希腊同时，意大利也拉开了铁器时代的序幕，到了王政时代，罗马的铁器化也基本完成。但罗马有一个不利于普及铁器的弱点：铁矿不多。所以在征服西班牙之前，其铁兵器和铁工具、农具的普及受到了限制，但在各国铁产量和需求量均不大的古代，这是可以忽略的。另一方面，斯基泰人凭借东欧极为丰富的富铁矿资源，将冶铁技术迅速向西传播。中欧诸 “蛮族”在匈牙利草原上接受了这种技术，由于中、西、北欧铁矿都多而富，各“蛮族”虽然文化经济落后，但依然在短短两百年间普及了铁器（前八－前六世纪）。最后一个青铜器据点——不列颠，也在前五世纪完成了铁器化。至此，全欧洲都进入了铁器时代。
欧洲铁器时代的情况与其他文明基本类似，即铁兵器普及而铁工具和农具没有普及。原因在于中国地区以外的国家在１４世纪之前一直仅掌握块炼铁／钢技术，这对于大量生产铁器十分不利，因此只能把有限的产铁量集中到兵器方面。直到１４世纪，欧洲人仍然大量使用木、石农、工具。欧洲铁器时代的特点是从青铜时代向铁器时代的进展特别迅速。这要归功于欧洲丰富而优良的铁矿资源。
与欧洲相比，中国的铁器之路就坎坷漫长得多。中国最早的陨铁制品出现在前十三世纪（河北藁城、北京平谷出土过商代的铁刃铜钺），并不比欧洲晚多少，但后来就长期沉寂。看来当时中国人对铁的冶炼方法还一无所知。直到西周末期，才开始炼铁。在这过程中，可以肯定中国地区得到了两河流域的冶铁技术，可能正是两河技术的引进，才结束了中国人不知道用铁的时代。在这五百年间，中国人为自己的闭塞付出了代价：在商代原本已经成为先进文明之一的中国地区，再次落后了。
中国开始炼铁之后，发现当地铁矿炼出的铁质量很坏，完全无法与青铜相比，铁在中国被鄙夷的称为“恶金”。但偶然炼出的几柄好铁兵器又是那么的令人念念不忘，神剑传说开始在华夏大地上流传（中国人不知道那是富矿的产物）。为了炼出传说中的神兵，工匠们开始努力。很自然的，他们必然借鉴青铜时代的经验。这一过程持续了很久，直到春秋末期，中国人都没有能够克服恶劣的铁矿的影响。青铜兵器继续占据中国所有的武器库，只有很少的富矿铁兵器作为稀世宝物点缀在军队中。不过这时炼制铁兵器的副产品——生铁铸造技术，开始发挥其在生产方面巨大的作用。
生铁技术迎来了战国时代，这项技术改变了中国的命运。随着铁农具和工具的运用，华夏诸国的生产力大大提高，并带动了经济、文化和政治的突变。正如郭沫若所说：整个中国都沸腾起来了。生铁铸造是中国最重要的发明之一。
同时，武器工匠仍在努力。他们终于发现了钢铁热处理技术，这种技术与块炼钢技术结合，已经能够满足军队的要求。这样，到了战国中后期，铁兵器普及的障碍被克服了。
但一项新技术要普及，必须经过经验的积累，在没有科学的古代更是如此。刚刚发展出来的钢铁热处理技术必须等待其成熟后才能占据优势。这时的青铜兵器也发展到了性能的极致。在成熟、实用的铜兵器与不甚可靠的铁兵器之间，各国统治者选择了前者。
西汉是决定性的转变时期，这时的钢铁技术已经十分成熟，制造的铁兵器显然已经在性能上压倒了铜兵器，并且青铜已经发展到了其性能的极限，而铁的潜力却深不可测。人们对铁的感情倾向已经由原来的轻蔑厌恶变成了赞赏，这时军队使用铜兵器在很大程度上已经只是一个习惯问题了。
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刘彻皇帝继位后，中国开始向外大肆扩张。铜兵器在对付西北各国的铁兵器时缺点暴露无遗：昂贵，性能却仅能勉强与对手保持平衡。前１０４－１０１年，中军侵攻大宛，大宛军在希腊化战术和武器的支持下，抗拒中军，最后虽然失败，但得以保全自己的国家，中军死伤惨重。而铁兵器的表现却不然，中国精锐的“玄甲军” （即披挂黑色铁甲的骑兵），在入侵匈国的战争中发挥了很大作用。根据射声校尉陈汤的说法，中军与匈军的战斗力对比是一敌五，很显然，用铁兵器才能得到这种效果。于是，刘彻皇帝做出了重要的决策：盐铁官营。不可避免的，在专制社会中，官营经济的弊病很大，如当时铁官只愿意制造利润丰厚的“大器”，不愿造利润少的“小器”，使得有的穷人只好用手拔草。但在铁器时代的这个关键时刻，铁专营确实是个英明的决定。首先，人民不得不购买大型的犁，耜之类落后的木器、石器终于消失。
其次，铁兵器产量激增，铁兵取代铜兵的历史脚步终于迈开了。在刘彻之前，铜兵器还多过铁兵器，在他之后，铁兵器就多过了铜兵器。并且，在个人经营时代，各地满是小作坊，作坊主只愿意生产可靠、成本低、市场大的生铁。而铁专营之后，技术复杂、成本高的兵器专用钢铁的生产就有了保证。在中国铁兵器史上，刘彻是贡献最大的人物之一。
刘彻之后铁兵器的普及只是时间问题了。到了新朝，也就是刘彻死后不到一百年，铁兵器的普及终于完成。只是弩机因为工艺不过关的缘故，一直用青铜生产到魏晋，成为青铜兵器的最后孑遗。
炒钢、百炼钢、灌钢等技术，反映了中国人的高度智慧。不过严格来说，这些技术成熟得太晚，与铁兵器取代铜兵器的历史关系不大。
中国铁器时代的特点是：一。铁器普及时间晚。工具、农具是在前４－３世纪普及；兵器更是晚到了前１世纪。是五大文明古国中最晚的一个。二。铁制工、农具比铁兵器早普及。以上这两个特点的形成原因前几节已经说明了。三。铁生产量过剩。在中国古代的绝大部分时间，全中国每年只需要５－７万吨钢铁产量就够了，但大部分的年份里，生产钢铁的数量都超过这个数字。使得历朝朝廷只好常常关闭矿山和冶炼场。看来，中国的生铁冶炼技术发明得过早，以致有些超越时代。四。铁工具、农具普及。这同样要归功于生铁冶炼技术。中国劳动者的生产条件，在耶元前５世纪以后，十四世纪以前显然要优于世界上其他地方的劳动者。五。武器用钢铁质量不能与世界著名武器相比。中国的刀，显然是比不过武士刀和大马士革钢刀的。但请注意，仅仅是与制作精良的武器相比才会处于劣势。如果比较大规模生产的武器，中国先进的冶金技术还是能够占据一定优势的。五。大量炼钢。原因已经说明过了。当然，封建时代的“大量用钢”完全不能跟工业社会的规模相比。例如：英国钢产量在1870年为22万吨。
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