第十一章、东周时期的生产技术
一、中国人工冶铁技术的开端：
冶铁技术的发明，在人类历史上具有划时代的意义。铁制生产工具的广泛应用，标志着新的生产力的出现，因而极大地促进了社会经济的发展。我国的人工冶铁技术始于何时，是学术界长期探讨的重要课题。随着考古发掘工作的深入开展，大量铁器不断出土，加之科学检测手段日臻完备，我国应用人工冶铁制品起始时间的研究已取得显著成果。 人类对铁的认识和使用是从陨铁开始的。以陨铁加工成的制品含有较高的镍和钴，并且有高低镍钴分层，这在人工冶铁条件下是不可能形成的。据考古资料，早在公元前14世纪左右，商代的先民就已经对陨铁进行加工，并制成兵器、。
1990年3月至1991年5月，在河南三门峡市上村岭虢国墓地的考古发掘中，2001号墓出土一件玉柄铁剑和一件铜内铁援戈（图一、1、2）（图版一、1、2），2009号墓出土一件铜骹铁叶矛3（图一、3）。经北京科技大学冶金与材料史研究所鉴定，铜内铁援戈是块炼铁制品， 玉柄铁剑和铜骹铁叶矛是块炼铁渗碳钢制品。2001号墓和2009号墓均为国君级大墓。2001号墓主人为虢季，2009号墓主人为虢仲。铁剑的铜制柄镶以美玉及绿松石，戈、矛铜制柄部亦镶嵌绿松石，纹样华贵，表明人工冶铁为贵重和稀少的材料，是人工冶铁早期出现的特征。关于2001号墓和2009号墓的年代，学术界的看法略有差异，大致认为在西周晚期至春秋初年之间。对玉柄铁剑、铜内铁援戈和铜骹铁叶矛年代的看法，则认为当属西周晚期之物。
研究结果表明，块炼铁制品是最早的人工冶铁制品。块炼铁是在较低温度（800-1000℃）下，用木炭还原铁矿石，得到比较纯净，但质地疏松的铁块。经过锻打，羼进一些夹杂物（主要是氧化亚铁和硅酸盐），可以制作出适用的器物。这种炼铁方法称为块炼铁法。由于铁的还原未经液态，故又称为低温固态还原法。以块炼铁为原料，锻成所需物件，并在炭火中长时间的反复锻打，使块炼铁渗碳钢变硬，从而创造出块炼铁渗碳钢技术。上村岭虢国墓地2001号墓和2009号墓出土的玉柄铁剑、铜内铁援戈和铜骹铁矛即以固态还原法冶炼的块炼铁制成，并应用了块炼铁渗碳钢技术。长期以来，学术界通常认为经过鉴定的中原地区最早的人工冶铁制品属春秋晚期。2001号墓和2009号墓的考古新发现，将中原地区使用人工冶铁制品的时间提前到西周晚期。
值得注意的是，经C14测定，约在公元前1000——前500年，即相当于我国内地的西周至春秋时期，新疆地区已经使用铁器。而且从新疆东部的哈密，经中部的和静、轮台，直至最西边的帕米尔高原塔什库尔干都曾发现铁器，有剑、刀、锥、釜、戒指、残铁块等，发掘者判定均属人工冶铁制品4。国际学术界一般认为，公元前14世纪以前的西亚地区已经发明冶铁术。所以，新疆冶铁制品的出现很可能与西亚有密切关系。不过新疆出土的这些早期铁器毕竟还未作出分析鉴定，具体成份和性质暂不清楚。此外，学术界对出土铁器的遗址和墓葬年代的判定也尚存歧异。故此，对新疆早期铁器的认识还有待科学鉴定资料的发表。新疆早期铁器与中原铁器的关系也需学术界的深入探讨。
二、春秋时期的铁器：
迄今为止，出土春秋时期铁器的地点有十余处，见于甘肃、宁夏、山西、山东、河南、江苏、湖北、湖南等省。出土铁器之中，农具有锸、锄、铲、耙、钁等，手工业工具有锛、削、凿、斧等，用具有鼎，以及刀、剑等兵器。陕西宝鸡宜门村2号春秋晚期墓出土的铁器多达20余件，有金柄铁剑、金环首铁刀、金方首铁刀和金环首料背铁刃刀等5。
春秋时期的铁器多为块炼铁制品。湖南长沙杨家山65号墓出土的春秋晚期钢剑（图 二、1 ），通长38.4厘米，金相组织为铁素体基体及碳化物，是含碳0.5%左右的退火中碳钢。在剑身断面上可以观察到反复锻打的层次，约7——9层6。此外，江苏六合程桥2号墓出土的铁条也是块炼铁锻制而成7。
春秋早期开始出现生铁制品。生铁是在较高温度（1146仿真软驱 C）下，用木炭还原铁矿石得到含碳量较高（超过2%）的液态铁，这种炼铁方法称作高温液态还原法。液态生铁可以直接铸造各种器物，并能批量生产，因而明显提高了生产效率。我国早在商代就发展起来的炼铜技术，为冶炼生铁术的出现创造了坚实的基础，促使我国古代人工冶铁很快从低温固态还原法跃进到高温液态还原法，从块炼铁跃进到可以直接用于铸造的生铁。山西天马—曲村晋文化遗址发掘出土春秋早期铁条一件、春秋中期铁条两件，均为残器8。经鉴定，其金相组织均显示为过共精白口铁，显示出生铁与块炼铁同时发展是中华民族古代钢铁技术发展的独特途径。春秋时期的生铁制品已多有所见。长沙杨家山65号墓出土的春秋晚期鼎形器为生铁所制（图二、2 ），其金相组织是莱氏体共晶白口铁。长沙窑岭15号墓出土的春秋战国之际铁鼎（图二、3 ），重量已超过3公斤，亦为生铁铸造，基体为亚共晶生铁组织，
并析出少量条状菊花形石墨9。六合程桥1号墓出土的铁块，经鉴定，也是白口铁10。早期生铁多为白口铁。白口铁中的碳主要呈渗碳体状态，性脆而硬。春秋晚期的生铁制品常见白口铁，正是早期生铁的特征。
西亚和欧洲块炼铁技术出现的时间虽然早于中国，但是迟至13、14世纪才掌握冶炼生铁的技术。中国发现最早的生铁制品至少比欧洲提前2000余年。
三、战国时期的铁器：
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战国是铁器广泛应用的时期。铁矿大规模开发，铁器也大批量投入生产。铁器的使用已渗入到社会经济生活的各个领域。据初步统计，出土战国铁器的地点（含冶铸铁遗址）已超过350处，见于黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古、河北、河南、山西、山东、陕西、甘肃、宁夏、新疆、湖北、湖南、安徽、江西、江苏、浙江、广东、广西、四川、云南、贵州等23个省、自治区。秦、楚、燕、齐、赵、魏、韩诸国的广大地区都有铁器出土。其中楚国所辖的湖北、湖南出土铁器的地点多达70余处，燕国辖地河北的地点有40余处。湖南长沙约有200余座战国楚墓出土铁器。
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战国时期的铁农具和手工工具的种类与春秋时期大致相同。铁兵器和用具的种类则更为繁杂。铁兵器有剑、戟、矛、刀、匕首、镞、弩机、胄等，铁制用具有鼎、釜、盘、权、带勾、环、管、钉、车器等，甚至出现颈锁、脚镣等刑具。
战国时期的铁器之中，生产工具所占比例很大。200余处出土铁器的地点见有铁制生产工具，其中铁农具数量较多。河南洛阳东周王城62号战国粮仓出土的铁农具和手工工具有32种126件，总重量达400余公斤11。辽宁抚顺莲花堡燕国遗址出土铁器80件，全部是生产工具，其中农具约占85%12。
尺寸测量 铁兵器逐渐取代铜兵器是战国兵器的时代特征。1965年发掘的河北易县燕下都44号墓，是一座战国武士丛葬坑，现存人骨22具。墓中埋葬的死者可能与一次战争或屠杀有关。墓中共出土铁器79件，包括剑15件、矛19件、戟12件、鐏11件、刀1件、匕首4件、胄1件、锄1件、钁4件、带勾3件和几件零星器物（图 三、A、1－9），另有铁廓底座铜弩机1件、铁铤铜镞19件。青铜兵器仅剑、戈各一件。这些武器分散于死者的身旁，断推是死者生前所使用。上述统计，可能反映出在当时战争中所使用的铜、铁兵器的比例13。燕下都44号墓出土的铁制兵器，尺寸多较长大，有较强的杀伤力。“卜”字形铁戟形制进步，已初步具
有汉代兵器的作风。墓中出土的铁胄，系用89片铁甲片连缀而成（图四）。甲片的编法是上层压下层，前片压后片，全高26厘米。类似的甲胄在燕下都屡有出土。铁胄的出现，表明当时已有铁制防护装备。
铁器在一个遗址或一个墓中大批量出土的现象十分普遍，即使在边远地区也并非罕见。考古发掘不仅在大墓中，而且在小墓中也经常发现铁器。铁生产工具多见于墓葬的填土之中。河南辉县固围村魏国贵族墓中出土的生产工具镬、锄、铲等数十件，几乎全部见于墓道或墓室的填土中14。长沙市郊发掘的小型土坑竖穴楚墓，铁铲和铁斧等也都出自墓室填土中，很可能为民工遗弃之物15。大量的考古资料表明，在战国时期铁器已非珍稀之物。
社会经济的迅速发展，对高质量铁器的需求日益增加，促使人工冶铁技术不断提高。战国冶铁技术的进步突出表现在块炼铁渗碳钢和铸铁柔化退火工艺的推广，以及铁铸范的使用。
块炼铁渗碳钢技术发明之后，至战国时期已得到普遍推广。战国钢制品的出土屡见不鲜。
陕西西安半坡98号秦墓出土的1件铁凿，经检验推测其工艺过程是用含碳量较高的钢，经过多次加热锻打，逐步由表层至内部改变含碳量而制成的16。河北易县燕下都遗址44号墓出土的79件铁器中有锻件57件。对其中6件铁兵器的检测表明，除1件由块炼铁直接锻成外，其余剑、戟、矛、镞5件兵器均由块炼铁渗碳钢锻成，剑、戟并经过淬火。
铸铁柔化技术，即铸铁退火处理技术，是中国古代铸铁技术的一项重要发明。由于生铁性脆，不耐磕碰，在使用生铁所铸工具过程中，势必促使人们寻使铸铁具有韧性的方法，从而导致铸铁柔化技术的发明。将铸铁件加热并持续保温，使铸铁中的自由渗碳体分解，脱碳或石墨化，从而改善铸铁的脆性，并获得一定韧性，形成展性铸铁。据目前所知，至迟在战国早期，我国已发明铸铁柔化技术。1974年河南洛阳水泥制品厂战国早期灰坑中出土铁锛2件、铁铲1件。铁铲已基本锈蚀，仅肩部有厚1毫米的金属残留。经金相检验证明是白口铁经柔化处理得到的展性铸铁，基本为纯铁素体脱碳层，有发展比较完善的团絮状退火石墨。铁锛已大部分锈蚀，仅銎部还残留部分金属。经金相鉴定，证明具生铁特有的莱氏体组织。靠近銎的表面尚存1毫米厚的珠光体带，使白口铁铸件具一定的韧性，可知也经过退火处理17。战国中晚期的铁器，经金相检验发现为展性铸铁的实例更多。如
1957年长沙出土的铁铲18，大冶铜绿山出土的六角锄19，易县燕下都44号墓出土的铁钁、六角锄和鐏，均为展性铸铁。战国时期我国劳动人民创造的铸铁锻化退火技术和展性铸铁工艺，极大地推进了战国乃至秦汉生产力的发展。在欧洲，展性铸铁的出现和应用是在1720年之后，晚于我国2000年以上。
对铜绿山和燕下都出土的2件六角锄进行的考察，可知当时还利用退火的办法，创造出表面为低碳纯铁，中心为硬度高的珠光体和莱氏体的复合铸铁器件，借以提高农具的性能，从而解决了某些农具要求有坚硬锋利耐磨的刃口而又具韧性的矛盾。在战国晚期，北起燕赵，南达荆楚的广袤范围内已普遍应用这种方法。
春秋晚期以陶范铸造铁器。陶范的使用只能是一次性的。但是塑造陶范却需大量重复的劳动，这自然使生产效率深受影响。战国时期在采用陶范的同时又发明了铁范，使铸造工艺出现很大变化。河北、江西等地都出土有铁质铸范。1953年河北兴隆寿王坟遗址出土铁范共42副87件，重量超过95公斤，其中锄范3件（图 三、B、1）、双镰范2件、镢范47件、斧范30件、双凿范2件，车具范2件。铁范分内范、外范、单合范和双合范多种20。1959年河北磁县也出土战国铁范21。1976年江西新建大塘赤岸山战国遗址出土1件铁斧范，
背面带环钮22。铁范的造型和结构合理，本身就是质量精良的白口铁铸件。用这种范铸造出的铁器，表面不粗糙，一般不用再加工，并且这种硬型模具使用寿命长，较之陶范可大幅度提高劳动生产率。
春秋时期的冶铸铁遗址尚未发现。战国时期的冶铸铁遗址则见于河北、河南和山东。河北发现的地点最多。以易县燕下都城址一带最为密集。此外还有兴隆寿王坟、邯郸市区赵王城23、24，平山三汲中山国灵寿城遗址25。河南的冶铸铁遗址则集中于新郑郑韩故城附近26、27，还有登封告城镇古阳城28和商水扶苏故城遗址29。山东的冶铸铁遗址见于临淄齐故城30、滕县古薛城非标夹具31和曲阜鲁国故城32。
许多战国冶铸铁遗址的规模很大。1961年—1962年在易县燕下都故城发现冶铸铁作坊4处，21、23号遗址分处于虚粮冢以东，5号遗址在高陌村西北，18号遗址在武阳台西北，皆发现有大量铁块、炼铁渣、炉渣、红烧土、土和草灰等。23号是遗址中面积最大的一处，约17万平方米，在南半部采集有两块炼铁锅残片以及其他铸铁遗物多件。18号遗址发现铁镞铤，此处可能为兵器作坊。
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