人類對鐵的認識始於隕石 “天外飛石”成就鋼鐵

鐵和鋼在人們的生活中無處不在，是制造生產工具、生活工具以及戰爭工具的重要材料，鋼產量甚至一度成為綜合國力的標志。

人類對鐵的認識始於隕石

鐵礦石是地殼主要組成成分之一，鐵在自然界中分布極為廣泛，但人類發現和利用鐵卻比黃金和銅要遲。主要是由於天然單質狀態的鐵在地球上非常稀少，而且它容易氧化生鏽，加上熔點又比銅高得多，就使得鐵比銅難於熔煉。

人類最早發現的鐵是從天空落下來的隕石，隕石中含鐵的百分比很高，是鐵和鎳、鈷等金屬的混合物，在融化鐵礦石的方法尚未問世的時候，人類不可能大量獲得生鐵，鐵被視為一種帶有神秘色彩的珍貴金屬。

人類對隕鐵的認識經歷了漫長曲折的歷程。古代兩河流域的蘇美爾人把鐵稱為“天上的銅”，公元前2000年赫梯人的楔形文字有一段文獻記載了當時的金屬產地，特別強調說鐵是採自天上的。同一時期的埃及紙草書也記錄了天上落下石塊和鐵塊，埃及人建造金字塔時就應用了隕鐵，還將其稱為“天鐵”。古希臘大詩人荷馬在《伊利亞特》中記載，在一次競技會上曾把一塊粗糙的鐵作為獎品贈給優勝者。那時希臘還處於青銅時代，這塊粗糙的鐵很可能就是隕鐵。古代阿拉伯人曾說過：“鐵是出產在天上的。”住在北極的愛斯基摩人直到19世紀還用隕鐵鍛打魚叉。

我國史書記載了700多次隕石降落，其中公元前368年(秦獻公十七年)、公元1064年(北宋治平元年)、公元1321年(元至治元年)、公元1350年(元至正十年)記錄了鐵隕石。可見古老文明很早就認識到了隕石來自天外，並已經會使用隕鐵了。

鐵曾與黃金同價

在西亞的一些游牧部落裡流傳著一個神話般的傳說，鐵既然是從天上降下來的，那麼天空一定是個大鐵盤。盡管先人傳說鐵隻有天上才有，但還是有一些不遵從祖訓的年輕人試圖在人間發現鐵。西亞的赫梯人最早會冶煉和使用鐵器。公元前1290年，埃及國王致信赫梯國王要求提供一些鐵，赫梯國王回信答應給他提供一把劍，但要求用黃金來交換，可見當時鐵是一種非常貴重的金屬。赫梯國王還在信中炫耀說：“在我們的國土上，鐵和塵土一樣平凡。”

早期的冶鐵技術大多是採用固體還原法，冶煉時將鐵礦石和木炭一層一層地堆放在煉鐵爐中，點火燃燒，產生一氧化碳，從而使鐵礦石中的氧化鐵還原為單質鐵。早期的鐵由於冶煉溫度很低而性能很差，是含大量碳氧雜質的合金，古人稱之為“惡金” 。

赫梯國王把鐵視為專利，不許外傳，以至在一段時間裡，鐵的產量極少，貴如黃金，其價格竟是黃銅的60倍。鐵器隻被當作珍貴禮品在一些國家的宮廷裡傳送。而赫梯人打擊敵人最有效的武器是戰車，在戰場上，他們驅趕披著鐵甲的馬拉戰車沖鋒陷陣，所向披靡，使來敵聞風喪膽。

春秋戰國出現鑄鐵農具

冶鐵技術的發明，標志著奴隸時代的結束和封建社會的開始。商代用隕鐵制作了鐵刃銅鉞，說明那時對鐵的性質和鍛打嵌鑄的技術已經有了一定的認識和掌握，但當時尚不知人工煉鐵。

最早大量生產鐵並將其應用的是赫梯帝國，到了公元前1200年，鐵已在中東各地廣泛運用，但在當時並未取代青銅在應用上的主要地位。

我國在春秋戰國時發明了鑄鐵技術，河北興隆縣壽王墳出土了大量戰國時的鐵范，其中有較復雜的復合范和雙型腔，還採用了難度較大的金屬型芯，反映了當時的鑄造工藝已有較高水平。戰國時發明的用柔化退火制造可鍛鑄件的技術和多管鼓風技術是冶金技術的重要成就，比歐洲早兩千年左右。

生鐵的生產效率高，鑄造性能又較好，這為廣泛使用鐵器提供了方便。但在冶煉生鐵的初期，由於溫度還不夠高，硅含量也較低，致使生鐵中的碳在冷卻凝固時不能成為石墨狀態，煉出的生鐵性脆而硬，鑄造性能雖好但強度不夠，這種生鐵人們稱它為“白口鐵”，它隻能鑄造某些農具。從河北興隆燕國礦冶遺址出土的大批鋤、范等，就是由白口鐵鑄成的。

為了克服白口鐵的脆性，人們創造了白口鑄鐵柔化處理技術，就是將白口鑄鐵長時間加熱，使碳化鐵分解為鐵和石墨，消除了大塊的滲碳體，這對減少脆性、提高韌性可以起良好的作用。處理后的白口鐵就變成了展性鑄鐵。湖南長沙出土的戰國鐵鏟、河南輝縣出土的戰國中期鐵帶鉤、河北易縣燕下都出土的戰國晚期鐵?、鐵鋤等，都屬於這種展性鑄鐵。

戰國中期以后，鐵器已取代銅器成為主要的生產工具。《管子·海王篇》說“一女必有一針、一刀”“耕者必有一耒、一耜、一銚”。正是鐵器的普遍應用，極大地推動了社會生產發展，使奴隸制向封建制轉變，造就了戰國時期經濟繁榮、百家爭鳴的昌盛局面。

西漢大規模“百煉鋼”

“鐵不煉不成鋼”——從鐵到鋼，無疑是質的升華。現在已知最早制造鋼的地方是東非，約在公元前1400年。在公元前4世紀，伊比利亞半島就出產了像利刃彎刀這種鋼兵器，而古羅馬軍隊則在用諾裡庫姆出產的鋼兵器。

中國人在春秋晚期戰國時代就懂得用淬火來硬化鐵器。考古工作者在湖南長沙楊家山春秋晚期的墓葬中發掘出一把銅格“鐵劍”，通過金相檢驗証明是鋼制的。這是迄今為止中國最早的鋼制實物，它說明煉鋼在中國已有2500多年的歷史。

《史記·禮書》和《苟子·議兵篇》中談到，楚國的宛（今河南省南陽）出產的兵器刃鋒像“蜂刺”一樣厲害。當時西方古羅馬士兵使用的刀劍是熟鐵制作的，在戰場上交鋒時一刺便彎，再刺之前非要放在地上用腳踩直不可。公元1世紀時歐洲人普利尼曾經說：“雖然鐵的種類多而又多，但是沒有一種能和中國的鋼媲美。”

西漢時興起了大規模的“百煉鋼”，增加了反復加熱鍛打的次數，這樣既可加工成型，又使夾雜物減少、細化和均勻化。河北滿城一號西漢墓出土的劉勝佩劍、鋼劍和錯金寶刀，就是“百煉鋼”的產物。“百煉成鋼”“千錘百煉”成語由此而來。

西漢中期出現了炒鋼，鋼的組織更加均勻。山東蒼山縣東漢墓出土的煉環首鋼刀，就是用炒鋼鍛打而成。炒鋼的發明打破了先前生鐵不能轉為熟鐵的界限，是中國古代鋼鐵技術史上又一重大事件。

兩晉南北朝時期出現了以灌鋼為主的煉鋼技術。宋代的沈括在其《夢溪筆談》中載有：“用柔鐵屈盤之，乃以生鐵陷其間，泥封煉之，鍛令相入，謂之團鋼，亦謂之灌鋼。”即在煉鋼爐中把熟鐵條屈曲地盤繞著，把生鐵塊嵌在盤繞著的熟鐵條之間，用泥把爐密封起來燒煉，待煉成后再加鍛打。

明代延續了這種灌鋼的冶煉方法，但操作略有不同。明末宋應星著的《天工開物》載：“凡鋼鐵煉法，用熟鐵打成薄片如指頭闊，長寸半許，以鐵片束包尖（夾）緊，生鐵安置其上，又用破草覆蓋其上，泥涂其底下。”

中國的鋼鐵技術在宋代已達到了年產上萬噸的水平。日本從中國的吳越之地學會了手工鋼的鍛鐵技術，從此開始了出口手工鋼（就是日本刀）的歷史。

轉爐煉鋼令世界進入鋼鐵時代

歐洲人學會冶煉鋼鐵比較晚，直到1850年全歐洲仍然煉不出優質鋼，全歐洲出產的鋼鐵加起來不如印度出產的一部分。但現代煉鋼法卻源於1856年英國人貝塞麥發明的酸性底吹轉爐煉鋼法。

貝塞麥是個有趣的人，20歲發明郵票印刷的新方法，后來投入煉鋼法研究，成為一名冶金學家。他發現，將融化的生鐵放進轉爐內吹入高壓空氣，便可燃燒掉生鐵所含的硅、錳、磷、碳而煉成鋼。他首創了這種大量產鋼的方法，此后歐洲、美洲都引進了這一先進方法，世界從此進入鋼鐵時代。

由於空氣與鐵水直接作用，貝塞麥煉鋼方法因而具有很快的冶煉速度，成為當時主要的煉鋼方法。1879年英國人托馬斯發明了鹼性空氣底吹轉爐煉鋼法，成功解決了冶煉高磷生鐵的問題。

第二次世界大戰結束后的20世紀50年代，世界鋼鐵工業進入了快速發展時期，在這一時期開發成功的氧氣頂吹轉爐煉鋼技術和鋼水澆鑄工藝，對隨后鋼鐵工業的發展起到了非常重要的作用。

1952年，氧氣頂吹轉爐煉鋼法發明成功，由於具有反應速率快、熱效率高以及產出的鋼質量好、品種多等優點，該方法迅速被日本和西歐採用。在20世紀70年代，氧氣轉爐煉鋼法已經取代平爐法成為主要的煉鋼方法。

20世紀80年代中后期，西歐、日、美等相繼開發成功了頂底復吹氧氣轉爐煉鋼方法。氧氣由頂部氧槍供入，同時由爐底噴口吹入氬、氮等氣體對熔池進行攪拌。目前世界上較大容量的轉爐，大多數採用了頂底復吹轉爐煉鋼工藝。

歷史故事：刀劍“削鐵如泥”全憑淬火

三國時蜀漢著名的兵器制造家蒲元在斜谷口（今陝西周至縣西南）“?金造器，特異常法”，為諸葛亮鑄刀三千口。刀鑄成以后，為了檢驗質量，蒲元讓士兵用竹筒灌滿鐵珠，舉刀猛砍，如截芻草，竹筒斷而鐵珠裂，人們交口稱贊蒲元鑄造的鋼刀是能夠“斬金斷玉，削鐵如泥”的“神刀”。無論是夸張還是事實，中國傳統的刀劍工藝在當時確實是屬於世界頂尖水平的。

要想鍛制出這樣的“神刀”，最后一道工序淬火至關重要。淬火，就是先把打好的鋼刀放在爐火上燒紅，然后立刻放入冷水中適當蘸浸，讓它驟然冷卻。這樣反復幾次，鋼刀就會變得堅韌而富有彈性了。淬火工序看起來容易，但操作起來極難掌握得恰到好處，燒熱的火候、冷卻的程度、水質的優劣，都有很大關系。淬火淬得不夠，則刀鋒不硬，容易卷刃﹔淬火淬過頭，刀鋒會變脆。

據《諸葛亮別傳》講，蒲元對淬火用的水質很有研究。他認為“蜀江爽烈”，適宜於淬刀，而“漢水鈍弱”，不能用來淬刀，涪水也不可用。他在斜谷口為諸葛亮造刀，專門派士兵到成都去取江水。由於山路崎嶇，坎坷難行，所取的江水打翻了一大半，士兵們就摻入了一些河水。水運到后當即被蒲元識破，“於是咸其驚服，稱為神妙。”在1700年前，蒲元就發現了水質的優劣會影響淬火的效果，這實在是了不起的成就，而歐洲到近代才開始研究這個問題。（劉慧慧）