▲古代龐大的軍隊(duì)需要大量的冷兵器，其原料來自鋼鐵和鐵匠們的制造
在中國，鋼鐵總產(chǎn)量，根據(jù)國家官方掌握的數(shù)字（國家直接掌控經(jīng)營的煉鐵廠的產(chǎn)量和民間煉鋼廠生產(chǎn)的鐵所交納的稅額），在唐代已達(dá)到1200噸左右，宋朝為4700噸左右，明朝開國初期為11000噸左右，最高達(dá)到40000噸（2015年中國粗鋼產(chǎn)量8.038億噸，余下排名分別是日本1.05億噸、印度0.896億噸、美國0.789億噸、俄羅斯0.711億噸，中國產(chǎn)量占世界一半以上）。
▲現(xiàn)代鐵匠的傳統(tǒng)打鐵鋪
根據(jù)所查閱掌握的材料，在十三世紀(jì)，中國已是世界上最大的鐵的生產(chǎn)國和消費(fèi)國，直到十七世紀(jì)仍保持著這一領(lǐng)先的地位。從漢代到明朝，中國人不僅在數(shù)量上處于世界領(lǐng)先地位，而且還擁有世界上最先進(jìn)的鋼鐵冶煉技術(shù)。
▲古代鐵匠打鐵
在中國關(guān)于鐵的最早冶煉使用，也是從天產(chǎn)隕石提供的隕鐵開始的。而正式開始鐵的生產(chǎn)，是在戰(zhàn)國時(shí)代，這從出土古兵器文物挖掘已得到證實(shí)，因?yàn)樵谥袊鱾€(gè)朝代的首都遺址均發(fā)現(xiàn)了生產(chǎn)鐵的遺址。但是在戰(zhàn)國時(shí)代，作為制造兵器原材料，還不能認(rèn)為已經(jīng)完全從青銅發(fā)展到鋼鐵的階段。因?yàn)樵诋?dāng)時(shí)，鋼鐵的生產(chǎn)技術(shù)尚未成熟。
▲桃花島弟子、知名鐵匠馮默風(fēng)以燒紅的鐵拐曾助神雕俠楊過一臂之力打跑李莫愁
到了一統(tǒng)天下的秦朝，從鋼鐵的生產(chǎn)技術(shù)上來說，仍屬后進(jìn)國，這也可以證明上述的論點(diǎn)。漢朝以后，用于生產(chǎn)冷兵器的主要金屬，已從青銅發(fā)展鋼鐵。由此可以證明，這時(shí)中國已經(jīng)掌握了很高的煉鐵技術(shù)，能夠大量生產(chǎn)鋼鐵了。
▲古代原始的高溫?zé)掕F爐，將鐵礦石投入以高溫熔煉鑄成鐵錠
中國的煉鐵技術(shù)之所以能夠居于世界領(lǐng)先地位，是和自古以來的不斷科技進(jìn)步分不開的，這可以從以下幾點(diǎn)得到證實(shí)：
第一，能夠制造1200℃以上的高溫?zé)掕F爐，從而可以進(jìn)行鋼鐵高溫下的精煉，這是關(guān)鍵。
第二，發(fā)明了向高溫?zé)掕F爐輸送充足空氣的裝置——風(fēng)箱，從而實(shí)現(xiàn)了高溫下的冶煉。而且在煉鋼方面，能夠連續(xù)地供給足夠空氣（即始終維持高溫冶煉）的高性能風(fēng)箱，早在紀(jì)元前就開始出現(xiàn)了，而且不久又出現(xiàn)用水力（古代稱為水排）和動(dòng)物力量（稱為馬排）取代人力的鼓風(fēng)裝置，極大的提高了高溫?zé)掕F爐的供氧能力。
▲有經(jīng)驗(yàn)的鐵匠通過觀察高溫?zé)掕F爐的火色決定煉鋼質(zhì)量
第三，中國早從古代就不使用木炭，而是把熱量高的煤炭作為煉鐵的燃料。到了北宋時(shí)代，已經(jīng)普遍使用煤炭來煉鐵了。利用優(yōu)質(zhì)煤炭煉鐵的優(yōu)點(diǎn)，就是能夠很容易地得到理想高溫冶煉效果。用優(yōu)質(zhì)煤炭作煉鐵燃料，還有能夠減少生產(chǎn)工序等其他方面的優(yōu)點(diǎn)。此外，如果用優(yōu)質(zhì)木炭來作燃料，當(dāng)然就需要廣大的山林伐木來燒炭，費(fèi)時(shí)費(fèi)力這就大大限制了煉鐵廠的選地條件。而使用優(yōu)質(zhì)煤炭作燃料，就沒有這個(gè)限制了。
▲風(fēng)箱——通過底部管子連接高溫?zé)掕F爐鼓風(fēng)送氧，提高熔爐溫度，現(xiàn)代換成工業(yè)電扇送風(fēng)
大家都知道，如果在低溫（800~900℃）條件下熔化鐵礦石，含碳量就低，而其他無用化學(xué)成份反而增多，煉出來的鐵就會(huì)像海綿軟木一樣發(fā)軟。通過把鐵礦進(jìn)行反復(fù)鍛造，除去多余影響鐵質(zhì)的有害化學(xué)成份，提高含碳量就能提高鋼鐵的硬度，近似煉鋼生產(chǎn)技術(shù)，早在戰(zhàn)國時(shí)代就開始出現(xiàn)了。到了漢代，這種提高鋼鐵的性能的鍛造技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)普及了。從實(shí)踐操作中，人類又懂得了通過反復(fù)折疊錘打就能提高鋼鐵的硬度和韌性這個(gè)道理。
▲早在宋代已出現(xiàn)水排風(fēng)箱，通過曲柄、杠桿機(jī)械原理來推動(dòng)鼓風(fēng)《農(nóng)書》
從漢代開始，就掌握了根據(jù)不同用途控制加熱和鍛造次數(shù)的技術(shù)，當(dāng)時(shí)漢代已出現(xiàn)的百煉鋼就證明一切，“百煉成鋼”這句成語就充分顯示了當(dāng)時(shí)中國鐵匠的聰明才智。
▲灌鋼法
打可排除鋼中夾雜物，提高韌性，從而使其成分趨于均勻，組織趨于致密，細(xì)化晶粒，改善鋼的性能。古代鐵匠常把精鐵加熱鍛打上百次即成百煉鋼，魏晉時(shí)代是百煉鋼的鼎盛時(shí)期。唐宋之后，因灌鋼工藝的發(fā)展普及，百煉鋼因生產(chǎn)費(fèi)時(shí)費(fèi)力有所減少。
▲宋代已普遍掘井開采煤炭煉鐵冶金
由于風(fēng)箱和高溫?zé)掕F爐的普通使用，又發(fā)明了在較低的低溫條件下的化鐵方法。在漢代就能生產(chǎn)含碳量高（含碳量超過2%以上）的生鐵，而且很快又發(fā)明了使用這種生鐵進(jìn)行鍛造的技術(shù)。含碳量高的生鐵發(fā)脆而沉重，而在中國早在古代就能制造含碳量比較低、具有接近鋼性能的可鍛性好的可鍛鑄鐵。雖然不能用這種鑄鐵作冷兵器的刃，欲滿足了大量生產(chǎn)農(nóng)具等鐵制品的需要。
▲冶煉出的高碳鋼需要反復(fù)折疊鍛打才可做出冷兵器
既然能生產(chǎn)生鐵，也就出現(xiàn)了把含碳量控制在2%以下，用于制造冷兵器刃所用材料的煉鋼技術(shù)。起初，是把生鐵放在提煉爐里進(jìn)行再加熱，用風(fēng)箱鼓進(jìn)大量空氣，使不必要成份燃燃來煉鋼的。進(jìn)而在實(shí)踐中，又發(fā)明了把提煉中的鐵用風(fēng)箱吹入各種微量元素（比如碳粉）來控制鐵的性質(zhì)，即傳說中的“炒鋼法”。從而能夠生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定而且含碳量較低的生鐵和含碳量高的鋼。不久又發(fā)明了能夠高效率大量提煉高質(zhì)量鋼的生產(chǎn)技術(shù)“灌鋼法”——在提煉出幾乎不含碳成分的熟鐵的同時(shí)提煉出鋼的生產(chǎn)方法。這種新的煉鋼方法出現(xiàn)在晉朝。采用這種技術(shù)生產(chǎn)的鋼，又叫做宿鐵，是制造冷兵器的最理想材料。
▲折疊鍛打百煉鋼
把加熱的鐵急劇冷卻、提高物理硬度的淬火技術(shù)，早在中國的古代就為鐵匠所掌握，并普遍采用這種處理方法來提高兵刃的物理硬度。在淬火處理當(dāng)中，如果在冷卻用水中加入微量的水以外的成份（比如各種不同比例的動(dòng)物油脂、尿液、硝鹽或其他化學(xué)物質(zhì)），將會(huì)顯著提高鐵的物理硬度。關(guān)于這一點(diǎn)，從東漢末期到三國時(shí)代，中國的鐵匠們已經(jīng)從實(shí)踐中有了這方面的經(jīng)驗(yàn)。他們?cè)趯?duì)鋼刃進(jìn)行淬火處理時(shí)，就很注意對(duì)冷卻用水河流的選?。ū仨毷顷幒练€(wěn)的活水）。
▲漢代百煉花紋鋼——將炒鋼經(jīng)反復(fù)折疊鍛打變形而制成的鋼。其特點(diǎn)是反復(fù)低溫加熱鍛打。多次反復(fù)鍛打可排除鋼中夾雜物，提高韌性，從而使其成分趨于均勻，組織趨于致密，細(xì)化晶粒，改善鋼的性能。古代鐵匠常把精鐵加熱鍛打上百次即成百煉鋼，魏晉時(shí)代是百煉鋼的鼎盛時(shí)期。唐宋之后，因灌鋼工藝的發(fā)展普及，百煉鋼因生產(chǎn)費(fèi)時(shí)費(fèi)力有所減少。
到了六世紀(jì)（隋朝和南北朝）的時(shí)候，不僅僅只用水來冷卻淬火外，而且把野獸的尿液或脂肪熬煉油脂、特殊植物煎熬出的汁液等（反正是你做夢(mèng)沒想到的東西）作為冷卻用水，用于冷兵器淬火處理上。
▲鑄造出的生鐵鐵錠，含碳量超2%以上，質(zhì)地堅(jiān)硬，耐磨，脆而不易鍛壓，多用于做大件
經(jīng)過淬火處理后的鐵，確實(shí)提高了硬度，但是也變脆了。為解決這個(gè)難題，北宋時(shí)期的中國開始采用對(duì)鐵不加熱直接鍛造的冷鍛法，經(jīng)過這樣鍛造的鐵，不僅表面又黑又亮，而且特別剛硬。
▲淬火工藝靠鐵匠的實(shí)踐積累，而且保密不公開
從而，就向能夠制造表面烏亮、堅(jiān)硬且具有很好韌性的優(yōu)質(zhì)鋼邁進(jìn)了重要的一大步。最早發(fā)現(xiàn)這種鍛造工藝的，是中國的藏族人，由于通商往來，才傳到北宋的。當(dāng)時(shí)，就采用這種冷鍛方法制造了大量的高質(zhì)量鎧甲裝備軍隊(duì)。
▲50年代全國大躍進(jìn)趕美超英，國內(nèi)普遍大搞土法煉鋼勞民傷財(cái)，得不償失。
此外，古代中國在很早的時(shí)候就掌握了把加熱的鐵慢慢冷卻處理的回火技術(shù)，并廣泛用于生產(chǎn)不同用途的冷兵器制造方面。
本文為冷兵器研究所原創(chuàng)稿件，主編原廓、作者黃藥師。任何媒體或者公眾號(hào)未經(jīng)書面授權(quán)不得轉(zhuǎn)載，違者將追究法律責(zé)任。
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