科学人物|柯俊、夏鼐与藁城商代铁刃铜钺

摘　要：1972年在河北藁城台西村商代遗址出土了一件铁刃铜钺，引起考古学界和技术史界的浓厚兴趣。围绕这件中国冶铁技术史上的重要文物，学者们展开了诸多讨论，争议的主要焦点在于其使用的铁究竟是来自陨铁还是人工冶炼。著名考古学家夏鼐对人工冶炼说持怀疑态度，进行了一系列科学研究的尝试，最终将任务交给了材料学专家柯俊先生领导的研究人员。柯俊先生带领研究人员进行了一系列工作，以实验数据和科学分析为这件学术公案的定案做出了重要贡献。

关键词：夏鼐，柯俊，藁城铁刃铜钺，中国冶金史

1972年10月，当地群众在河北藁城台西村商代遗址挖出一批遗物。河北省博物馆文物管理处将遗物全部收回，并对遗址进行了再调查，共获得铜器、玉石器等文物26件，均为商代遗物，年代约当公元前14世纪前后，即殷商安阳小屯早期。这批遗物中，最引人注目的是一件铜钺（图1）。该钺残长111毫米，阑宽85毫米，刃部断失，但从断面观察，原刃部为铁质，残存刃部包入铜内约10毫米。

河北省博物馆将该钺送交冶金工业部钢铁研究院分析检验。所得研究报告认为钺的刃部系古代的熟铁（与现代方式生产的熟铁不同），有三点理由：（1）金相组织观察，发现大量条带状夹杂物，并且钺本身有分层现象，说明金属经过热变形。电子探针微区分析，试样含有硅酸盐和大块的氧化钙，条带状夹杂物，夹渣和渣子的化学成分都具有“熟铁”的特征；（2）电子探针微区分析的结果显示，试样含锰很低，这是“熟铁”化学成分的特征之一；（3）化学定量分析试样含有0.35%碳和1.76%的镍，可能来自于燃料及原材料。[1]

关于我国开始使用和冶炼铁器的年代，过去多以为在春秋战国之际，但无论从文献或地下考古发现证明春秋战国时代，我国的冶铁技术是相当进步的，规模也是很庞大的，因此它不可能是我国使用和冶炼铁器的原始阶段。在此以前，必然还要有一段发展过程。……台西铁刃铜钺的发现证明了郭沫若同志的论断是正确的。[1]

这篇工作报告投寄给《考古》杂志后，引起时任中国社会科学院考古研究所所长、著名考古学家夏鼐先生的关注。夏先生对“古代熟铁”的鉴定结果持怀疑态度，因此于1973年6月25日委托地质学家张文佑先生开展进一步的鉴定，以查看该铁刃“是否陨铁”[2]。到当年8月份，因为“地质所的鉴定迟迟未能交来”，夏鼐先生只好先行将河北博物馆的工作报告发表，并“先写一读后记，以待今后进一步分析研究”[2]。这篇“读后记”附在河北博物馆工作报告的后面，发表在《考古》杂志1973年第5期，主要内容如下：

藁城商代遗址出土的铁刃铜利器，是一个很有意思的发现。但是，根据已做过的化学分析和金相学考察，似乎并不排斥这铁是陨铁的可能，还不能确定其“系古代冶炼的熟铁”。

根据试验报告，先就金相观察而言，“因已锈蚀，看不到金相组织”，所以我们无法利用陨铁经常具有的维德门施塔特氏结构来作为鉴定标本的标准。至于“发现大量条带状夹物，并且钺本身有分层现象”，这只能证明金属经过热变形和锤打的，因之不是生铁（生铁捶打即碎），而不足以确定其为熟铁或陨铁。……

再就化学分析而言，“基体为铁，并含有较多的铜、镍、锡及微量的铝、钴、钛、硅、铅等”。这里面铜和锡的含量虽多，但二者“可能来自铜合金包套”。最可注意的是含镍较多。我们知道陨铁的特征是含镍较多，而冶炼的铁一般含镍极微或完全没有（只有从磁黄铁矿提炼的铁是例外，但这是比较少见并且古代很少开采的铁矿，不知道我国有否这种矿和古代曾否开采过）。定量分析一个小试样是含镍1.76%，这是比较高的，是一般冶炼的熟铁中所罕见的。但是陨铁的含镍量一般比这还要高，在5%以上，虽然也有含镍很少的。……所以这方面还要再作定量分析。……

简报中提到了流入美国的1931年浚县出土的两件铁刃铜利器。这两件在1946年发表后，1954年梅原末治加以研究，认为是冶炼的铁，并且还认为这两件的发现是“划时代的事实”（《关于中国出土的一群铜利器》一文，见《京都大学人文科学研究所创立廿五周年纪念论文》1954年），但是后来做了科学分析，证明实是陨铁所制（见R.J .Getten等，《两件中国古代的陨铁刃青铜武器》，1971年英文版）。1958年在广东英德发现一块3-4吨重的古代的陨铁，当时认为系人工冶炼的合金钢（《文物》1959年1期28页），后来证明乃是陨铁（同上，8期51 页）。我们以为这次所发现的青铜利器的铁刃是否系冶炼的熟铁，还有待进一步的分析研究。（读后记）[1]

这篇“读后记”随简报发表后，夏鼐先生在繁忙的工作当中一直关注着这件事的进展，不仅关注着地质研究所的鉴定结果，还自己广泛查阅冶金史、冶金考古研究的相关文献，期待尽快解决这一问题，从他的日记当中我们可以看到很多关于这件事的记载。

上午地质所陶克捷同志来谈关于藁城出土铜斧（铁刃）问题，已做些化验，正拟写鉴定书。（1973年11月20日）

与陈滋德同志商谈关于河北藁城商代遗址的铜柄铁刃器事。（1974年1月11日）

上午地质所陶克捷同志来谈关于藁城铁器的问题，已写成初稿，以为不是冶铁，可能还是陨铁。（1974年1月14日）

地质所陶克捷同志送回藁城标本，因她将下五七干校。（1974年2月4日）

贵阳化学地质所欧阳自远来所谈关于陨铁鉴定问题，取去陶克捷同志的鉴定书。（1974年5月27日）

阅毕泰莱科特《考古冶金学》（pp.1—311）。这是限于铜、锡、铅、金、银、铁，但叙述及诠释得颇为精而确，为研究古代冶金者必读书之一也。（1974年5月31日）

阅Brill[布里尔]主编Science and Archaeology[《科学与考古学》]首二篇，关于金属的鉴定（镀金或贴金，铁器的金相学研究）。（1974年6月2日）

上午物理所李国栋同志来谈冶铁史问题：（1）铁及冶铁的最早标本；（2）陨铁制器与冶铁孰早；……一会儿，陈滋德同志偕河北省文管会唐云明同志来，取去藁城殷代铜柄铁刃。对于地质所切片，大为不满，对陨铁的结论，也不同意。谈得很久，由陈滋德同志从中调解，由陈同志出一收条，而告一段落。（1974年8月8日）

……[2]

虽然做了一些科学鉴定，但仍未能彻底说服持不同意见的研究人员。1975年，唐云明发表文章再次讨论这一问题，列出一系列辩驳理由，并再次重申：

它有力地证明：早在三千多年以前，我国劳动人民就开始使用铁来制造用具……但是，对这件铜钺刃部的铁究竟是“熟铁”，还是陨铁，目前存在着不同看法……总之，从目前了解到的材料出发，在没有更多、更充分的论据出现以前，我们倾向于这样的意见：台西商代铜钺的铁刃当是古代的熟铁。[3]

而夏鼐先生对铁刃铜钺鉴定结果的质疑，主要是试验结果不能排除是陨铁的可能。如何区分人工冶铁与陨铁在成分、组织、夹杂物等方面的差别，尤其是在试样锈蚀状态下找出它们之间的差别是一项艰巨的任务。为了从冶金史的角度出发寻找“更多、更充分的论据”，从1974年8月开始，夏先生开始接触北京钢铁学院以柯俊先生为首的冶金史研究人员（图2），于11月11日将地质所及地化所的鉴定书交由北京钢铁学院丘亮辉老师带回[2]，希望能再做一次系统全面的科学检测。

接下任务后，柯俊先生从1975年5月开始集中开展检测工作。在精心设计实验的过程中，他除了依靠自己丰厚的学术素养和经验积累，还广泛吸取各方面的意见，一方面积极与前期已经开展过这一工作的同行沟通，了解相关情况；另一方面，经常听取夏鼐先生等考古专家的意见，对工作内容作出调整。根据夏鼐先生的日记和柯俊先生的实验笔记本，我们可以大致复原出这一工作开展的过程（中间包括对满城、燕下都铁器分析的部分内容），如表1所示。

在分析铜钺铁刃的同时，柯俊院士还分析了河北满城刘胜墓出土的钢剑，渑池出土的魏晋南北朝时期、经过脱碳退火处理的铸铁件，以此来确定人工冶炼的铁在成分、夹杂物组成上的特点，从而做出对比。由于铜钺铁刃锈蚀严重，镍的含量低于正常的陨铁，因此还对新疆陨铁、广西南丹陨铁进行分析，以此来了解陨铁的组织、陨铁风化后镍钴的分布状态，进而解释铜钺铁刃样品出现的现象。在铜钺铁刃样品的分析研究中，先后有五位同志参与了实验工作，采用了金相、X射线荧光、电子探针、扫描电镜能谱仪等实验方法。研究是在矿冶研究院、化工冶金研究所、地质研究所等多个部门单位共同进行的。

实验结束后，柯俊先生亲自撰写了文章《关于藁城商代铜钺铁刃的分析》，但没有署自己的名字，而是以“李众”的署名发表在《考古学报》1976年第2期。文章共18页，近20000字，文中有线图插图7幅及8个图版，含有实物、实验分析照片40幅，是一篇篇幅巨大的文章。

文章首先回答了人工冶铁的特征，提出了“利用电子探针和金相检查观察铜钺铁刃中是否有含硅夹杂物，这是判别铁刃材料来源的一个重要依据”。第二步是阐述陨铁的特征，它有自己特殊的组织与合金元素，而这些是人工冶铁无法获得的。第三步详细介绍了铁刃的金相组织、成分和镍钴的分布状态等分析条件与实验结果，以及作为对比样品的新疆陨铁、南丹陨铁、满城汉墓钢剑等样品的分析条件与实验结果。最终表明，对断刃表层的外来包含物分析的结果与人工冶炼的钢铁中的夹杂物的成分有本质区别。

铜钺铁刃最后的鉴定结果如下：

藁城铜钺铁刃中没有人工冶铁所含的大量夹杂物，原材料镍估计在6%以上，钴含量在0.4%以上。更为重要的是，尽管经过锻造和长期风化，铁刃中仍保留有高低镍、钴层状分布，高镍带风化前金属镍含量达到12%，甚至可能在30%以上。这种分层的高镍偏聚，只能发生在冷却极为缓慢的铁镍天体中。根据这些结果以及与陨铁、陨铁风化壳结构的对比，可以确定, 藁城铜钺的铁刃不是人工冶炼的铁, 而是用陨铁锻成的。[5]

柯俊先生用独特的、先进的鉴定方法和充分的实验证据，为中国冶金史和考古学解决了一个重大难题。文章完美回答了夏鼐先生提出的各项疑问，发表后引起了极大的社会反响，其内容被国内许多学者关注与引用，持反对意见的学者也逐渐接受了文中提出的观点[6]。得以完成这一工作，柯俊先生后来也一再对夏鼐先生给予他的帮助和信任表示感谢。

文章发表后，还引起了国际学界的关注。1977年4月11日，夏鼐先生写信给柯俊，信中提到：

最近收到美国来信，打算译载您的关于藁城铁器的大作，我们请示了学部领导，得到同意。惟他们希望能有原照片以便制版，不知你能否提交我们一份？以便转寄。附上英文原信，用毕请退还，以便存档。（图6）

1977年11月30日，夏先生将美方寄来的英译稿托人带给柯先生审改。审改后的稿子由夏先生于1978年5月10日寄出。[4]5月18日夏先生再次来信告知英文稿件的进展情况：“大作英译稿，已经代为挂号航空寄去，望勿为念。我匆匆看过一遍，改了几个字，因为时间关系，来不及征求你的意见，想来你也会同意的。……我知道你很忙，这次能在限期以内寄去，是费了很大的努力的。我应该谢谢你，使我能完成答应了人家的工作。”（图7）这篇英文稿最终于1979年发表在美国《东方艺术》第11期上。

“关于藁城商代铜钺铁刃的分析”文章及实验笔记体现了柯俊先生一贯坚持的科学精神，他坚持实践是检验真理的唯一标准，充分表现出他认真严谨的科研态度。而夏鼐先生支持柯俊先生从事冶金考古的研究，解决重大疑难问题，使柯俊先生领导的冶金史团队得到了考古界及科技史界同行的认可。可以说该文章是当时冶金史研究的杰出代表，为后期柯俊先生的冶金史团队“中国古代钢铁技术的发展历程”获得国家自然科学奖三等奖打下了很好的基础。

本文图片均由作者提供

注：1、夏鼐（1910-1985），字作铭，浙江温州人。1934年毕业于清华大学历史系，1935-1939年留学英国伦敦大学考古学院，后获博士学位。1941年回国后，曾任中央研究院历史语言研究所副研究员、研究员等职。1950年起任中国科学院考古研究所副所长、所长，哲学社会科学部学部委员等职。他1959年加入中国共产党，1982年后，任中国社会科学院副院长兼考古所名誉所长，兼任中国考古学会理事长、国家文物委员会主任委员等职。他是新中国考古工作的主要指导者和组织者，对中国考古学的全面发展作出了卓越贡献。

2、张文佑（1909-1985），地质学家，河北唐山人。1934年毕业于北京大学地质学系，1945年-1947年赴欧美考察深造，回国后任中央研究院地质研究所研究员，兼任中央大学教授。1949年后历任全国地质工作计划指导委员会委员，北京大学、北京地质学院兼职教授，中国科学院地质研究所研究员、所长，中国科学院学部委员、地学部常委，中国科学院主席团成员，中国地质学会副理事长，中国石油学会副理事长，国务院学位委员会委员。

3、 柯俊（1917-2017），祖籍浙江黄岩，生于吉林长春。他1938年毕业于武汉大学化学系，1948年获英国伯明翰大学博士学位并在该校担任高级讲师。1953年回国，在北京钢铁工业学院（1960年更名为北京钢铁学院、1988年更名为北京科技大学），先后任教授、物理化学系主任和副院长、北京科技大学校长顾问等职。1980年当选中国科学院学部委员，并担任技术科学部常委。1983年加入中国共产党。

4、1974年暑假，北京钢铁学院要求全校各教研室派人参加“评法批儒”学习班，该学习班分两组，统称“理论组”，其中一组研究冶金领域的儒法斗争，简称“冶金组”，当时的任务是从《盐铁论》看儒法两家思想对冶金技术发展的不同影响。同年，将工作拓展至编写《中国冶金简史》和《中国古代冶金》，“北京钢铁学院冶金史组”成为正式的机构名称。1981年，柯俊教授将机构英文名称定为“Archaeometallurgy Group, Beijing University of Iron and Steel Technology”。

参考文献

[1] 河北省博物馆文物管理处．河北藁城台西村的商代遗址[J]．考古，1973（5）：266-271．

[2] 夏鼐著．夏鼐日记卷7（1964-1975）[M]．上海：华东师范大学出版社，2011．

[3] 唐云明．藁城台西商代铁刃铜钺问题的探讨[J]．文物，1975（3）：57-59．

[4] 夏鼐著．夏鼐日记卷8（1976-1980）[M]．上海：华东师范大学出版社，2011．

[5] 李众．关于藁城商代铜钺铁刃的分析[J]．考古学报，1976，2（2）：17-34．

[6] 唐云明．再论藁城台西出土的铁刃钺及我国早期用铁的问题[J]．郑州大学学报（哲学社会科学版），1987（6）：83-88．

作者简介：李秀辉，女，本科，北京科技大学科技史与文化遗产研究院副教授。

程瑜，女，硕士，北京科技大学科技史与文化遗产研究院工程师。

韩汝玢，女，本科，北京科技大学科技史与文化遗产研究院教授。

责任编辑：王传超

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