江苏考古重大发现：汉朝已掌握炒钢法，比欧洲早一千九百年

公元前154年，徐州狮子山的一座地下武库里，四千余件铁兵器静静地躺在甬道两侧。

考古人员后来清点发现，其中有一件铁胄，由一百二十片甲片穿缀而成，重四点七公斤。

更令冶金史研究者意外的是，北京科技大学对其中二十一件样品做金相分析后判定，五件为炒钢制品——有铁兵器、铁胄和铁甲片。

这五件铁器，把人类掌握炒钢技术的时间钉在了公元前二世纪。

它们所指向的，是一种让汉军在战场上“一汉当五胡”的兵器优势。

要理解这种优势从何而来，得先从徐州这座武库说起。

这座武库属于西汉第三代楚王刘戊，他死于公元前154年，因参与吴楚七国之乱兵败自杀。

武库中堆满各式成捆的实战兵器，两千年后有些依然锋利无比，轻轻一划刃锋力透十余层厚纸。

刘戊是西汉早期的诸侯王，他的武库里已经有了炒钢兵器。

这意味着炒钢技术在西汉初年已经成熟到可以批量制造兵器的程度。

考虑到技术从发明到普及需要时间，炒钢法的实际出现时间还要更早——可能上溯到汉初，甚至秦朝。

什么是炒钢？

生铁的含碳量超过百分之二，又硬又脆，一磕就断，做不了好兵器。

熟铁的含碳量低于百分之零点零五，太软，刃口一碰就卷。

钢的含碳量介于两者之间，既有硬度又有韧性。

炒钢法的核心，就是把生铁加热到液态或半液态，然后不断搅拌——像炒菜一样——利用鼓风或撒入精矿粉，让硅、锰、碳氧化跑掉，把含碳量降低到钢的范围。

这个过程听起来简单，但操作门槛极高：温度低了生铁不化，温度高了含碳量降得太快变成熟铁，搅拌的节奏和火候全凭经验。

炒钢的意义在于，它把炼钢从“一步法”变成了“两步法”。

在此之前，要得到钢，只能用块炼法——把铁矿石在低温下还原成海绵铁，再反复渗碳锻打。

这种方法产量低，质量不稳定。

炒钢则先用高炉炼出生铁，再把生铁“炒”成钢，生产效率成倍提高。

冶金史家认为，炒钢的出现是继铸铁发明之后世界钢铁发展史上的又一里程碑。

徐州楚王武库并非孤证。

河南巩义铁生沟冶铁遗址，面积约二点一六万平方米，断代为西汉中期到新莽，出土过炼铁炉十七座，以及一座被冶金史家反复提及的“低温炒钢炉”。

这座炒钢炉的炉门残高只有零点一五米，炉壁上还残存着生铁块，乍看很不起眼，却是炒钢技术在实际生产中运行的直接证据。

遗址中出土的炒钢产品，经化验有的含碳量为百分之一点二八，有的是百分之零点零四八——前者是中碳钢，后者接近熟铁，说明工匠已经能够通过控制火候和搅拌时间来调节产品的含碳量。

铁生沟遗址还有一个值得注意的细节：这里出土了煤饼。

西汉时期用煤作燃料炼铁，这是目前所知中国历史上最早用煤的遗存。

煤的燃烧温度比木炭高，用煤炼铁意味着炉温可以更高，炒钢的效率也随之提升。

同一遗址中还出土了一件铁镢，经化验有十分良好的球状石墨，与现行球墨铸铁国家标准一类A级石墨相当，将世界球墨铸铁的历史提前了两千多年。

河南南阳瓦房庄冶铁遗址，面积约十二万平方米，使用年代从西汉中晚期延续到东汉晚期，是一处以铸造为主、兼营炒钢和锻造的大型铁制品工厂。

遗址中发掘出炼炉十七座，最大的一座长三点六米、宽一点八二米，一次出铁大约两到二点五吨。

这样规模的冶铁作坊，产品涵盖铧、锸、铲、锛、斧、凿、刀、锤、剑等各种铁器。

瓦房庄还发现了铸铁脱碳钢和球墨铸铁，说明南阳的冶铁技术在西汉中晚期已经达到了相当高的水平。

文献方面的证据同样重要。

成书于东汉中晚期的《太平经》卷七十二中有一段话：“使工师击治石，求其铁，烧冶之，使成水，乃后使良工万锻之，乃成莫邪耶。”

冶金史家认为，“水”指生铁水，“万锻”指生铁脱碳成钢后的反复锻打，这正是炒钢加百炼的工艺路线。

这是传世文献中关于炒钢的最早记载，但它描述的技术显然已经存在了相当长的时间。

百炼钢是在炒钢基础上发展起来的。

炒出来的钢含非金属夹杂较多，需要反复加热锻打，把夹杂物挤出去，让组织更致密。

每加热锻打一次称为一“炼”。

东汉时期的实物中，山东苍山出土过一把永初六年（公元112年）的钢刀，铭文刻着“卅湅大刀”；徐州铜山出土过一把建初二年（公元77年）的钢剑，铭文有“五十湅”字样。

这些铭文不是虚言，金相分析证实，三十炼钢刀确实是以含碳较高的炒钢为原料，经过反复多次加热锻打制成，刃口还经过了局部淬火处理。

灌钢法是炒钢之后的又一步进化。

它的原理是把生铁和熟铁按一定比例配合起来冶炼——生铁含碳高，熟铁含碳低，合在一起，碳从生铁向熟铁扩散，最终得到含碳量适中的钢。

东汉末年王粲的《刀铭》中写道：“相时阴阳，制兹利兵，和诸色剂，考诸浊清；灌襞已数，质象已呈。”

这是传世文献中最早“灌”“襞”并举的记载。

西晋张协《七命》更称“万辟千灌”，“辟”指折叠锻打，“灌”指浇筑，两者形成了对应的工艺关系。

近年公布的东汉永寿元年错金环首剑铭文，直接刻着“五十灌二百五十辟”，说明灌钢工艺在东汉中晚期已经达到了相当精细的规格控制水平。

把这些技术放回汉匈战争的背景中，陈汤的那句话就有了实在的注脚。

陈汤，字子公，山阳瑕丘人，建昭三年（公元前36年）以西域副校尉的身份与西域都护甘延寿一起，矫诏发兵诛杀郅支单于。

在朝议是否出兵救援西域都护时，陈汤对汉元帝说：“夫胡兵五而当汉兵一，何者？

兵刃朴钝，弓弩不利。

今闻颇得汉巧，然犹三而当一。”

意思是，胡人的兵器不锋利，弓弩射不远，所以五个胡兵才抵得上一个汉兵；后来他们学了一些汉人的技术，也还是要三个才能抵一个。

陈汤说的“兵刃朴钝”，指的就是匈奴的兵器质量。

匈奴有没有冶铁能力？

考古学的研究给出了一个复杂的答案。

蒙古国和俄罗斯南西伯利亚的匈奴遗址中，确实发现了冶铁炉和铁器，年代约在公元前二世纪到公元一世纪。

但匈奴的冶铁技术与中原属于不同的技术传统——蒙古高原的匈奴冶铁遗存，其炉型、渣型与南西伯利亚和中亚的块炼铁技术更为接近，而非秦汉的高炉—炒钢体系。

块炼铁是低温固态还原，得到的是海绵铁，含碳量低，需要渗碳才能成钢，效率远低于炒钢。

换句话说，匈奴能炼铁，但炼不出汉军那种可以大规模装备的钢制兵器。

汉武帝元狩四年（公元前119年），朝廷在全国三十九郡设置铁官四十八处，由大司农统一管辖。

产铁的县设大铁官，负责冶炼、铸造和贸易；不产铁的县设小铁官，管理铁器流通。

这套官营体系把冶铁从分散的民间作坊提升为国家规模的工业。

汉武帝时期，铁器已经基本取代青铜成为军队的主要装备。

从西汉早期的诸侯王墓葬中青铜兵器仍占相当比例，到西汉中期的长安武库出土兵器几乎全是铁器，这个转变只用了几十年。

铁农具的普及是同一枚硬币的另一面。

铁犁、铁锄、铁镰在全国范围内广泛使用，使得农业生产力显著提高。

铁农具使大规模水利工程成为可能，灌溉网络的扩展又反过来提升了粮食产量。

西汉中期，农学家赵过推广“二牛三犁”的耦犁法，用两头牛三个人完成耕作，耕得更深，效率更高。

学者周国林做过估算，汉代一亩农田小麦可产一百二十斤，稻谷可产一百二十九斤，小米可产一百一十六斤；而十三世纪英国小麦的最高亩产量也只有八十四斤。

农业的剩余支撑了军队的远征，冶铁的技术支撑了兵器的锋利，两者共同构成了汉朝国力的底座。

把视线拉远一些，炒钢法在世界冶金史上的位置就更清楚了。

欧洲直到十四世纪才学会制作生铁——蒙古西征把东方的冶铁技术带到了欧洲。

十八世纪中叶，英国开始大量用生铁冶炼熟铁，利用水力鼓风对熔化的生铁进行脱碳，然后锻造排渣，成为低碳熟铁。

这就是欧洲的“炒钢法”，与中国汉代的炒钢法原理相似。

马克思在评价这一技术革新时说，不管怎样赞许也不会夸大了它的重要意义。

但马克思不知道的是，同样的原理，中国人在一千九百年前就已经应用了。

铁生沟遗址中那座不起眼的低温炒钢炉，炉门残高只有零点一五米，炉壁上还留着生铁块的痕迹。

把它和楚王武库中那件重四点七公斤的铁胄放在一起看，一个是生产的现场，一个是使用的终端。

从巩义的炉火到徐州的兵器，炒钢法走过的这条路，最终通向了陈汤对汉元帝说的那句话——“夫胡兵五而当汉兵一。”

两千多年后，当冶金史家把楚王武库中铁甲片的金相照片放在显微镜下时，他们看到的是一种被反复搅拌、脱碳、锻打过的钢组织。

那种组织告诉后来的人：汉军的优势不是来自人数，不是来自士气，而是来自一座座炒钢炉里翻搅的铁水。