李延祥 北京科技大學(xué)科技史與文化遺產(chǎn)研究院教授、博士生導(dǎo)師，現(xiàn)任國(guó)家文物局金屬與礦冶文化遺產(chǎn)研究重點(diǎn)科研基地主任、中國(guó)考古學(xué)會(huì)理事、中國(guó)科技史學(xué)會(huì)理事，研究方向?yàn)橹袊?guó)冶金考古和冶金史。發(fā)表論文數(shù)百篇，先后主持國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目4項(xiàng)，參加國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目4項(xiàng)、國(guó)家重大科技項(xiàng)目3項(xiàng)及教育部、科技部課題多項(xiàng)。

泉州安溪青陽(yáng)下草埔冶鐵遺址（2019年攝）。新華社發(fā)

鄭州古滎漢代冶鐵遺址博物館的冶鐵遺址復(fù)原。圖片來(lái)源：鄭州廣電

8月19日，工人在鞍鋼新4號(hào)高爐進(jìn)行高爐出鐵作業(yè)。專家認(rèn)為，中國(guó)古代生鐵冶煉技術(shù)的基本原理和現(xiàn)在的高爐煉鐵是一樣的。新華社發(fā)

河北藁城臺(tái)西商代遺址出土的鐵刃銅鉞。圖片來(lái)源：河北博物院

本報(bào)教育部主辦

我們這個(gè)講座，主要是介紹戰(zhàn)國(guó)至秦漢時(shí)期我國(guó)鋼鐵冶金技術(shù)的發(fā)展，以及它對(duì)我國(guó)古代文明在這個(gè)時(shí)期的發(fā)展壯大的推動(dòng)作用等問(wèn)題。

我們?yōu)槭裁匆v秦漢時(shí)期的鋼鐵冶金技術(shù)呢？主要是在這個(gè)時(shí)期，中國(guó)以生鐵為基礎(chǔ)的鋼鐵冶金技術(shù)體系基本形成，開(kāi)始對(duì)中華文明的發(fā)展壯大產(chǎn)生重大作用，特別是在中原的漢王朝與邊疆新興起的一些勢(shì)力的斗爭(zhēng)過(guò)程當(dāng)中，鋼鐵冶金技術(shù)起到了非常重要的作用。

以前，由于各個(gè)學(xué)科的一些隔閡和研究的不充分，這個(gè)問(wèn)題沒(méi)有得到應(yīng)有的闡釋，所以現(xiàn)在我們把它作為單獨(dú)的內(nèi)容來(lái)講解它，以便更好地總結(jié)歷史經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。

隕鐵之源

說(shuō)起鋼鐵，古代最早使用的鐵，是從天上掉下來(lái)的隕鐵。現(xiàn)在我們?nèi)祟惤?jīng)常能夠觀察到天空中的流星，流星就是隕星，它其中的一部分就是隕鐵。隕鐵在太空的飛行過(guò)程中，以大約每百萬(wàn)年降低1～100攝氏度這么一個(gè)緩慢的速度來(lái)冷卻，因而形成了隕鐵非常獨(dú)特的粗大的晶格組織。晶格有時(shí)候能達(dá)到幾厘米，人類不需要用顯微鏡就能看得很清楚，而且隕鐵往往還有特別的成分，比如都要含鎳，一般是5%～10%的鎳含量。隕鐵降落在地球表面的過(guò)程中，小一些的就在大氣層階段就燃燒沒(méi)了，但是那些大一點(diǎn)的會(huì)掉落在地表被人類所發(fā)現(xiàn)。目前世界上最大的隕鐵是在南非發(fā)現(xiàn)的“霍巴隕鐵”，重60噸，已經(jīng)入選世界自然文化遺產(chǎn)。我國(guó)有清代降落的全世界第三大的隕鐵，目前展示在新疆地質(zhì)博物館。

在歷史上，人類很早就知道隕鐵是從天上來(lái)的，并對(duì)它加以利用。古代兩河流域文明的蘇美爾人就把隕鐵稱為“天上的銅”。曾經(jīng)生活在如今土耳其北部的古代赫梯人，也說(shuō)這鐵是采自天上，古埃及紙草書中也有相關(guān)記錄。我國(guó)古代文獻(xiàn)記載了多次隕鐵降落事件，比如公元前368年（秦獻(xiàn)公十七年），公元1064年（北宋治平元年）等。截至20世紀(jì)80年代，全世界發(fā)現(xiàn)了許多隕鐵制品，其中在西亞一帶，年代在公元前1200年以前的隕鐵制品就有28件。我國(guó)到目前為止也發(fā)現(xiàn)了一些古代隕鐵制品，有名的包括1972年河北藁城出土的商代的鐵刃銅鉞和1977年北京出土的鐵刃銅鉞，以及河南三門峽出土的西周鐵援銅戈等。經(jīng)過(guò)科學(xué)檢測(cè)，這些鐵器的年代都是在歷史上正規(guī)鐵器出現(xiàn)之前，成分屬于隕鐵。名列世界三大名劍之一的克力士劍，因?yàn)楫a(chǎn)自馬來(lái)半島而被我國(guó)稱之為“馬來(lái)刃”，也是用隕鐵制造的。

在歷史上，人類在使用隕鐵之后，漸漸就認(rèn)識(shí)到，還存在著這樣一種與銅不一樣的金屬，于是人類就開(kāi)始想辦法冶煉并獲得隕鐵這樣的金屬。

尋找鋼鐵

接下來(lái)我們簡(jiǎn)單介紹一下鋼鐵的種類和它的基本知識(shí)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，鋼和鐵不是一回事，不過(guò)鋼鐵的最基本特征是它是碳和鐵這兩種元素的合金。鋼鐵的最基本組織或者按照化合物角度來(lái)說(shuō)，主要包含鐵素體和滲碳體，有的時(shí)候還有石墨碳，這三個(gè)要素的互相組合搭配，形成不同的組織，最終形成不同性能的鋼或者鐵。我們通常以4.3%含碳量為界，再以2.14%含碳量為界來(lái)劃分鋼鐵組織。不含碳或者含碳非常少，在0.022%以下的，稱之為熟鐵。含碳量在2.14%～4.3%這附近的叫生鐵或者鑄鐵。在0.05%～2.14%區(qū)間的稱之為鋼。生鐵分為三種，其中的共精白口鐵，含碳量正好是4.3%這個(gè)位置，低于這個(gè)含量的叫作亞共晶白口鐵，高于這個(gè)含量的叫作過(guò)共晶白口鐵，它們有不同的組織。

處于含碳量中間位置的鋼，又分為低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼等等。我們平時(shí)常用的鋼基本停留在0.76%含碳量這個(gè)位置附近，含碳量1%以上、0.8%以上的使用都比較少。鋼在不同的溫度下處理就會(huì)有不同的組織。這些組織在鋼鐵冶金里又分成許多的體，比如奧氏體、珠光體等等。鋼鐵的熱處理包括淬火、退火、回火、正火，都是在一定的條件下通過(guò)緩慢或者快速冷凝，然后再加熱，目的是獲得更好的組織，然后讓里邊出現(xiàn)一些應(yīng)力釋放，使鋼鐵的產(chǎn)品具備良好的機(jī)械性能，能夠經(jīng)久耐用。

從鋼鐵的分類來(lái)看，最好用的是鋼，但是鋼是不能直接提煉出來(lái)的，人類必須通過(guò)鐵來(lái)煉鋼，相應(yīng)的就有兩種煉鐵方法，一個(gè)是從含碳量低的地方開(kāi)煉，即所謂的塊煉鐵技術(shù)。這個(gè)技術(shù)在歷史上也發(fā)明得比較早，根據(jù)學(xué)者的研究，最早可能出現(xiàn)在距今三千四五百年前的西亞一帶。塊煉鐵技術(shù)是在較低溫度下，在碗式爐中冶煉熟鐵，它能夠排除液態(tài)的爐渣，但是這個(gè)方法不能把鐵徹底融化，只能形成一種半融化的海綿狀態(tài)的鐵，叫作海綿鐵。在古代，這種方法是在中國(guó)文明圈以外的國(guó)家通行的。這種技術(shù)的爐子不會(huì)很大，外形像碗一樣，直徑通常在七八十厘米左右，直徑達(dá)到一米的就算比較大的了，爐的高度也就是1米到1米5左右。我國(guó)也發(fā)現(xiàn)過(guò)一些早期的塊煉鐵法制品，比如陜西寶雞益門出土的春秋時(shí)期金柄鐵劍，以及河南三門峽虢國(guó)墓地出土的玉柄鐵劍，還有內(nèi)蒙古鄂爾多斯出土的春秋鐵器等等。

那么另一種冶煉的方法就是從碳高的那邊煉，即生鐵冶煉技術(shù)。這個(gè)方法在古代是中國(guó)所獨(dú)有的，生鐵冶煉技術(shù)是在幾米高的高爐中形成一定的溫度、氣氛、物料分布帶，讓生成的鐵吸收足夠的碳，降低它的熔點(diǎn)，最后在爐底下形成液態(tài)的生鐵，同時(shí)上邊會(huì)形成含鈣高的爐渣，它的基本原理和現(xiàn)在的高爐煉鐵是一樣的。

比較來(lái)看，生鐵冶煉技術(shù)和塊煉鐵冶煉技術(shù)顯然是不同的體系。塊煉鐵是幾個(gè)人進(jìn)行的小規(guī)模操作，生產(chǎn)時(shí)間短，生產(chǎn)效率低，而且生產(chǎn)出來(lái)的鐵塊，如果體積太大的話，由于古代沒(méi)有充分的切割條件，古人對(duì)這種大塊鐵甚至都處理不了，這些限制導(dǎo)致了塊煉鐵法不能煉出太大的鐵塊，產(chǎn)量也就是幾公斤至上百公斤，就算相當(dāng)不錯(cuò)了。而古代中國(guó)采用的生鐵冶煉技術(shù)，爐子弄個(gè)五六米或者七八米高（這都是我國(guó)古代采用過(guò)的高度），那么一天可以生產(chǎn)出一兩噸的生鐵，因此生鐵冶煉技術(shù)的產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)很明顯。另外生鐵冶煉技術(shù)的效率也比較高，對(duì)鐵礦石的利用率比較高，其爐渣里的殘留鐵大約是3%～6%，相比之下塊煉鐵法的爐渣里邊含鐵量高達(dá)70%～80%。另外生鐵冶煉的燃料利用率也是很高的。

不過(guò)，古代的生鐵冶煉技術(shù)在優(yōu)點(diǎn)突出的同時(shí)，也有自己的局限。所用的爐子的高度在古代都屬于比較高的，一兩個(gè)人是無(wú)法完成全部操作的，一般來(lái)說(shuō)需要十幾個(gè)人才能操作好一個(gè)爐子，再加上給冶煉加工配套等等的人力，計(jì)算下來(lái)，一個(gè)爐子的運(yùn)轉(zhuǎn)恐怕需要幾十個(gè)人。所以生鐵冶煉技術(shù)的人力物力消耗也是比較大的。另外它生產(chǎn)出來(lái)的生鐵制品是可以直接使用的，做生活中所需要的鍋碗瓢盆都是可以的，但是生鐵的性能還不足以支持做精良的兵器或者耐用的工具，生鐵要想做這些還需要后處理，需要一整套的后處理工藝跟著，它才能夠得到廣泛利用。

所以，與塊煉鐵冶煉技術(shù)相比，生鐵冶煉技術(shù)是不同的體系，技術(shù)上非常先進(jìn)，相對(duì)而言更適合于大型工業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

古代中國(guó)之所以出現(xiàn)了生鐵冶煉技術(shù)，是有很多技術(shù)原因和社會(huì)需求因素的。第一個(gè)因素是，我國(guó)的青銅時(shí)代留下了出色的遺產(chǎn)之一，青銅時(shí)代的中國(guó)先民就擁有很好的冶煉爐子，這種爐子可以直接拿來(lái)煉鐵。湖北大冶銅綠山古銅礦遺址出土的煉銅爐，經(jīng)過(guò)整體復(fù)原之后將近4米高，考察它的結(jié)構(gòu)，證明其完全符合現(xiàn)在高爐冶煉的要求。所以古人把鐵礦石裝到這種爐子里面冶煉是能出生鐵的。長(zhǎng)江中下游的遺址中也多次出現(xiàn)古人所煉的半銅半鐵金屬錠，也證明當(dāng)時(shí)古人使用的爐子還原能力很強(qiáng)。因?yàn)殂~礦石天然伴生鐵礦石，所以古人在煉銅的時(shí)候也會(huì)把鐵煉出來(lái)。這種金屬錠煉出來(lái)之后還需要再處理才能得到銅，不過(guò)如果礦里邊含銅很少，可能直接煉出來(lái)鐵了。

第二個(gè)因素仍舊來(lái)自青銅時(shí)代留下的優(yōu)秀遺產(chǎn)。我國(guó)先民在青銅時(shí)代發(fā)明了一整套的陶范鑄造技術(shù)，古人用這套技術(shù)平移過(guò)來(lái)之后就能夠迅速擁有鑄鐵能力。秦漢時(shí)期古人把這些陶范技術(shù)直接平移過(guò)來(lái)鑄鐵，能鑄成各種鍋碗瓢盆、鐵罐之類的鐵器。目前我國(guó)發(fā)現(xiàn)的最早的生鐵制品，是公元前8世紀(jì)在山西曲沃天馬—曲村遺址發(fā)現(xiàn)的兩件鑄鐵器殘片，以及江蘇六合程橋出土的鐵丸（公元前6世紀(jì)—5世紀(jì)）。到了春秋末年戰(zhàn)國(guó)初期，更多的生鐵冶煉制品出現(xiàn)了，分布的地點(diǎn)則是中原以及中原周邊地區(qū)。

第三個(gè)因素屬于社會(huì)因素，在古代，以生鐵為基礎(chǔ)的鋼鐵冶金技術(shù)體系工藝復(fù)雜，規(guī)模宏大，必須有強(qiáng)大的社會(huì)組織才能支撐，只有戰(zhàn)國(guó)至秦漢時(shí)期開(kāi)始形成并不斷強(qiáng)化的大一統(tǒng)中央集權(quán)才能為這一技術(shù)體系提供充足的保障。

古代鋼鐵冶金技術(shù)體系

在生鐵基礎(chǔ)上古人后來(lái)建立了一整套早期的技術(shù)體系。古人制鋼有兩種方法，一種是從豎爐出來(lái)生鐵之后，直接鑄造成型，取其鑄造的高效率，然后把鑄造的東西脫碳成鋼，再后來(lái)就發(fā)展成把出爐的生鐵直接炒煉，就像炒菜一樣，使它脫碳成鋼。生鐵制品或鑄鐵制品有一種韌化技術(shù)，就是使里邊的滲碳體發(fā)生一定的分解，從而改善產(chǎn)品的性能，這都是在鑄造基礎(chǔ)上進(jìn)行處理的，所以鑄造這個(gè)東西要比鍛造成型效率高，做好了陶范，一爐鐵水下來(lái)，一天就能夠一次澆成幾百個(gè)甚至幾千把錘子之類的工具，而要使用手工鍛造的話，可能一天也就只能打造一把錘子，效率的差距非常大。

從戰(zhàn)國(guó)時(shí)期開(kāi)始到東漢時(shí)期，中原地區(qū)以生鐵為基礎(chǔ)的鋼鐵冶金技術(shù)體系基本成形了。

接下來(lái)我們看一看一些特別的產(chǎn)品。生鐵韌化也叫展性鑄鐵，它是在900攝氏度的稍高溫度下較長(zhǎng)時(shí)間的退火處理，生鐵中的滲碳體分解成的石墨聚集成團(tuán)絮狀，得到了韌性鑄鐵。根據(jù)分解不同的形狀又有不同的稱呼，對(duì)鑄件性能有所改變，不會(huì)像以前生鐵鑄件那么脆。這個(gè)技術(shù)是我國(guó)先民在公元前5世紀(jì)發(fā)明的，一直使用到公元9世紀(jì)以后，延續(xù)了1300多年，之后這個(gè)方法在中國(guó)就不太用了，采用了其他的制鋼技術(shù)。而到了工業(yè)革命前后，西方又重新發(fā)明了這個(gè)技術(shù)。關(guān)于這個(gè)技術(shù)，現(xiàn)在也有一些出土文物，比如有出土的戰(zhàn)國(guó)時(shí)代鐵鋤經(jīng)過(guò)檢測(cè)，里面石墨成球狀，不過(guò)古人確實(shí)不知道這里邊石墨變成了球狀。

另一個(gè)技術(shù)是生鐵固體脫碳，雖然生鐵含碳量高，太脆，質(zhì)量不好，但是生鐵易于鑄造。于是在生鐵鑄造成型之后，在高溫下氧化氣氛爐中退火，只要時(shí)間和溫度控制合適，能夠避免里邊的石墨析出，使鑄件脫碳成為鋼或熟鐵制品。比如洛陽(yáng)水泥廠出土的鐵錛，它里邊還是原來(lái)生鐵的組織，而表面已經(jīng)脫碳成鋼了，這個(gè)鐵錛就具有某些鋼的質(zhì)量，用起來(lái)就非常好用了。所以鑄造成型，用這個(gè)方法脫碳，既取鑄造的高效率，又取脫碳方法的高質(zhì)量，這個(gè)非常巧妙的方法，也是古代中國(guó)獨(dú)有的。

還有一項(xiàng)重大的技術(shù)就是炒鋼技術(shù)。我們通過(guò)做的文物檢測(cè)和分析一些文獻(xiàn)，認(rèn)為這個(gè)技術(shù)至遲在公元前2世紀(jì)就出現(xiàn)了，不過(guò)我們懷疑這個(gè)技術(shù)可能出現(xiàn)得更早。因?yàn)楝F(xiàn)在還有一些文獻(xiàn)和文物的線索。這種技術(shù)是以液態(tài)生鐵為原料在炒煉爐中進(jìn)行攪拌翻炒，在這個(gè)過(guò)程中空氣里的氧把鐵水表面上的碳氧化成二氧化碳而脫除，碳含量逐漸減少，生鐵就向鋼的方向轉(zhuǎn)移了。這樣生產(chǎn)出來(lái)的鋼就叫作炒鋼，如果脫碳脫得多了那么出來(lái)的產(chǎn)品就是低碳鋼甚至熟鐵，再對(duì)其進(jìn)行鍛造，就能用來(lái)制作精良的兵器或者農(nóng)具、工具。這個(gè)技術(shù)發(fā)展到后來(lái)，發(fā)展成聯(lián)合化生產(chǎn)，也就是這邊高爐剛煉出鐵水，那邊就直接進(jìn)行炒鋼了，不用再把生鐵拿到別處去重新融化、浪費(fèi)燃料和時(shí)間。這套工藝在明代宋英星的記載里就有了。不過(guò)文獻(xiàn)記載我們還可以追溯更早，東漢于吉在《太平經(jīng)》里有一段描寫鑄名劍莫邪的記載，其中就提到鐵燒冶成水，然后就是良工萬(wàn)鍛之。我們推測(cè)，這中間有個(gè)環(huán)節(jié)，如果不進(jìn)行炒鋼的話，后面的良工萬(wàn)鍛是無(wú)法進(jìn)行的。雖然這是一個(gè)間接記載，但是我們還可以通過(guò)出土文物來(lái)判斷，炒鋼技術(shù)是很早就出現(xiàn)了的，比如我們?cè)谂R淄故城遺址中就發(fā)現(xiàn)了炒鋼渣等等。

炒鋼技術(shù)的出現(xiàn)，在世界歷史上都是很重要的一件事情。英國(guó)17世紀(jì)開(kāi)始發(fā)明了用生鐵冶煉熟鐵，后來(lái)用反射爐來(lái)炒，一直用到1930年左右，炒鋼被稱為是“震撼大地”的發(fā)明，近代工業(yè)革命中的一些基礎(chǔ)內(nèi)容，比如制鋼等都是來(lái)源于此。炒鋼中有一種非常有名的制品叫百煉鋼，百煉鋼不是一個(gè)單獨(dú)的鋼種，它最早出現(xiàn)于公元前2世紀(jì)，是用炒鋼甚至用熟鐵折疊鍛打形成的一種“寶刀”，百煉鋼鍛打之后，會(huì)成一層高碳一層低碳的結(jié)構(gòu)，既有一定的柔韌度又非常鋒利，是我國(guó)古代鋼鐵材料中質(zhì)量最高的產(chǎn)品。文物方面，有山東臨沂出土的東漢三十煉環(huán)首鋼刀，以及江蘇徐州出土的東漢五十煉鋼劍。關(guān)于這類產(chǎn)品的記載在三國(guó)以后就逐漸減少了，文獻(xiàn)記載中曹操曾經(jīng)在建安年間命有司制作“百辟鋼刀”，其子曹植曾寫《寶刀賦》。值得注意的是，百煉鋼工藝對(duì)我國(guó)古代文化也產(chǎn)生了一定影響，比如成語(yǔ)中的千錘百煉、百煉成鋼等等。百煉鋼也曾傳到國(guó)外，公元1世紀(jì)的羅馬博物學(xué)家普林尼在其名著《自然史》中提到，雖然鐵的種類很多，但沒(méi)有一種能和中國(guó)的鋼相媲美。

戰(zhàn)國(guó)及秦漢時(shí)期鋼鐵技術(shù)的重大作用

剛才我們給大家介紹了中國(guó)古代建立在生鐵之上的鋼鐵冶金技術(shù)體系，以及一些重要發(fā)明的實(shí)物及文獻(xiàn)記載。這套鋼鐵冶金技術(shù)在戰(zhàn)國(guó)至漢代這一時(shí)期起到過(guò)重大作用，促進(jìn)了我國(guó)在這一時(shí)期的文明大發(fā)展。

戰(zhàn)國(guó)時(shí)期冶鐵技術(shù)已經(jīng)非常發(fā)達(dá)，文獻(xiàn)中有關(guān)于當(dāng)時(shí)幾大冶鐵富豪的記載。當(dāng)時(shí)各諸侯國(guó)諸如齊國(guó)、燕國(guó)、趙國(guó)、楚國(guó)、韓國(guó)等都有自己的煉鐵中心，秦國(guó)在商鞅變法之后就開(kāi)始設(shè)鐵官，司馬遷的先祖就擔(dān)任過(guò)這個(gè)職務(wù)。陜西韓城至今還留有當(dāng)年秦國(guó)冶鐵的遺跡。

到了西漢武帝統(tǒng)治時(shí)期，文獻(xiàn)記載全國(guó)設(shè)置了49處鐵官，現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)的是漢代冶鐵遺址有36處，分布于中原內(nèi)地及邊疆地區(qū)，簡(jiǎn)而言之，我們現(xiàn)在有大鋼鐵廠的地方，其附近幾乎都會(huì)有秦漢時(shí)期的鋼鐵冶煉遺跡，比如說(shuō)邯鋼、舞鋼、萊鋼等等附近都有，東北的鞍鋼附近也有漢代的冶鐵遺跡。從考古發(fā)現(xiàn)來(lái)看，漢代鐵官實(shí)際上不止49家，我們后來(lái)發(fā)現(xiàn)內(nèi)蒙古長(zhǎng)城沿線還有大片的冶鐵遺址，這些可能是當(dāng)年在當(dāng)?shù)赝蛪ǖ臐h軍搞的，司馬遷可能沒(méi)看過(guò)相關(guān)記錄，或者這些地方是在司馬遷去世之后形成的。河南鄭州發(fā)現(xiàn)的河南郡第一冶鐵作坊，面積12萬(wàn)平方米，包括爐基2座，豎爐有效高度6米，容積50立方米，根據(jù)估算，日產(chǎn)生鐵約1噸。另外漢代史料還記載了兩次高爐事故。比如《漢書·五行志》就記載：“成帝河平二年（公元前27年）正月，沛郡鐵官鑄鐵，鐵不下，隆隆如雷聲，又如鼓音，工十三人驚走，音止還，視地，地陷數(shù)尺，爐分為十，一爐中銷鐵散如流星，皆上去，與征和二年（公元前91年）同象?！边@個(gè)記載是說(shuō)當(dāng)時(shí)化鐵的高爐發(fā)生爆炸，13個(gè)伺候爐子的工人嚇跑了。這也側(cè)面證明當(dāng)時(shí)高爐的運(yùn)行是需要很多人力的。

在這個(gè)時(shí)期鋼鐵技術(shù)的第一個(gè)作用，就是推動(dòng)農(nóng)業(yè)手工業(yè)的全面鐵器化。當(dāng)時(shí)各地都開(kāi)始出現(xiàn)鐵農(nóng)工具取代木石工具的現(xiàn)象。成書于戰(zhàn)國(guó)時(shí)期的《管子》一書記載：“一農(nóng)之事，必有一耜、一銚、一鐮、一耨、一椎、一铚，然后成為農(nóng)。一車必有一斤、一鋸、一釭、一鉆、一鑿、一銶、一軻，然后成為車。一女必有一刀、一錐、一箴、一鉥，然后成為女?！边@些生產(chǎn)工具指的全是鐵工具。當(dāng)時(shí)出現(xiàn)了重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)——牛耕，用牛拉著鐵制大犁鏵進(jìn)行耕地，大大提高了農(nóng)業(yè)效率。很多漢代畫像石表現(xiàn)了這樣的牛耕方式，遼寧遼陽(yáng)出土的漢代鐵質(zhì)犁鏵達(dá)到40厘米寬。鐵制工具的推廣還推動(dòng)了當(dāng)時(shí)的水利工程建設(shè)。戰(zhàn)國(guó)至秦漢時(shí)期出現(xiàn)的眾多著名工程，比如都江堰、鄭國(guó)渠、靈渠、鴻溝等等，其背后都有鐵工具的貢獻(xiàn)。

鐵制農(nóng)具的廣泛使用和水利工程的修建，促使戰(zhàn)國(guó)中晚期以后農(nóng)業(yè)發(fā)生了重要變革。戰(zhàn)國(guó)時(shí)期魏國(guó)李悝估計(jì)，一個(gè)農(nóng)民耕種產(chǎn)出的糧食可夠五人食用?！盾髯印芬粫舱劦剑爸修r(nóng)食七人”，《戰(zhàn)國(guó)策》記載當(dāng)時(shí)耕作的收獲量大約是種子的10倍，而歐洲到了13世紀(jì)時(shí)候平均也只有3到5倍。

這個(gè)時(shí)期鋼鐵技術(shù)的第二個(gè)作用，就是推動(dòng)兵器的全面鐵器化。以往青銅時(shí)代主要是青銅兵器，鐵器時(shí)代到來(lái)后就開(kāi)始全面地鐵器化。戰(zhàn)國(guó)時(shí)代出土的鐵兵器總量已經(jīng)達(dá)到了同時(shí)期總兵器數(shù)量的52%，鐵兵器的推廣在戰(zhàn)國(guó)時(shí)代的諸侯爭(zhēng)霸以及秦統(tǒng)一戰(zhàn)爭(zhēng)中都發(fā)揮了重要作用。比如說(shuō)當(dāng)時(shí)的一種兵器“鑲”，屬于用優(yōu)質(zhì)鋼鐵制造的可攻可守的兵器,長(zhǎng)度超過(guò)一米的鋼制環(huán)首刀、劍更是威力強(qiáng)大的兵器。

鋼鐵技術(shù)的發(fā)展優(yōu)勢(shì)，在西漢武帝與匈奴的戰(zhàn)爭(zhēng)中充分表現(xiàn)。經(jīng)過(guò)西漢初年60多年的休養(yǎng)生息，到了漢武帝時(shí)期經(jīng)濟(jì)和軍事實(shí)力大大提升，漢武帝開(kāi)始對(duì)匈奴展開(kāi)大規(guī)模反擊。當(dāng)時(shí)漢軍與匈奴交戰(zhàn)，打仗的優(yōu)勢(shì)之一就是兵器。漢武帝之后的漢元帝時(shí)期，漢將陳湯率領(lǐng)部下千里奔襲北匈奴成功，斬殺郅支單于，陳湯回來(lái)之后向皇帝報(bào)告說(shuō)，“夫胡兵五而當(dāng)漢兵一，何者？兵刃樸鈍，弓弩不利。今聞?lì)H得漢巧，然猶三而當(dāng)一”。陳湯說(shuō)匈奴兵5人才能匹敵漢軍1人，后來(lái)獲得了一些漢朝技術(shù)得以改進(jìn)，但是仍舊需要3人才能匹敵漢軍1人。從考古發(fā)現(xiàn)來(lái)看，最初匈奴的刀劍大約是以鄂爾多斯青銅劍為代表的青銅兵器，最多不能超過(guò)60厘米上下，如果再想鑄長(zhǎng)，因?yàn)橘|(zhì)地和工藝問(wèn)題，就要折斷了。后來(lái)匈奴也學(xué)會(huì)了冶鐵制兵，但是效果也不是很好，刀劍的長(zhǎng)度最多也就是60～70厘米，對(duì)比漢代鐵制兵器還是有劣勢(shì)的。

所以我們總結(jié)戰(zhàn)國(guó)到漢代這一時(shí)期，我國(guó)出現(xiàn)的當(dāng)時(shí)世界上獨(dú)一無(wú)二的生鐵冶煉技術(shù)，以及建立在其基礎(chǔ)之上的鋼鐵技術(shù)體系，可以說(shuō)是中華民族歷史上最偉大的發(fā)明之一。這套鋼鐵冶金技術(shù)，以其相對(duì)較高的生產(chǎn)效率，為我國(guó)古代先民在農(nóng)業(yè)、手工業(yè)、軍事等等方面的發(fā)展都提供了充分的技術(shù)保障。

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