【冶金史话】铸铁为何单单在中国发明？

　　 在人工冶铁术发明之前，中国人已懂得利用天然的陨铁来制造工具。现已发现公元前14世纪至公元前9世纪的陨铁制品，主要为铜铁复合器物，这些器物用铁被作为工具的刃部，可见当时铁的珍贵，以及人们对铁和青铜两种金属材料不同性能的深刻认识。   
    人类历史早期，由于受到种种限制，冶炼温度还不能达到使金属铁完全熔化的高温，所以只能得到海绵状半熔融渣铁混合的团块状熟铁，称为块炼铁，主要见于西方。中国人则在大约公元前6世纪，甚至更早就发明了铸铁，并且在随后的时间里，把铸铁脱碳成钢。这两种代表着东西方不同的技术路线，在世界上长期并存着。   
　  为什么铸铁单单在中国发明，而不是西方？
    其实，从现有的考古发现，西方也曾经偶然得到一些铸铁产品。例如，在古罗马的一些遗址中，包括在英格兰的一些古罗马遗址中，也曾发现一些生铁颗粒，但并没有被长期使用下去。这是因为，铸铁本身是脆的，只有进行一系列的热处理加工，变成韧性铸铁后，才能真正具有实用价值。而中国正是掌握了这最为关键的铸铁韧化技术。　
　　在中国古代，制陶技术比较发达。随着时间的流逝，陶窑温度也不断上升。比如黑陶的烧制温度已经非常之高，有一些陶窑能达到1000摄氏度以上。另外一项比较发达的技术是青铜铸造技术。
    商周以来，青铜范铸技术一直非常发达，这种铸造技术很自然地就延续到铸铁材料的加工上。春秋战国时期，青铜文明已经发展到一定程度，出现各种青铜礼器。技术成熟后，青铜器的铸造需要一种新的材质，铸铁就应运而生。同时，人口的增加、农业的大发展也催生了铸铁及韧化铸铁的产生。
　　在铜冶炼方面，内热法的冶铜炉已经产生。例如，湖北铜绿山矿冶遗址中曾出土过这种冶铜炉。所谓内热法，就是把矿石和木炭放在一个炉腔里，进行燃烧还原直接生产出金属。这也是中国和其他西方国家的不同之处。而退火技术的采用，让中国的铸铁技术区别于古罗马的技术。当时，人们已经能采用退火，让铸铁变成韧性铸铁，或者铸铁脱碳成钢。这对我国古代的农耕文明产生了积极的影响。    
    我国古代的农耕文明最早可能要追溯到新石器时期，当时的耕作工具还主要是石器。在青铜时代，青铜器大都用来做礼器，大量用来制作农具还很少见。一方面是因为铜资源非常难得；另一方面，铸造工艺比较复杂，需要添加锡才能制成青铜，而锡矿难以获取，这就限制了人们把青铜作为农业生产工具的材料来大规模生产。在这种情况下，铁器的出现满足了农业发展的需要。
    其实，原本西方的块炼铁技术和铸铁技术都可以拿来生产农耕用具。然而，西方的块炼铁技术是固态炼铁，通过不断地敲打，最后成钢成铁，其生产效率远低于铸铁。中国的铸铁技术则是由液态直接浇铸成形，然后加以退火，产品能够直接使用，且生产效率也比较高。在以深耕细作为代表的中国北方旱地的农作技术中，铸铁材料制成的农用工具一直被延用了下来，有初耕的、中耕的、播种的、收割的，等等，种类繁多。这些农具硬度高、强度大，性能优越。其中，最典型的是铁犁以及铁犁铧，有大量出土的文物佐证。
    铸铁技术在军事上也很早就得到了应用。西汉早中期，铁制兵器取代青铜兵器，在中原地区占据了主导地位。铁兵器比铜兵器更为先进，是因为铸铁脱碳制成钢之后具有的延展性，使得铁制兵器比铜制兵器的尺寸更长。不过当时在边疆地区，铁制兵器的比例还较低。
    铸铁与人们的生活也息息相关。衣食住行所需的很多工具、器具都是用铁制造的。如炊具当中最常用的铁锅。明清时期，中国与南洋等地的贸易中，最大宗的贸易商品就是铁锅，还有铁铲子、铁勺等。很多建筑的关键部位、结构件也都开始使用铁制品。赵州桥是中国古代石拱桥的优秀代表，其石头、石块之间的连接部位，也大量地使用了铸铁，及其铸铁制成的钢。
　  作为中华文明必不可少的一个组成部分，民间信仰以及一些宗教传统也不可避免地和铸铁关联起来。从目前现存的各种大型铁质文物的调查结果来看，和宗教传统、民间信仰有关的铁质文物所占的比例非常大。例如，铁佛、铁塔、铁钟，甚至寺庙当中的铁人，以及码头渡桥边的铁牛、铁狮子等。
    正是因为铸铁生产的简便易行，以及铸铁后制成钢的技术的通行，造就了中华文明延绵不断地发展。也有人说，铸铁技术向西方的传播推动了整个人类文明的发展。

　　（作者系北京科技大学冶金与材料史研究所教授、博士生导师）