北京钢铁学院学报 1980年第4期 河南汉代铁器的金相普查 科研处治金史组 执第邱亮辉 摘 要 我围古代钢铁技术有重要的发现和盘特的体系。考古发掘铁器的金相考案，是认 识我国古代钢铁技术的重要手段。本文根据文物保护的要求，改进金相检验方法， 对河南出土的302件铁器进行金相普查，其中有279件是汉代铁器。根据普查的结 果，对汉代钢铁生产的产品类型、工艺技术和生产流程提出自己的看法，对古代生 铁的治铸、炒钢和锻造、脱碳铸铁和铸铁脱碳钢、展性铸铁及其球墨组织等问题进 行初步的探讨。金相普查为深入研究汉代铁器制造了条件。 我国商周时期曾经使用陨铁器物〔1)一〔3)。春秋时期开始炼铁并且进入铁器时代〔4一 6)。由于生铁治炼及其柔化处理技术的发明，战国时期铁器的使特别是铁农具的使用日 益广泛。茶汉时期封建国家的统-·，促进了治铁生产的发展，逐渐形成我国独特的钢铁冶金 技术体系〔7〕。 河南在我国早期冶铁技术史上占有重要的地位。战国时期以治铁称若的宛冯〔8)、邓帅、 棠溪、龙渊都在今河南省境内。河南仓城和告成两处战国铸铁遗址已有相当的规模(9)。公 元前119年西汉政府实行盐铁官营，全国设铁官49处，有六处在今河南省境内〔10)。当时总 管全国盐铁业的盐铁丞孔仅就在南阳地区“大鼓铸”。据记载：“宛孔氏之先，梁人也，用冶铁 为业。秦伐魏，迁孔氏南阳，…大鼓钱，家致富千金”〔11)。东汉南阳太守杜诗制造水 排，并用于鼓铸，“用力少，见功多，百姓便之”〔12)。可见南地区冶铁业之兴正发达。 河南省境内象南地区这样的冶铁基地还有不少。目前已经发现的河南汉代治铸铁器的遗址 有十五处之多，遗址面积从儿万平方米到十几万平方米。如197G年发掘的郑州占荥镇汉代治 铁遗址面积约十二万平方米，是汉代河南那官营第一冶铁作坊，简称《河-一》〔13)。1958年 发掘的巩县铁生沟汉代冶铁遗址面！二万多平方米，是议代河南郡官营第.治状作坊，简称 《河三》〔14)。1959年发据的南1瓦房庄汉代铸铁遗址面积约H万平方米，是汉代南网1郴 官营第一铸铁作坊，简称《阳一》〔15)。此外，汉代弘农郡的宜I〔16)、澠池〔17)、颖川郡 的1城(18)、南阳郡的比阳〔19〕等处，从文献记载和出土实物可以判定曾设有冶铸作坊。 这些治铁遗址出土文物的科学考察，可以增加对古代治铁技术的了解。过去对出代铁器 进行考察的数量较少，如1950~1951年河南辉县固围村发掘五座大型魏墓出土战国铁器95件 〔20〕，仪有六件进行过金相考察〔21)。解放初期出土大批战国两汉铁器(22)，有26件进！ 企相分折〔23)。197」年以来对较多的古代铁器进行分析，发现了春秋战国时圳的块炼以、行 132
北 京 栩 铁 举 院 学 报 年第 期 河 南 汉 代 铁 器 的 金 相 普 查 科研 处冶 金史组 执笔 邱 亮辉 摘 要 我 国古代钢铁技 未有重 要 的发现 和 独 特 的体系 。 考古 发掘铁器 的金相 考察 , 是 认 识 我国古 代钢铁技 术 的重 要 手 段 。 本文 根 据文物 保 护 的要 求 , 改进金相检 验方 法 , 对河 南 出土 的 件铁 器进 行金相 普查 , 其 中有 件是 汉 代铁器 。 根据普查 的结 果 , 对 汉 代钢铁生产 的产 品 类型 、 工 艺技术和 生产流 程提 出 自己的看 法 , 对 古 代生 铁 的冶铸 、 炒钢和 银造 、 脱 碳铸铁和铸铁脱 碳钢 、 展 性铸铁及 其球 墨组 织 等问题 进 行初 步 的探讨 。 金相 普查为深入 研 究汉 代铁器 刻造 了条件 。 我国商周 时期 曾经 使用陨铁器物 〔 〕一 〔 〕 。 春秋时 期开 始炼 铁并且进 入 铁 器时代 〔一 〕 。 由于生 铁冶炼及 其柔 化处理 技术的发明 , 战 国时 期铁器的使月 特 别是铁农具的 使用 日 益广 泛 。 秦汉时期封建国家的统一 , 促进 了冶 铁生产 的发展 , 逐 渐形成我囚独特的钢 铁冶 金 技术体系 〕 。 河南在我国早期冶 铁技术史 上 占有重要的地 位 。 战 国时期 以 冶 铁称著 的宛 玛 〔 二 、 邓师 、 棠 溪 、 龙渊都在今河南省境 内 。 河南 仓城和告成两处战 国铸 铁遗 址 已有相 当的规 模 〔 〕 。 公 元前 年西 汉政府 实行盐 铁官营 , 全 国设 铁官 处 , 有六处在今河 南省境 内 〔 〕 。 当时总 管 全国盐 铁业 的盐 铁垂孔仅 就在南阳地 区 “ 大鼓铸 ” 。 据记 载 “ 宛孔 氏之先 , 梁人也 , 用 冶 铁 为业 。 秦伐魏 , 迁孔 氏南 阳 , … …大鼓铸 , 家 致富千 金 ” 〔 〕 。 东 汉南 阳 太 守 杜诗 制造水 排 , 并用 于鼓铸 , “ 用 力少 , 见功多 , 百姓 便之 ” 〔 〕 。 可 见南卜 地 区冶铁业之兴 旺 发达 。 河 南 省境 内象南阳 地 区这样的冶铁 旅 地还有不 少 。 目前 已经发现的河南 汉代 冶铸铁 器的遗 址 有十五处之 多 , 遗址 面 积从 儿万平方米到十几万 平方米 。 如 年发掘 的郑 州 古荣 镇 汉代 冶 铁 遗址 面 积约十二万平 方米 , 是汉代河南郡官 营第一冶 铁作 坊 , 简称 《河一 》〔 〕 。 年 发掘 的巩 县铁生 沟汉代冶铁遗 址 而 积二万 多平方米 , 是 汉代 河南邵官 营 第 二冶 吠 作坊 , 简称 《河三 》〔 〕 。 年发拟的南阳 瓦房 庄 汉代铸铁 遗址 面积 约十三万平方米 , 是汉 代南阳 郡 官 营 第一铸铁作坊 , 简称 《阳一 》〔 〕 。 此外 , 汉代 弘农郡的宜 〔 〕 、 绳 也〔 〕 、 颖 川翔‘ 的阳 城 〔 〕 、 南阳 郡 的比 阳 〔的 等处 , 从文 献记 载 和 出土实物可 以 判定曾设有冶铸作坊 。 这些 冶 铁遗址 出土 文物的科学考察 , 可 以 增加对古 代冶 铁技 术的 了解 。 过 去对古 代铁 器 进 行考察的数量 较少 , 如 一 肠 年河南辉 县固 围 付发掘五座 大型 魏墓 出土 战 国铁 器 件 〔 〕 , 仪 有六 件进 行过 金相考 察 〔 〕 。 解放初 期出土 大批 战 国 两 汉铁 器 〔 〕 , 有 件进 行 〕生 金 相 分析 〔 〕 。 年 以 来 对 较多的 占代铁器进 行分析 , 发现 了春 伙战囚 时 期 的块 炼 训 、 、 万寿
铁、展性铸铁〔4)和钢剑〔24)，渗碳钢及其淬火工艺〔25)，两汉时期的脱碳铸铁、炒钢、铸 铁脱碳钢、灰口铁、带有球墨的展性铸铁等〔26)一〔30)。其中对燕下都出土铁器、满城汉墓 铁器、渑池窖藏铁器、南阳瓦房庄遗址铁器进行批量较大的分析和考察。从地区来看，对河 南省的汉代冶铁技术进行比较集中的研究(31)，取得了对古代冶铁技术全面的认识。 最近，我们同河南省和郑州市博物舘合作，对河南出土320件铁器进行第一次铁器表前 的金相普查，对告成战国铸铁遗址〔32)、铁生沟汉代冶铁遗址〔33)和古菜汉代冶铁遗址〔34) 出生的铁器，凡是没有全部锈蚀的都做了金相分析，以期对汉代冶铁一般生产流程、铁器的 冶炼和铸造、炒钢和锻造、脱碳铸铁和铸铁脱碳钢、展性铸铁和球墨展性铸铁等有进-·步了 解，并为深入取样的研究提供线索。 一、汉代治铁一般生产流程 汉代冶铁的生产流程缺乏文献记载，除对遗址进行研究分析外，通过金相分析研究金属 的组织可以了解到铁器类型，进而推测其生产工艺和生产流程。但金相方法通常需要取样， 才能充分取得科学资料。然而为了确定生产流程，需要对尽可能多的铁器进行金相鉴定。为 此，必须从保护文物出发，减少对文物的取样。用表面金相分析方法，对文物进行不取样的 初查和筛选，以便减少取样分析。经过反复试验，利用牙科牙钻改装成磨样抛光机，在铁器 表面锈层以下1~2毫米深处磨出25平方毫米左右的平面，经过抛光就可以直接在金相显微镜 下观察。 当然这种观察的结果只反映文物表面的组织。这对于内外组织均匀的文物来说，不会影 响检验结果的准确性，而对于组织不均匀的文物，只能代表其表面组织状况。例！，对铁生 沟遗址出土71件铁器进行表面金相普查，并对其中26件进行取样复核和研究，其站果表]， 26件铁器中有21件和普查结果相符，5件对普查结果有所补充（见表1）。 表1 铁生沟铁器两种检验结果的分析 文物名称 表面金相 取样金相 检验结果 分析结果 原因分析 铁箭镞(T5,7) 铸铁脱碳钢 展性铸铁 表面脱碳没有团絮状石墨，故表面金相 普查时看做铸铁脱碳钢 球 器 铁锛('T3,28) 铸铁脱碳钢 球状石墨出现在：心部，表金相普查没 性铸铁 有发现，故判为铸铁脱碳钢 铁镢齿(T14,26) 铸铁脱碳钢 脱碳铸铁 表面系共析组织，心部仍为莱氏体组织， 故表面金相普查看到的是表面组织 铁(T12,13) 口 铁 脱碳铸铁 因锈蚀较深，长面去锈后直接看到心部 白口铁 铁片(T13,7) ◇ 铁 灰口铁 铁片有可能主要是灰口铁，局部地区有 白口铁组织 装1说明铁器内部和表面组织差并越人，丧普直和取样分析结果越不一纹。山此可见 表面普查的结果只有相对的意义。 153
铁 、 展 性铸铁 和 钢剑 〕 , 渗碳 钢及其淬火工艺 〔 〕 , 两 汉时期 的脱碳铸 铁 、 炒 钢 、 铸 铁脱碳 钢 、 灰 口 铁 、 带 有球墨 的展 性铸铁等 〕一 〔 〕 。 其中对燕下都出土 铁 器 、 满城汉墓 铁器 、 淹 池容藏铁 器 、 南阳瓦房庄遗址 铁器进行批 量较大的分 析和考察 。 从 地 区来看 , 对河 南省的 汉代冶 铁技术进行比 较集中的研究 〕 , 取得了对古代冶 铁技术全 面的认识 。 最近 , 我 们 同河南省和郑 州 市博物馆合作 , 对河南出土 件 铁器进 行 第一 次铁器 表 面 的金相 普查 , 对告 成战国铸铁遗址 〕 、 铁生 沟汉代冶 铁遗址 〕和古荣汉 代冶 铁遗址 〕 出生 的铁器 , 凡是没有全部锈蚀 的都做 了金相分 析 , 以 期对 汉代冶 铁一 般生产 流 程 、 铁器 的 冶炼和铸造 、 炒 钢 和锻造 、 脱碳 铸铁和铸铁脱碳 钢 、 展 性铸 铁和 球墨 展性铸 铁 等有进一步 了 解 , 并为深入 取样的研究提供线 索 。 一 、 汉 代冶铁 一 般生产流 程 汉代冶铁 的生产流程 缺乏文 献记 载 , 除对遗址进 行研究 分析外 , 通过金相 分析研究 金属 的组织 可以了解到铁 器 类型 , 进 而推 测 其生产工艺 和生产 流程 。 但金相方 法通 常需要取 样 , 才 能充 分取得 科学资料 。 然而为了 确定生产 流程 , 需要对尽 一 可能多 的铁 器进 行金 相鉴定 。 为 此 , 必 须从保护文 物出发 , 减少对文 物 的取 样 。 用 表面金 相 分析方 法 , 对文 物进行不取 样的 初查和筛选 , 以便减 少取 样分析 。 经 过反复试验 , 利用牙 科牙 钻改 装成磨 样抛光机 , 在铁 器 表面诱层 以下 毫米深处磨出 平方毫米左右的平 面 , 经过抛光就 可 以直 接在金 相显微 镜 下观察 。 当然这种 观察的结果 只反映文物 表面 的组织 。 这对于 内外组织均 匀 的文 物来说 , 不会影 响检验 结果的准确性 , 而对于组织不均 匀的文 物 , 只能代表 其表面组织 状 况 。 例如 , 对 铁生 沟遗址 出土 件铁 器进 行表面金相 普查 , 并对 其中 件进行取 样复核 和研究 , 其结果 表 明 , 件铁器中有 件和普查结果 相符 , 件对普查 结果 有所 补充 见表 。 表 铁 生 沟铁 器 两种检验 结果 的分析 文 物名称 表面金相 检验结果 取 样金相 分析结果 原 因 分 析 铁 箭傲 , 铸铁脱碳钢 展性铸铁 表 面脱碳没有团 絮状 石墨 , 普查时 看做铸铁脱碳钢 故 表面金 相 一 墨铁 性铸 展球 铁价 ’ ’ , 铸 铁脱碳 钢 铁 撅齿 , 铸铁 脱碳钢 脱碳铸铁 铁钟 , 自 口 铁 脱碳铸铁 铁片 ‘ , 自 口 铁 灰 口 铁 球状 石墨 出现在 心部 , 表 而 金相 济六没 有发现 , 故判为铸 铁 脱碳 钢 表 面系共 析组织 , 心 部仍 为莱 氏 体组织 , 故 表面金 相普 查看到 的是 表 面组织 因锈蚀 较深 , 表 迈去锈后直 接看到心 部 白 口 铁 铁片有可能 主 要是灰 口 铁 , 局 部地 区 有 自 口 铁组织 卜 表 说 明 认器 内部和 表 面组 织 差 异 越人 , 农 而 沙查和 取 样分析结果越 不 一致 。 山此 可见 表面普查 的结果 只 有相对 的 意义
利用这种方法，对河南古荥和铁生沟汉代冶铁遗址和王湾、东史马等汉代窖嫩铁器279 件进行表面金相普查。检查结果见表2。 普查的汉代铁器品种较全，但铁兵器较少，农具、工具占绝大多数。镢、铲、锄、锋、 锸、镰等农具188件，约占检验铁器总数的67%。普查发现的金相组织主要有白口铁、灰口 铁、麻口铁、展性铸铁（少量带有球墨）、脱碳铸铁、铸铁脱碳钢、炒钢等七个类型。原始 的块炼铁工艺，即铁矿石在低温固体状态下直接还原的产品几乎没有。灌钢工艺（即后来史 书〔35)一〔38)上记载的，把一定比例的生铁烧化溶滴在热铁之间，通过加热锻打，使成为碳 分均匀的钢)，因为它的金相组织特点尚未搞清楚，暂时区分不出来。 表2 汉代铁器金相普查结果 材料 镢铲 锸 刀轴承鎚 削、钉 占检验 锛镣釜凿铁板 浇口铁其它总计 铁器总 性质 镢齿锄 一字锸镰棘轮夯头 剑、戟 数的百 分比% 白 过共晶 4 310 20 ! 曰 共晶 68 1 2 1 2 1 6 33 25 铁 亚共晶 2 12 2 1 3 6 17 灰铁口 6 1 1 5 1 1 3 20 7 麻口铁 1 1 4 1.5 铁素体基体 1 53 1 12 1 1 17 性 珠光体基体 3 64 2 1 1 16 13.5 铁 球状石墨 2 1 1 4 铸 珠光体型 24 14 1 2 1 134 脱碳 珠光体型 铁素体型 1055 5 1 3 6 4 39 40 铁素体型 4 7 2 19 1 1 4 1 39 脱碳铸铁 7 23 1 1 1 2 17 6 炒 钢 1 1 2 1 3 9 19 共 计 72364135 7 44241316 6 32 279 100 普查的汉代铁器中，白口铁、灰口铁、麻口铁系铸造产品，共计94件，约占检验铁器总 数的34%。展性铸铁、脱碳铸铁、铸铁脱碳钢则是铸造白口铁退火的产品，总共166件，约 占59%。炒钢是另一种工艺类型的产品，即生铁加热到半熔化状态，吹入空气炒炼成钢的工 艺。炒钢产品19件，约占7%。以上各类产品几乎都经过铸造，可见铸造工艺在汉代冶铁技 术中占有较为重要的地位。从各种工艺生产的铁器数量来判断，汉代冶铁的基本工艺是：生 铁冶铸一脱碳退火。它比欧洲十八世纪前冶铁生产中普遍采用的块炼铁一镀造工艺，无论在 生产效率上或者质量上都优越得多。 134
利用这种方法 , ‘ 对河南古荣和 铁 生沟汉代冶铁遗址和王 湾 、 东史 马等汉代窖藏铁器 件进行表面金相 普查 。 检查 结果 见表 。 普查 的汉代铁器 品种较全 , 但铁兵器 较少 , 农具 、 工具 占绝大多数 。 撅 、 铲 、 锄 、 铎 、 插 、 镰等农 具 件 , 约 占检验铁器总数 的 。 普查发现的金相组织 主要有白 口 铁 、 灰 口 铁 、 麻 口 铁 、 展性铸铁 少量带有球墨 、 脱碳铸铁 、 铸铁脱碳钢 、 炒 钢 等七个类型 。 原始 的块炼铁工艺 , 即 铁矿石在 低 温固体状态 下直 接还原 的产品几乎没 有 。 灌钢工艺 即后来史 书 〔 〕一 〔 〕上记载的 , 把一定比例 的生铁烧 化溶 滴在熟铁之 间 , 通过 加热锻打 , 使成为碳 分均 匀的钢 , 因为它 的金相组织 特 点尚未搞清楚 , 暂时 区分不 出来 。 表 汉代 铁器金相普查结 果 耘 一 丽 一 撅 阔 …铀 厉轴承 翅 削 、 钉 一盯刀百智犷 一 球状石墨 “ ‘ ,‘ … … … 翻 ’一 珠光泳董 ’ ’ … … 万不刃 — , 铁 素体型 ‘” ‘ …‘ ‘ ” ” ” 脱碳淞 , 小 一 厂司 … 。 炒 钢 卜 …下叮 一 门 卜卜下 一 】…不一 计 , ‘ ‘ 臼飞 一 … 。。 普查的汉代 铁器 中 , 白口 铁 、 灰 口 铁 、 麻 口 铁系铸造产 品 , 共计 件 , 约 占检验铁器总 数的 。 展性铸 铁 、 脱碳铸 铁 、 铸 铁脱碳钢则是铸造 白口 铁退 火的产 品 , 总共 件 , 约 占 。 炒钢是另一种工艺 类型 的产 品 , 即生铁加热到半熔 化状态 , 吹入 空 气炒炼成钢 的工 艺 。 炒钢产品 件 , 约 占 。 以 上 各类产 品几乎都经过铸造 , 可 见铸造工艺在汉代冶 铁技 术中占有较为重要的地位 。 从 各种工艺生产的铁器数量来判断 , 汉代冶铁的基本工艺 是 生 铁冶铸一脱碳退火 。 它比 欧洲十八世 纪前冶铁生产 中普遍采用 的块炼铁一锻造工艺 , 无 论在 生产效率上或者质量 上都优越得 多
应当指出，生铁炼钢是冶金生产技术的重大发明。在这以前炼钢的原料是块炼铁，它在 木炭中加热到900℃以上长期保温，或者锻造时在木炭中反复加热，碳渗透到铁中，使之成 钢，叫做块炼渗碳制钢法，简称渗碳钢〔25)。由于块炼铁生产工艺复杂，大大限制了炼钢生 产的发展。铸铁脱碳成钢和生铁炒炼成钢的技术划时代地开辟了以生铁为原料炼钢的新时 期。因为生铁比块炼铁容易生产，产量很大，生产效率高，成本低廉，使钢的工具和兵器的 广泛使用成为可能，对整个社会生产力的提高有显著的作用。 根据以上汉代的冶铁工艺，按照生产的先后顺序，参考考古发掘的冶铁设施和作坊布 局，可以推测其一般生产流程大体如表3所示。 表3 汉代冶铁作坊一般生产工艺流程 灰口铁 脱碳铸铁 风设备 低碳钢 锻造 铸铁脱碳钢 采 高碳钢 成品 矿 竖 生铁铸造 白 炼 口 烧 铁 铁 碳退火 珠光体展性铸铁 炭 展性铸铁 铁素体展性铸铁 烘 范 球墨展性铸铁 火材料生产 炒钢 锻造 制 范 麻口铁 二、生铁的治炼和铸造 铁器普查结果表明，生铁的冶铸是汉代最重要的冶铁技术。 我国是世界上冶铸生铁最早的国家。迄今出土可以确定为春秋时期的铁器有十件左右 〔5)。其中铸铁有长沙识字龄314号墓出土的铁锸〔23)，杨家山65号墓的鼎形器、窑龄15号墓铁 鼎〔24)和六合程桥1号墓出土的铁丸〔39)等。由于年代久远，铁器锈蚀很严重，对它做金相鉴定 是很困难的。柯俊首先在程桥铁丸的锈层中发现生铁所特有的莱氏体共晶组织的残迹（图一， 本文附图均见图版)。随后又发现洛阳水泥厂工地出土战国初期的铁锛是铸铁，并且经过脱 碳退火热处理成为韧性较好的、能够用于实际生产的铁器〔4)。战国中期的兴隆铁范也是铸 铁的产品〔23)。铁范的使用说明当时铸铁生产的广泛性。燕下都战国晚期墓出土一批铁器， 不少是铸铁产品〔25)。 登封告成战国遗址有大量白口铁铸件（图二），巩县铁生沟大约有70件汉代白口铁（图 )、这些白口铁中共晶白口铁约占一半。过共晶和亚共晶各占四分之一左右。它绝大部分 135
应 当指 出 , 生铁炼钢是 冶金生 产技术 的 重大发明 。 在 这 以前炼钢 的原 料是块炼铁 , 它在 木炭 中加热到 ℃ 以 上长 期保 温 , 或者锻造时 在木炭 中反复加热 , 碳渗透 到铁 中 , 使之成 钢 , 叫做块炼渗碳制钢 法 , 简称渗碳钢 〔 〕 。 由于块炼铁 生产工艺 复杂 , 大大 限制了炼钢生 产 的发展 。 铸铁脱碳成钢和 生铁炒炼成 钢 的技 术划 时代地 开辟了 以生铁 为原 料炼钢 的 新时 期 。 因为生铁 比 块炼铁 容易生产 , 产 量很大 , 生产效率高 , 成 本低廉 , 使钢的工具和兵器的 广泛 使用成 为可能 , 对整个社会生产力的提高 有显著的作 用 。 根 据 以 上 汉代的冶铁工 艺 , 按照 生产 的先后顺序 , 参考 考古 发掘 的冶铁设施和作坊布 局 , ‘ 可以 推测 其一般生产流程大 体如 表 所 示 。 表 ‘ 汉代冶 铁作坊一般生产工艺 流程 仁巫亘 一 一 画纽生…一二…二厂 一 ‘ 低碳钢 , 二 锻造 下 … — —— — 】 一 — 分 寸 六铸 铁脱碳 钢 …, — — ’ ‘一 燮望望一一 成 品 止亡卫, 户… 卜﹄ 咔匣巫 画 一 巫一一 珠光体展性铸铁 铁 素体展性铸铁 球墨展性铸铁 今一一 今︸ 铁一白口︷ 一 亘区 … 困囚图朋圈土一︷个回园 一 牵 周澎一朋 ·曰旧同图一个恩圈周一 今咔 一采炭矿烧 二 、 生铁 的冶炼和铸造 铁器普 查结果表明 , 生铁 的冶铸是 汉代最重要的冶 铁技术 。 , 卜 我国是世 界上冶铸生铁最早 的国家 。 迄今 出土 可 以确定为春秋时期 的铁器有十件左右 〔 〕 。 其中铸铁有长沙识字岭 号墓 出土 的铁镭 〔 〕 , 杨家山“ 号墓的鼎形器 、 窑岭 号墓铁 鼎 和六 合程 桥 号墓 出土的铁丸 〕等 。 由于年代久远 , 铁 器锈蚀很严 重 , 对它做金相鉴定 是 很 困难的 。 柯俊首先在程桥铁 丸的锈层中发现生铁所特有的莱氏体共晶组织的残迹 图一 , 本文 附图均见图版 。 随后 又发现洛阳水泥厂工 地 出土 战国 初期 的铁铸是 铸 铁 , 并且 经过脱 碳退 火热处理成为韧 性较好 的 、 能够 用于实 际生 产的铁器 〔 〕 。 战国中期 的兴 隆铁范也是铸 铁 的产 品 〔 〕 。 铁 范的使用 说明 当时铸铁生产的广泛 性 。 燕 下都 战 国 晚期 墓 出土一批铁 器 , 不 少是铸铁产 品 〕 。 登封告成 战国遗址 有大 量 白 口 铁铸件 图二 , 巩县 铁生 沟大约有 件汉代白 口 铁 图 今裕弃 , 这些 白 口 铁中共晶 白口 铁 约 占一半 。 过共 晶和亚共晶 各占四 分之 一左右 。 它绝大部分 妙羚 ‘ ” 一 ’ 、 一 ” ’ 一 ” ” 一 ” , · 一 一 护 · 沁 一 攘扮东 从 , · 」卜,乓石 飞笋 才泛少 」找万 丫睁‘ 二 八 认
用来制作镢、铲、锄、铧等农具，除了犁铧可以直接作为成品外，其余很可能是作为热处理 的原料。正因为白口铁既可做成品，又可做原料，所以铁器普查中白口铁多到约占普查铁器 总数的四分之一。 灰口铁是含有片状石墨的铸铁组织，铸造性能好，凝固收缩时体积变化小，适合铸造各 种器物。目前经过鉴定的最早的灰口铁是公元前112年满城汉基出土的轴承（铁锏)，它的金 相组织是片状石墨均匀地分布在珠光体的基体上（图四）。由于灰口铁中石墨有润滑作用， 做轴承材料是很适宜的。 铁器的金相普查中，约有7%的灰口铁。除了做轴承外，还用来做铁镢和铁板等材料。 T13,7铁板，石墨片较细，基体以珠光体为主，兼有少量铁素体（图五）。 山东莱芜出土汉代铁范的金相组织（图六）和满城汉墓出土的铁犁的金相组织都兼有白 口铁和灰口铁两种组织，是谓麻口铁组织。麻口铁的机械性能也介于白口铁和灰口铁之间。 这次铁器普查中发现麻口铁四件，有镢、釜、浇口铁等。铁生沟T5,42铁器的麻口铁组织如 图七。 普查的铁器中有铸造生铁94件，其中白口铁占75%，灰口铁21%，麻口铁4%。显然前 两种是比较成熟的工艺，而麻口铁很可能是生产白口铁和灰口铸铁中偶然得到的产品。这批 铸造生铁中有代表性的铁器化学成分(%)如表4。 装4 河南汉代铸铁成分 文物名称 碳 硅 锰 硫 磷 金相组织 残铁铲铁生沟T12,16 3.82 0.09 0.12 0.022 0.40 白口铁 残铁板铁生沟T13,7 3.8 0.22 0.09 0.00 0.48 灰口铁 残铁器铁生沟T5,42 1 4.0 0.42 0.21 0.070 0.41 麻口铁 生铁板铁生沟 4.12 0.27 0.125 0.043 0.15 生铁古荥 4.0 0.21 0.21 0.091 0.29 铁板古荥 4.2 0.07 0.05 0.012 麻口铁 铁板古荥 3.8 0.12 0.05 0.020 0.292 灰口铁 以上化学成分分析结果表明，古代铸铁一般含碳较多，含硅较低。这是冶炼温度较低造 成的。同时，据以上和另外约20件古代铁器成分分析(40)的结果表，古代铁器含硅一般不 超过0.20%，个别的达到0.4%左右，比现代铸铁特别是灰口铁的含硅量低得多，是冶炼温 度较低的佐证：。碳和硅都是促进石墨化的元素。古代铸铁中含碳较乡，有利于铸铁的石器 化，而含硅较低则又不利于石墨的形战。与现代生铁比较铸铁含磷偏高，金相观察有明显的 磷共晶。含磷偏高，一方面可以提高铁水流动性，改善铸造性能，另一方而含磷过高会造成 冷脆。古代铸铁中含硫等杂质较少，这是木炭炼铁的结果。 汉代冶炼生铁的高炉形式多样。铁生沟冶铁遗址有圆形炼炉六座，炉缸直径0.8一1.8 米，残高1米左右。古荥冶铁遗址有椭圆形炼炉两座，东西并列，间隔14.5米。炉缸呈椭例 形，现存南北长轴4米，东西短轴2.7米（图八）。炉底还有残存的铁块和因炉底耐火材料 烧裂而流入缝中的铁。炉壁残高0.54米，炉后壁厚1米，两侧壁0.45米（图儿）。 古荥炼铁炉周国清理出炉内积铁块及烧结炉料九个。其中最重的两共铁块各疗20多吨， 呈椭圆形，长轴长3.24米，短轴长1.72一2.13米，底厚不均，议处1.1米，k:处0.12米 136
用来制作撅 、 铲 、 锄 、 烨等农具 , 除了犁铎可以直接作为成品外 , 其余很可能是作为热处理 的原 料 。 正 因为白 口铁 既 可做成品 , 又可做原料 , 所 以铁器普查 中白口 铁多到约 占普查铁器 总数的四 分之一 。 灰 口 铁是 含有片状石墨的铸铁组织 , 铸造性能好 , 凝 固收缩时 体积变化小 , 适合铸造 各 种 器 物 。 目前经过 鉴定的最早的灰 口 铁是公元前 年满城汉墓出土的轴承 铁钢 , 它的金 相组织是片状石墨均匀 地分布在珠光体的基体上 图四 。 由于灰 口 铁中石墨有润滑作用 , 做轴承材料是很适宜的 。 铁器 的金相普查 中 , 约有 的灰 口 铁 。 除了做轴承外 , 还 用来做铁撅和铁板 等材料 。 , 铁板 , 石墨片较细 , 基体以珠光体为主 , 兼有少量铁素体 图五 。 山东莱芜出土 汉代铁范的金相组织 图六 和 满城 汉墓出土 的铁 犁的金相组织都兼有 白 口 铁和灰 口 铁两种组织 , 是谓麻 口 铁组织 。 麻 口 铁的机械性能也介于 自 口 铁和灰 口 铁之 间 。 这次铁 器普查中发现麻 口 铁四 件 , 有撅 、 釜 、 浇 口 铁等 。 铁生 沟 , 铁 器的麻 口 铁组织如 图七 。 普 查的铁器 中有铸造生铁 件 , 其中白 口 铁 占 , 灰 口 铁 , 麻 口 铁 。 显然前 两种是 比较成熟的工艺 , 而麻 口 铁很可能是 生产 白 口 铁和灰 口 铸 铁中偶 然得 到的产品 。 这批 铸造生铁中有代表性的铁 器化学成分 如表 。 表 河 南汉代铸铁成 分 文 物 名 称 碳 …硅 ’ 锰 磷 金 相组织 白口 铁 灰 口 铁 麻 口 铁 月任勺,刀潇,月 ‘一。︸ … 曰 , 今自 八八日日︸︵︸︸ ︼,, “八叮‘土‘, 自山自任月,, … 八一 残 铁铲 铁生 沟 , 残 铁板 铁生 沟 , 残 铁 器 铁生 沟 , 生 铁板 铁 生 沟 生 铁 古 荣 铁 板 古 荣 铁 板 古 荣 。 麻 口 铁 灰 口 铁 ‘八工, 办曰工︸, 一 … 八︸﹄ 以 上化学成分 分析结果 表明 , 古 代铸铁 一 般 含碳 较多 , 含硅较低 。 这是 冶炼温 度较低造 成 的 。 同时 , 据 以 上和另外 约 件古代铁 器成 分分析 〔 。〕的结果 丧明 , 古代 铁 器 含硅一般不 超过 , 个别 的达 到 左 右 , 比现代铸铁特别是 灰 口 铁 的 含硅 量低得多 , 是 冶炼 温 度较低的佐证 。 破和 硅都是 促进石 墨 化的元素 。 古代铸 铁中 含碳 较多 , 有利 于铸 铁 的石墨 化 , 而含硅 较低 则又不利 于石墨 的形成 。 与现代生铁 比较铸铁 含磷 偏高 , 金相观 察有明显 的 磷共晶 。 含磷偏高 , 一方 面可 以提 高铁 水流 动性 , 改 善铸造性能 , 另一方 而 含磷 过 高会造成 冷脆 。 古代铸铁中 含硫 等杂质 较 少 , 这是木炭炼铁 的结果 。 汉代冶炼生 铁 的 高炉形式 多样 。 铁 生 沟冶铁 遗址有圆形 炼 炉六 座 , 炉缸直径 一 米 , 残高 米左右 。 古 荣冶铁遗 址有椭 圆形炼炉两座 , 东 西 并列 , 间 隔 米 。 炉缸呈椭 圆 形 , 现存南北长轴 米 , 东西短 轴 米 图八 。 炉底还有残存的 铁块 和 因 炉底耐 火材 料 烧 裂 而流入缝 中的铁 。 炉壁 残高 米 , 炉 后壁 厚 米 , 两 侧壁厚 肠米 图 九 。 古 荣炼铁 炉周 围清理 出炉 内积铁 块 及烧 结炉 料九个 。 其中最 重的两 块 铁 块 各 又 多 吨 , 呈椭 圆 形 , 一 民轴 氏 米 , 短轴 民 一 米 , 底 厚不 均 妓 厚处 米 , 址 沐处 任 米
(图十)。炉底粘结有耐火材料。！铁块的形状、大小与一号炼炉炉缸底部基本相符。据此 推测它是一号炼炉停炉后，冻结的炉底积铁。值得注意的是积铁一侧有一根铁柱，断面呈扁 圆形，直径约0.6米，向外倾斜与积铁平面呈118°角，高约2.2米。铁柱下部和积铁粘结一 半，上部分叉，很可能是风口以下的炉内结瘤。结溜上部含碳只有0.73%，下部含碳1.46%， 说明铁在下降过程中逐渐渗碳而成生铁。硅含量上部为0.07%，下部0.38%，从一个侧面反 映炉内温度的变化（图十一）。从结榴高度和各部位成分推算炉子高度约6米。估计高炉炉 客可达50立方米左右。 从大量木经燃烧的炉料来看，炼铁燃料是栗木烧成的木茨，火力足，灰分少，强度大， 适于炼铁。占代炼铁炉旁残留60立方米的铁矿石堆。据分析，含铁48.39%，氧化硅11%，氧 化H6.9%,氧化钙4.3%，氧化镁0.29%，氧化锰0.22%，硫0.054%，磷0.068%，属于含 细较高、含铁较富的赤铁矿。这些矿石经过破碎筛选，粒度大都在直径30毫米左右，适合当 时高炉冶炼的需要。 炼炉附近有不少破损的鼓风管，陶管内径100~200毫米，外层是草拌泥，大都经过高温 饶烤。但未发现鼓风器。据记载，战国以来牛皮攻马皮做的囊鼓风〔41)一〔43)。山东出土 汉代画像石的治铁图绘出了装的形状〔44)。 三、炒钢和锻造 议汉代生铁冶炼技术已经发：到较高的水平。在展性铸铁制造的基础上，占代铁工发明了 把生铁炒炼成熟铁或钢的新工艺。这种工艺把生铁放在特定的炒钢炉内加热，使呈半熔融状 态，边吹空气边搅排，空'中佩和生铁充分接触，生铁的含碳量因氧化而逐渐下降，变成熟 铁：或不同今碳量的钢，生铁中所舍硅、锰等元茶（化尘成硅酸盐火杂。提商了钢的上生产效 ,而且改善了钢的质量。 炒钢.上艺产铁器的金相特点，敏早是从山东苍山出土东议卅栋环首大刀和洛阳西晋徐 美人墓出士铁刀的金相研究中得到的〔4)。环首钢刀全长111.5厘米，刀背上有错金铭文： “永初六年五月丙午造卅谏大刀吉羊宜子孙”〔45)。说明大刀造于公元112年五月丙，金 相组织均匀，由很细的珠光体和少量铁素体组成，含碳量约在0.6一0.7之间，刃部经过谇 火，有马氏体组织。夹杂物系硅酸盐，成分比较均匀，含氧化亚铁很少。炒钢的夹杂物比生 铁及其柔化产品为多，一般金相观察是很容易区别的。而块炼铁的夹杂是以氧化亚铁和硅酸 盐共晶为，其成分也有差别，利用电子探针它和炒钢是可以区别的。汉代铁器金相普查中发 现炒钢19件，占普查铁器的7%左石。产品类型多为镣、剑、钉、环等小锻件。其金相组织 分为铁素体型、铁素体一珠光体型、珠光体型三种。铁生沟出土的T10,11铁环（图十二），底 铁茶体型。粒均)，直径约100微米，炒炼以后经反复锻打，停锻温度较高。T16,18铁剑 是铁素体一珠光体型（以铁素体为主）炒钢（图十三）。采4铁镢刃部是品粒较细的珠光体 型妙钢荆（图十四），品粒度7一8级，含碳0.5一0.6%，图十四下部靠近铁镢的基体和刃部的 另一侧均为铁素体组织。有可能是炒炼得到的熟铁锻打成镢，然后刃口贴钢（也是炒炼得到 的高碳钢)。 汉代关于炒钢的记载很少，但母以找到一些间接的描述。《太平经》曾记载，“使广师 击冶石，求其快烧治之，使成水，乃后使良工万段之，乃成莫邪”〔G)。这里“求其铁烧治 :之使成水”，当时能烧成水的只能是生铁，而不可能是块炼铁或者钢。丽生铁性脆不可能 137
图十 。 炉底粘结有耐火材 料 。 积铁块 的形状 、 大小 与一 号炼炉炉缸底部基 本相符 。 据此 推 测它是 一 号炼炉停炉后 , 冻结 的炉底 积铁 。 值得注 意的是 积铁一 侧有一根铁 柱 , 断面呈 扁 圆 形 , 直 径 约 米 , 向外 倾斜 与积铁平面呈 。 角 , 高约 米 。 铁柱下部和 积铁粘结一 半 七部 分 叉 , 很 可能是 风 口 以 下 的炉 内结 瘤 。 结瘤 上部 含碳 只有 , 下部 含碳 , 说明铁在 下降过程 中逐 渐渗碳 而成生铁 。 硅 含量 上部为 , 下 部 , 从 一个侧面反 映炉内温度 的 变 化 图十 一 。 从结 瘤高度 和 各部位成 分推 算炉 子高度约 米 。 估计高炉炉 客可达 立方 米左 右 。 鱿 从大 量 未经燃烧 的炉 料来看 , 炼铁燃 料是 栗木烧 成 的木炭 , 火力足 , 灰 分少 , 强 度大 , 适于炼 铁 。 古代炼铁炉旁残 留 立方 米的铁矿石堆 。 据 分析 , 含铁 , 氧 化硅 , 氧 化 侧拓 , 氧化钙 , 氧 化镁 , 氧 化锰 , 硫 , 磷 , 属 于 含 铝 较高 、 含铁 较富的赤铁 矿 。 这些矿石 经过破碎筛选 , 粒度大都在直 径 毫米左右 , 适 合 当 时 高炉冶炼的需要 。 炼炉附近 有不 少破损 的鼓风 管 , 陶 管 内径 毫米 , 外层是草拌泥 , 大都经 过 高温 烧烤 。 但未发现鼓 风 器 。 据 记 载 , 战国 以 来 川牛 皮 或马皮做 的囊鼓风 〔 〕一 〔 〕 。 山东出土 汉代画 像石 的 冶 铁 图绘 出了囊的 形状 〔 〕 。 三 、 炒钢 和锻造 汉代生 铁冶炼技 术 已经发展到较高的水平 。 在展性铸铁制造的墓 础上 , 古代 铁工 发明了 把生铁炒炼成熟铁 或 钢的新工 艺 。 这种工艺把生铁放在 特 定的炒钢炉内加热 , 使呈 半熔融 状 态 , 边 吹空 气边搅拌 , 空‘ 口扫氧 和 生铁充分接触 , 生 铁的 含碳 量因城 化而逐 渐 下降 , 变成熟 铁 或不 同 含碳 准的 钢 , 生 铁 , 一 ,所 含硅 、 锰 等元索城 化后生成 硅酸盐夹杂 。 捉 高 一 钢的生产 效 率 , 上 改 湃 一 ’ 臼可的质 量 。 炒 钢 ’艺生 产铁器的 金相特 点 , 最早是 从山东苍 山出土东汉姗 炼环 首大刀 和 洛阳 西晋徐 美人墓 出土 铁 刀 的 金相研究 中得 到的 〔 〕 。 环首 钢 刀 全 一 长 厘 米 , 刀背 上有错 金铭文 “ 永 初六 年五 月丙午造姗 谏大刀 吉 羊宜子孙 ” 〔 〕 。 说 明大刀造 于公 元 年五月丙 午 , 金 相 组织均 匀 , 由很 细的珠光 体和 少量 铁素体组 成 , 含碳 量 约在 。 一 之 间 , 刃部经 过淬 火 , 有 马氏 体组 织 。 夹杂 物系硅酸盐 , 成 分 比较均 匀 , 含氧 化亚 铁很 少 。 炒 钢的夹杂 物 比生 铁 及其柔 化产 韶为多 , 一 般 金相 观 察是很 容易区别 的 。 而块炼铁 的夹杂 是 以氧 化亚 铁和 硅酸 盐 共晶为主 , 其成 分 也有差别 , 利用 电子探针它 和炒 钢是 可 以 区别的 。 汉代铁 器金 相普查中发 现炒钢 件 , 占普查铁 器 的 左 右 。 产品 类型多为镣 、 剑 、 钉 、 环 等小锻 件 。 其金相组织 分为铁素 体型 、 铁素 体一珠光 体型 、 珠光体型 三 种 。 铁 生 沟出土的 , 铁环 图十二 , 属 犷铁 素体型 。 品粒均 匀 , 直 径约 微 米 , 炒炼 以后 经 反复锻扫 , 停锻 温度较高 。 ’ , 铁 剑 是 铁素体一珠 光体塑 以 铁素体为上 炒 钢 图十 止 。 采 铁撅刃部是 品粒较 细的珠 光体 型 炒钢 图十四 , 品 粒 度 一 级 , 含碳 一 , 图十四 下 部靠近 铁撅的基体和 刃 部的 另一 侧均 为铁 素体组织 。 有可能是 炒炼得 到 的熟铁锻打成 撅 , 然后 刃 口 贴 钢 也是炒炼得 到 的高碳钢 。 之灯弋关 于炒钢 的记 载很 少 , 但 , 以 找 到一些 句接 的描 述 。 《太平 经 》曾记 载 “ 使 几师 击冶石 , 求 其铁 烧 冶 之 , 使成水 , 乃 后 使良工万 锻之 , 一 少成莫邪 ” 〔的 。 这 里 “ 求 其铁烧 冶 之使成水 ” , 当时能 烧成水 的只能是 生 铁 , 而不 ,刁 ‘ 能是 块炼铁 或 者 钢 。 而 生 铁性 脆不 能 ‘ , 蚕飞 六 ‘ , 了 , 厂 一几‘ 泣缸 、访 「 。, 二
“使良工万锻之”。因此，可能的解释只能是从矿石炼出铁水，炒炼成钢，反复锻打成优质 的钢器。稍后的著作中有两道关于炒钢的算术题：一是用6281斤生铁炼黄铁（即熟铁），每 升耗5两（即损耗31%），计算结果是炼出黄铁4318斤3两，二是用这些黄铁再炼成钢铁 3508斤8两10铢5丝，损耗率12.5%〔47)。明代宋应星对炒钢有极其细致的描述，“凡铁分 生熟、出炉未炒则生，既炒即熟，生熟相和，炼成则钢”，“若道熟铁，则生铁流出时，相 连数尺内低下数寸，筑一方塘，短墙抵之，其铁流入塘内，数人执持柳木棍排立墙上，先以 污潮泥晒干，春筛细罗为面，一人疾手撒滟，众人柳棍疾搅，既时炒成熟铁，其柳木棍每炒一 次，烧折二三寸，再用则义更之。炒过稍冷之时，或有就塘内斩刘成方块者，或有提出挥椎 打圆后货者”〔48)。直到解放初期炒钢技术在河南、山西一带还很流行。这些后来的记载和 实践，对我们理解汉代炒钢技术不失为重要的参考材料。 铁生沟汉代冶铁遗址中有“低温炒钢炉”，结构比较简单（图十五）。筑炉时地下挖成 “缶底”形状的坑，四周围用耐火材料夯筑作为炉膛，有鼓风管相通。推测当时的使用情 况，可能如下：将燃料点燃，升温后加入碎铁料，强力鼓风，将铁熔融，利用空气或加入一 些铁矿粉作为氧化剂，用棍搅拌，降碳成钢。取出锻打，挤出大部分渣滓，制成一定形状的 铁器使用。汉代类似的炒钢炉在南阳瓦房庄、方城县等地冶铁遗址也有发现。 我国炒钢技术的发明比欧洲早约1600年，炒钢技术在欧洲18世纪中叶始于英国〔49〕，是 钢铁史上的一项重要革新。马克思曾经指出：“当大规模工艺在英国兴起的时候，发现了将 焦碳冶炼的生铁炼制成具有展性熟铁的方法”，这个炒钢技术“由于煤和铁是现代工业的重 要因素，怎么样也不致于夸大这项革新的重要意义”〔50)。 四、脱碳铸铁和铸铁脱碳钢 铸造生铁特别是白口铁，在使用中容易脆断。古代铁工们根据实践经验创造了在窑内退 火的技术。这种窑就慢慢转变为退火窑，甚至变成象铁生沟遗址发掘的那种相当先进的退火 炉（以前叫反射炉）（图十六）。它的先进性主要表现在燃烧室、烟道和炉膛分隔开来，使 燃烧产生的氧化性炉气和炉膛的铸件不直接接触，既可以减少铸件表面的氧化损失，又可以 缓慢升温，有利于铸件的金属组织转变。这种退火炉的先进性还表现在炉膛四壁和炉底都有 烟道，因而炉膛温度分布比较均匀，有利于成捆的铸铁件退火脱碳，并且得到柔化质量大体 均匀的产品。 铸铁脱碳工艺一般是在特定的退火窑（炉）内，把铸铁件加热到一定温度(700~900℃)， 在固体状态下进行不同程度的氧化脱碳，可以得到脱碳铸铁和高碳钢、中碳钢和低碳钢，这 种工艺的特点之一是退火脱碳时基本不析出石墨，或者只在晶粒间界析出很少很细的石墨。 特点之二是钢中夹杂物很少，这是因为它保留了生铁夹杂少的优点，而没有块炼铁和炒钢那 样多的夹杂物。我们把表面脱碳而中心仍为莱氏体组织的产品称为脱碳铸铁，把铸件整个断 面都脱碳成为钢的组织（尽管它含碳不均匀）的产品称为铸铁脱碳钢。 最早的脱碳铸件是洛阳博物舘在洛阳水泥厂工地发掘出土的战国初期的铁锛。锛已大部 锈蚀，銮部残留部分金属，经金相检验表面有1毫米左右的铁素体、珠光体带，内部是莱氏 体组织。珠光体带的边部含碳量有所降低。大冶铜录山古矿冶遗址出土铁锄的金相组织，中 心是过共晶莱氏体组织，两边是粗大的铁素体柱状晶组织，两种组织之间有200微米左右亚共 138
“ 使 良工万锻之 ” 。 因此 , 可能的解释只能是从矿石炼出铁水 , 炒炼成钢 , 反复锻打成优质 的钢 器 。 稍后的著作 中有两道关于炒钢 的算术题 一是 用 斤生铁炼黄铁 即熟铁 , 每 升耗 两 即损耗 , 计 算结果是炼出黄铁 斤 两 , 二是用这些黄铁再炼成钢铁 斤 两 株 丝 , 、 损耗 率 〔 〕 。 明代宋应星对炒钢有极其 细致的描述 “ 凡铁分 生熟 、 出炉未炒则生 , 既炒即熟 , 生熟相和 , 炼成则钢 ” , “ 若道熟铁 , 则生铁流出时 , 相 连数尺 内低下数寸 , 筑一方塘 , 短墙抵之 , 其 铁流入 塘内 , 数人 执持柳木棍排立墙上 , 先 以 污潮 泥晒 干 , 春筛细罗为面 , 一人疾手撒艳 , 众人柳棍疾搅 , 既时炒成熟铁 , 其柳木棍每炒一 次 , 烧折二三 寸 , 再用 则 又更之 。 炒过稍冷之 时 , 或有就 塘 内斩 划成方块者 , 或有提出挥推 打圆后 货者 ” 〕 。 直 到解放初期炒钢技术在河南 、 山 西一带还很流行 。 这些后来的记 载和 实践 , 对我们理解汉代炒钢技术不失为重要的参考材料 。 铁生 沟汉代冶铁遗址 中有 “ 低 温炒钢 炉 ” , 结构 比较简单 图十五 。 筑炉时地下挖成 “ 击底 ” 形状的坑 , 四 周 围用 耐火材料夯筑作为炉膛 , 有鼓 风管相通 。 推测 当时 的使用 情 况 , 可能如下 将嫩 料点燃 , 升 温后加入碎铁 料 , 强 力鼓风 , 将铁熔融 , 利用空 气或加入一 些铁矿粉作为氧 化剂 , 用 棍搅拌 , 降碳成 钢 。 取 出锻打 , 挤 出大部分渣滓 , 制成一定形状的 铁 器使用 。 汉代类似的炒钢炉在南阳瓦房庄 、 方城县 等地冶铁遗址也有发现 。 我国炒钢技术的发明 比欧洲早 约 。年 , 炒钢技术在欧洲 世 纪中叶始于英国 〔 〕 , 是 钢 铁史上的一项重 要革新 。 马克思 曾经指 出 “ 当大规模工艺在英国兴 起的时候 , 发现了将 焦碳冶炼的生铁炼制成具有展性熟铁的方法 , , 这个炒钢技术 “ 由于煤和 铁是现代工业的重 要因素 , 怎 么样也不致于夸大这项革新的重要意义 ” 〔的 。 四 、 脱碳 铸铁和铸铁脱碳钢 铸造生铁特别是 白 口 铁 , 在使用 中容易脆断 。 古代铁工们根 据实践经验 创造了在窑 内退 火的技术 。 这种窑就慢慢转变为退 火窑 , 甚 至变成象铁生 沟遗址 发掘 的那种相 当先进 的退火 炉 以前叫反射炉 图十六 。 它的先进性主要表现在燃烧 室 、 烟道和 炉膛分 隔 开来 , 使 燃烧产生的氧化性炉气和 炉膛 的铸件不直 接接触 , 既可 以减少铸件表面的氧化损失 , 又可 以 缓慢升 温 , 有利于铸件的金属组织转变 。 这种 退 火炉的先进性还表 现在炉膛四 壁和 炉底都有 烟道 , 因而炉膛温度分布 比较均 匀 , 有利 于成捆 的铸铁件退火脱碳 , 并且得到柔 化质量大体 均 匀的产品 。 铸铁脱碳工艺 一般是在 特 定的退 火窑 炉 内 , 把铸铁件加热到一定温度 ℃ , 在 固体状态 下进行不 同程度的氧 化脱碳 , 可 以得 到脱碳铸铁和高碳钢 、 中碳 钢和低碳 钢 , 这 种工艺 的特点之一是退火脱碳时 基本不析出石墨 , 或者 只在 晶粒间界析出很少很 细的石墨 。 特点之二是钢 中夹杂物很少 , 这是 因为它保 留了生铁夹杂 少 的优点 , 而没有块炼铁和炒钢那 样多 的夹杂 物 。 我 们把 表面脱碳而中心仍为莱 氏体组织的产品称为脱碳铸铁 , 把铸件整个断 面都脱碳成 为钢的组织 尽管 它含碳不均 匀 的产品称为铸铁脱碳钢 。 最早的脱碳铸件是洛 阳博物葫在 洛阳水泥厂工 地 发 掘出土 的战国 初期 的铁铸 。 铸 巳大部 锈蚀 , 妻部残 留部分金属 , 经金相检验表面有 毫米左右的铁素体 、 珠光体带 , 内部是莱 氏 体组织 。 珠光体带的边部含碳量有所 降低 。 大冶铜 录山古矿 冶 遗址出土铁锄 的金相组织 , 中 心是过共晶莱 氏体组织 , 两边是粗大的铁素体柱状晶组织 , 两种 组织之 间有 微米左右亚共
析过渡带。告成战国铸铁遗址出土T2H32铁锄，中心是具有粗大一次渗碳体的莱氏体组织， 边缘是共析组织（图十七），以上说明战国时期就有脱碳铸铁的产品。 汉代铁器金相普查发现脱碳铸铁17件，包括镢、铲、锄、铧、锸等农具和工具，占普查 铁器总数的6%。考虑到铁器普查只能观察其表面金相组织，因此，不排斥铸铁脱碳钢中还 有内部保留莱氏体组织而成为脱碳铸铁的可能。可见脱碳铸铁实际的相对产量应当高于6%。 铁生沟T12,13铁铧心部是莱氏体共晶组织，两边是片间距很细的共析、亚共析和铁素 体组织，各组织之间的过渡带比较明显（图十八）。古荥出土铁铲的金相组织，在莱氏体和珠 光体之间过渡层很薄，表明它是通过在奥氏体成分范围很窄的较低温度下（即稍高于727℃） 退火得到的。由于退火时间较长，局部地区还有石墨析出。这说明有的脱碳铸铁可能是展性 铸铁生产中因退火时间不足，未能析出石墨而得到的半成品。这两类产品在工艺上分得请， 在金相组织上则难以区分。铁生沟T14,26铁镢齿的金相组织中，脱碳的共析组织和莱氏体 组织之间没有明显的分界，形成犬牙交错的状态，而且其共析组织中部分碳化物球化（图十 九)。 脱碳铸铁因表面脱碳，韧性提高，使铸铁的性能得以改善。特别是用于铁锛、镢、锄、 铧、铺等农具，使用时有很大的优越性。因为这种铁器具有心部硬，表面软的特点，在工具 的刃部，使用时表面磨损，露出锋利的刃口能够保持铁器锋利耐用的优良性能（图二十）。 过去对古代铸铁脱碳钢的了解很少。自从渑池汉魏窖藏铁器的金相检验中发现这种工艺 以后〔29)，在满城汉墓〔28)，大葆台汉墓〔27)，南阳遗址〔30)，铁生沟〔33)，和古荥遗址 〔34)中陆续发现这种工艺生产的钢。最近我们在登封告成战国铸铁遗址发现成批早期铸铁脱 碳钢（检验报告待发表）。这批铸铁脱碳钢以铁素体型的低碳钢居多，也有含碳比较高的。 告成T2,25铁镢锈蚀严重，氧化层较厚，金相组织为铁素体，有明显的加工形变的铁素体晶 粒，可能是脱碳后经过锻打的（图二十一）。晶内硅酸盐夹杂很少，一些氧化铁夹杂是长期 埋藏在地下锈蚀所致。 汉代铁器金相普查发现铸铁脱碳钢112件，占普查铁器的40%，绝大部分是镢、铲、锄、 锌、锸等农具。铸铁脱碳钢分为低碳钢，中碳钢，高碳钢三种类型。铁器的金相普查表明这 三种类型各占三分之一。从图二十二可以看出：铁镢以坚硬的高碳钢为主多铲、锄、锸以韧 性很好的低碳钢为主，铧、凿以强度较高的中碳钢为主。这些组织和铁器所要求的使用性能 大致符合，说明这种工艺是比较成熟的。铁生沟T8,5铁铲和T8,1铁锄是铁素体型的脱碳钢， 含碳0.1%以下，晶粒平均直径约100微米。铁生沟T16,34铁铧也是珠光体型的脱碳钢，它 的组织不够均匀，夹杂物极少，边部有铸造缺陷，是典型的脱碳钢（图二十三、二十四）。铁 生沟出土铁镢齿是珠光体和铁素体类型的脱碳钢，铁素体面积占10一15%，碳化物部分球化 (图二十五)。通过铁器的金相普查，使我们对铸铁脱碳钢工艺在我国古代冶铁技术中的重 要地位和作用有了新的从识。 铸铁脱碳钢要求退火过程中不析出石墨。钢的脱碳程度与器件尺寸、退火温度和时间相 关。一般说来，退火温度越高，时间越长，脱碳越完全。同一退火窑内各个部分的温度不均 匀，往往得到不同含碳量的脱碳钢。因此，同一种用途的铁器常常有不同的组织。 铸铁脱碳钢由于粗大夹杂物很少，性能良好，它可以成批生产，虽然需要较长时间的退 火，但总的生产效案较高，在不具备铸钢条件的古代，这种工艺实际上得到了类似铸钢的产 品，对钢工具的广泛使用有重要的贡献。 139
析过渡带 。 告成 战国铸铁遗址 出土 咒铁锄 , 中心是具有粗大一次渗碳体的莱氏体组织 , 边 缘是共析组织 图十七 , 以 上说 明 战 国时 期就有脱碳铸 铁 的产 品 。 汉代铁 器金相 普查 发现脱碳铸铁 件 , 包括 撅 、 铲 、 锄 、 桦 、 插 等农具和工具 , 占普查 铁器总数的 。 考虑 到 铁 器普查 只能 观 察其 表面金相组织 , 因此 , 不 排斥铸铁 脱碳钢中还 有内部保留莱氏体组织 而成为脱碳铸铁的可能 。 可见脱碳铸铁实际 的相对 产量应 当高 于 。 铁生 沟 , 铁桦心部是莱 氏体共晶组织 , 两边是片间距很 细的共析 、 亚共析和 铁素 , 捧组织 , 各组织之 间的过渡带 比 较 明显 图十八 古 荣出土铁铲的金 相组织 , 在莱 氏体和珠 完体之 间过渡 层 很薄 , 表 明它是通过在奥氏体成分范 围很 窄的较低 温度下 即稍高于 ℃ 、 退火得到 的 。 由于退 火时 间较长 , 局 部地 区还有石墨析 出 。 这说 明有 的脱碳铸铁 可能 是展性 巴 “ 铸铁生产中因退火时 间不足 , 未能析出石墨 而得 到的半成 品 。 这两 类产品在工艺 上分得 清 , 在 金相组织上则难 以 区分 。 铁生 沟 , 铁撅齿的金 相组织 中 , 脱碳的共析组织和莱 氏体 组织之间没 有明显的分 界 , 形成犬牙交错 的状态 , 而且其共析组织 中部分碳化物球化 图十 九 。 脱碳铸铁 因表面 脱碳 , 韧 性提 高 , 使铸铁 的性能得 以 改善 。 特别 是用 于铁铸 、 撅 、 锄 、 桦 、 镭 等农具 , 使用时 有很大的优越 性 。 因为这种铁 器具有心部硬 , 表面软的特点 , 在工具 的刃部 , 使用时表面磨损 , 露 出锋利的刃 口 能够 保持铁 器锋利耐用 的优 良性能 图二十 。 过去对古代铸铁 脱碳 钢的了解很少 。 自从绳 池汉魏窖藏铁器 的金 相检验 中发现这种工艺 以后 〔 〕 , 在满城 汉墓 〕 , 大葆台汉墓 〔 〕 , 南 阳遗址 〕 , 铁生 沟 〔 〕 , 和古荣遗址 中陆续 发现这种工艺生产的钢 。 最近我们在登封告 成战 国铸铁遗址 发现成批早 期铸铁 脱 碳钢 检验 报告待发表 。 这批铸铁 脱碳 钢 以铁素体型 的低碳钢居多 , 也有含碳 比 较高的 。 告成 , 铁 撅锈蚀严 重 , 氧 化层 较厚 , 金 相组织为铁素体 , 有明显的加工形变的铁素体晶 粒 , 可能是脱碳后经过锻打的 图二十一 。 晶 内硅酸盐 夹杂很少 , 一些氧 化铁夹杂 是长期 埋藏在地下 锈蚀所 致 。 汉代铁器 金相普查发 现铸铁 脱碳钢 件 , 占普查铁 器的 , 绝大部分是撅 、 铲 、 锄 、 钟 、 镭 等农具 。 铸 铁脱碳钢分为低碳钢 , 中碳钢 , 高碳钢三种类型 。 铁 器 的金相普查表明这 · 三种 类型 各占三分之 一 。 从 图二十二可 以看 出 铁撅 以坚硬 的高碳 钢为主 , 铲 、 锄 、 镭 以韧 性很好 的低碳 钢为主 , 烨 、 凿 以 强度较高 的中碳钢为主 。 这些 组织和铁器所 要求的使用性能 大致符 合 , 说 明这 种工艺 是 比 较成熟的 。 铁生 沟 , 铁铲和 , 铁锄是铁素体型 的脱碳钢 , 含碳 以下 , 晶粒平均直径 约 微米 。 铁生 沟 , 铁铮也是珠光体型 的脱碳钢 , 它 单担织不 够均 匀 , 夹杂 物极少 , 边部有铸造缺陷 , 是典型 的脱碳钢 图二十三 、 二十 四 。 铁 生沟出土铁撅齿 是珠光 体和 铁素 体类型 的脱碳钢 , 铁素 体面积 占 一 , 碳化物部分球化 图二十五 。 通 过铁器 的金相普查 , 使我们对铸铁脱碳钢工艺在我国古代冶铁技术中的重 要地位和作用 有了新的从识 。 铸铁脱碳钢要求退 火过程中不析出石 墨 。 钢 的脱碳程度 与器件尺 寸 、 退 火温度和时 间相 关 。 一般说来 , 退火温度越高 , 时 间越 长 , 脱碳越完全 。 同一退 火窑内各个部分的温度不均 匀 , 往往得到不 同含碳量的脱碳 钢 。 因此 , 同一种用途 的铁 器常常有不 同的组织 。 铸 铁脱碳钢由于粗大夹杂 物很 少 , 性能 良好 , 它可 以成批生 产 , 虽然需要较长时 间的退 火 , 但总的生产效率较高 , 在不具备铸 钢 条件的古代 , 这 种工艺实际 上得 到了 类似铸 钢的产 · ’ 品 , 对钢工具的广泛 使用 有重要的贡献 。 ‘ 价
五、展性铸铁及其球墨 汉代铁器金相普查结果表阴，展性铸铁是生铁柔化处理的另-一种承要产品，它共有37件 约占普查铁器总的13.5%，主要是-一些铁镢、锛、铲、锄、件、锸、背停农具和工具。 目前经过检验的最早的展性铸铁是洛阳出土战丽初期的空首铁锄〔)。金柑检验证明它是 口铁经退火得到的展性铸铁，基休为纯铁素体，有比较完兼的闭絮状退火石罩。这种展性： 铸铁在战国中晚期已被广泛用于农具、兵器。如长沙出士的战国铁铲〔23)，辉县阴围村战国 常出土的铁器〔21)，易县燕下都44号墓出土的战国铁镢，尊〔25)，都是展性铸铁。 河南渑池出土容藏铁器〔29)，有阳遗址〔30)和铁生沟、古荥遗址出土大批汉魏似器也只 有展性铸铁组织。铁生沟T8,23铁锄是以铁素体为基体的展性铸铁，石墨分布不均匀，局部 地方石露偏聚（图二十六）。T10,14铁铧是以珠光休和铁素体为基体的展性铸铁，闭絮状 石墨直径约20一30微米，有的地方成串分布（图二十七）。T12,8铁铲是以珠光体为基体的 及性铸铁（图二十八）。普查的37件汉代展性铸铁中铁素体和珠光体基体各占一半左右。 展性铸铁的现代生产工艺要求铁水含有较多的碳和硅等石墨化元素，铸造时快冷得到白 口铁。把它加热到900一950℃，保温一段时间后，缓慢降温到720一760℃长期退火。黑心展性 铸铁是在氧化性介质巾进行的，退火过程中除发生石墨化过程外，还发生脱碳过程，使得铸铁 中大部分碳被氧化掉，所以断口是黑色的。总的石器化处理的退火时间，需要5一7天以上。 铁生沟T12,6铁锛的石墨团絮较好，直径约100微米，石墨周围是铁素体组织，但莱氏 体组织中碳化铁显然没有分解完（图二十九）。展性铸铁在欧洲的发现和使用是在1720年以 后〔51)，当时得到的是具有珠光体基体及团絮状石墨组成的“白心”或“欧洲式”展性铸铁。 由铁素体基体和闭絮状石墨组成的“黑心”或“美因式”展性铸铁在二十世纪首先出现于美 国。然而这两种及性铸铁在我困战国时期，即公元前世纪左行就已经出现，比欧洲早二千 二百多年。 在古代展性铸铁中观察到球状石墨这一重大发现是柯俊与洛阳船舶材料究所林春来等 同志，在1975年检验渑池汉魏窖藏铁器时发现的。在257号铁斧的銮部取样，平均厚约3.2 毫米总长50毫米的U形被而上发现约30颗球状石器，其直径约20微米（图三十）。用定量金 相方法测定含碳量表明：鉴部内表面基休含碳量最低，约0.25%，外表而则为0.5一0.6%。 1977年笔者对河南省博物館提供的铁生沟遗址出土汉代铁镢的检验中又发现万墨球化很妤的 古代铸铁，杂文秀等同志担任金相检验工作〔52)，球状石墨具有辐射结构，在100倍视场下 观察平均有球墨80一100个，石墨分布均匀，其平均直径约25微米。基体含碳不均幻，中心 含碳较高，平均含碳0.4%左右（图三十一）。为了促进对铸铁中球墨形成机理的研究，改进 现代展性铸铁和球墨铸铁的生产，我们曾将样品和全部资料送交铁道部戚厥限工艺研究所进 行分析。他们做了深入的检查，认为铁镢的球化率符合现代一机部标准一类A级，并月提 球器有可能是退火得到的观点〔53)。据传我们委托戚堰研究的样品又被转交给佛山球铁研 究所研究。随后我们还将分另一块样品送交郑州机械研究所研究。我们希部有更多的科学作： 者来研究这种古代铸铁的球墨生成过程。 最近对铁生沟铁器的普查中，又发现T3,28铁锛含有球墨。球墨分布在中心，平均直径20 微米，在100倍视场下观察有80一90个，球墨有辐射结构。基体是含碳不均匀的亚共析组织 (图三十二)。在古荥遗址铁器巾发现T7,5出七的210号一字锸和采23号铁镢都是不累球化 140
五 、 展 性铸铁及 其球 墨 汉 代铁 器金相普查 结果 表明 , 展性铸 铁 是生铁柔 化处理 的 另一 种索要 产品 , 它共有 件 约 占普查 铁 器总 的 , 主要是一些 铁撅 、 铸 、 铲 、 锄 、 哗 、 插 、 背 等农具 和 工具 。 目前经 过检验的最早 的展性铸 铁是洛 阳 出土 战国 初期 的空 首 铁锄 吮 〕 。 个 相检验 证 明 它是 自口 铁经退 火得到 的展性铸铁 , 从体为纯排素体 , 有比 较完 善的团絮状 退 火石 墨 。 这种 展性 铸铁在战 国中晚期 已被广泛用 于农具 、 兵 器 。 如 长 沙 出土 的战 闰铁铲 〔 〕 , 辉 县 固围村战国 墓 出土 的铁 器 〕 , 易县 燕下都 号墓 出土 的战 国铁撅 , 蹲 〔 〕 , 郁 是展性铸铁 。 河南泥 池出土窖藏铁器 〔的 , 南阳 遗址 〔 〕和 铁生 沟 、 古荣遗 址 出土大批 汉魏 铁 器也具 有展性铸铁组织 。 铁生 沟 , 铁锄 是 以铁素 体为基体的展性铸铁 , 石 墨 分布不 均 匀 , 局 部 地方石墨 偏聚 图二十六 。 , 铁桦 是 以珠 光休和铁素 休为 从 体的展性铸铁 , 团絮状 石墨直径 约 一 微米 , 有的地方 成 串分布 图二十七 。 , 铁铲是 以珠 光 体为基体的 展性铸铁 图二十八 。 普查 的 件汉代展性铸铁 中铁素 体和珠 光体基体各占一半左右 。 展性铸铁的现代生 产工 艺 要求铁水 含有较多的碳 和硅 等石 墨 化元素 , 铸造时 快冷得 到 自 口 铁 。 把 它加热到 一 ℃ , 保 温一段时间后 , 缓 慢降温到 一 ℃长 期退火 。 黑 心 展性 铸铁 是在氧化性介质巾进 行 的 , 退火过程 中除发生石 墨化过程外 , 还发生脱碳过程 , 使得铸 铁 中大 部分碳被氧 化掉 , 所 以断 口 是黑 色的 。 总 的石墨 化处理 的退火时 间 , 需要 一 天 以 上 。 铁生 沟 , 铁镑的石墨 团絮较好 , 直径 约 微米 , 石墨周 围是铁素体组织 , 但莱 氏 休组织中碳 化铁显 然没有分解完 图二十 九 。 展性铸铁在 欧洲 的发 现和使用 是在 。年以 后 〔 〕 , 当时得到的是具有珠光 体基体及团 絮状石墨组成 的 “ 白心 ” 或 “ 欧洲式 ”展性铸铁 。 由铁素体从体和 团絮状石 墨组成 的 “ 黑 心 ” 或 “ 美国式 ” 展性铸 铁在二 一 · 世 纪首先 出现于美 国 。 然而这 两种展性铸铁在我 国战 国时 期 , 即 公 元前 五世 纪左右就 已经 出现 , 比 欧 洲早 一 二千 二百多年 。 在古代展 性铸铁 巾观察到球状石 墨这一瓜大发现是柯俊与洛阳 船舶材料研究所 林春荣 等 同志 , 在 年检验 绳 池汉魏 窖藏铁器时发现 的 。 在 号铁斧 的妻部取 样 , 平均 厚约 毫米总 长 毫米的 形稗面上发现 约 颗 球状石墨 , 其直 径 约 微米 图三十 ‘ 用 定量金 相方 法测定 含碳 量表 明 凳 部内表面 基 休含碳 最 最低 , 约 , 外 表而则为。 一 。 年笔者对河南省博物甜提 供的铁生 沟遗址 出土 汉代铁撅的检验 中又发现石 果球化很 好 的 古代铸铁 , 秦文秀 等同志担任金 相检验工 作 〔 〕 , 球状石 墨具有辐射结 构 , 在 倍视 场下 观 察平均 有球墨 一 个 , 石墨 分布均 匀 , 其平均直径 约 微 米 。 墓体含碳不 均 匀 , 中心 含碳较 高 , 平均 含碳 左 右 图三十一 。 为了促进 对 铸铁 中球墨 形成机 理的 研究 , 改进 现代展 性铸铁和 球墨铸 铁 的生 产 , 我 们 曾将样品 和全部 资料送 交 铁道 部戚墅 堰工 艺研究所 进 行 分析 。 他 们做 了深 入 的检查 , 认为铁撅 的球化率符 合现代一机部标准一 类 级 , 并月 提 出 球果有可能 是退火得 到的观 点 〔 〕 。 据传我们 委托 戚墅堰研究 的样 异 ,又被 转交给佛山球 铁研 究所 研究 。 随后我们 还将 另一块样品送 交 郑州机械研究所 研究 。 我们希望 有更多的科学 一 ’作 者来研究 这种 古代铸铁 的球墨生成过程 。 最近 对铁 生 沟铁 器的普查中 , 又发现 , 铁锈含有球墨 。 球墨分布在 中心 , 平均直 径 。 微 米 , 在 倍视 场下 观 察有 一 个 , 球 墨有辐射 结构 。 基 体是含碳不均匀的亚 共 析组织 图三十二 。 在古荣遗址 铁器中发现 , 出土 的 号一字插 和采 号铁 撅 都 是石 墨 球化
很好的古代铸铁〔34)，石墨球的平均直径约20微米，球内具有辐射状结构（图三十三），在 100倍视场下有球墨120一110个，分均)，球化良好。·字铺基休为珠光作（图-十四）。 铁镢基体是铁素体和跌光体组织（图十五）。 令人感兴趣的是铁生沟和古荥遗址发现不少展性铸铁中出现部分球化很好的石墨。如 T10,21铁谐是部分球化石墨的展性铸铁，T8,26铁器是球化较好的团块状石墨。古荥采 38号铁镢等都是这一类产品。它明显的表明这些球墨是在生产展性铸铁的退火过程中形成 的。古荥采61号铁镢具有为数不多的球状石墨，直径约30微米，石墨有放射结构，而基体仍 为莱氏体组织（国三十六）。这是白口铁退火生成球墨的又一个有力的佐证。 铁器普查裘明古代铸铁中球墨出现的比率只有1.5%，不可能是古代一种成熟的冶铁工 艺，而是古代生产展性铸铁时偶然得到的产品。现代球墨铸铁是在1945年经过大量系统的研 究工作以后发现的。研究者曾受到展性铸铁中偶而出现的球状石墨的启发〔54)。如果以上发 现发生在1945年以前，必然会引起世界冶金界的震动，并且导致球愿铸铁这一重大技术的提 早发明。当然，现在发现这些球墨对我们研究石墨球化的机理和改善展性铸铁工艺仍有重要 的现实意义。 河有汉代铁器普查的工作尚米结束，对重点的文物正在进一步取样研究。我们深深地感 谢河南省博物舘和郑州市博物舘对我们的支持和合作。 (本文由丘亮辉执笔，众相工作由柯俊教授指导，刘建华、姚建芳等同志参加。) 1980.6. 注 释 〔1)《关粜城商代铜钺铁刃的分析》，《考古学报》1976年第2期。 〔2)《北京市平谷县发现商代墓葬》，《文物》1977年第11期。 (3)Two Early Chinese Bronze weapons with Meteoritic Iron Bla- des )Washington,D.C.1971 〔4)《中国封建社会前期钢铁冶炼技术发展的探讨》，《考古学报》，1975年第2蜘。 〔5〕《关丁中国开始冶铁和使用铁器的问题》，《文物》1976年第2期。 〔6)《中国历史上的钢铁冶金技术》，《自然科学》1卷第7期。 ·〔7)《中国冶金简史》，科学出版社1978年。 〔8)《史记·礼书》，《荀子·议兵篇》。 〔9〕河南省博物舘资料。 〔10)《汉书·地现志》。 〔11)《史记·货殖列传》。 〔12〕《后汉书·杜诗传》。 〔13)《郑州古荥镇汉代冶铁遗址发掘简报》，《文物》1978年第二期。 〔14)《巩县铁生沟》，文物出版社1962年。 〔15)《南阳瓦房庄》，文物出版社待出版，《南阳汉代铁工厂发掘简报》，《文物》 1960年第1期。 .〔16)《汉金文录》，《小校经阁金文拓本》等著录有“宜”字铲，当系宜阳治铁作坊 141
很好 的古 代铸 铁 〔 〕 , 石 墨 球的平均直 径约 微米 , 球 内具有辐射状 结构 图三十三 , 在 倍视 场下 有球墨 一 个 , 分布均 匀 , 球 化 良好 。 一 ‘ 炙锅 从休为珠 光体、图只十四 。 铁撅 基 体是铁素体和珠 光 体组织 图三 十五 。 令人感兴 趣的 是铁生 沟和古荣遗址发现不 少展 性铸 铁中出现部 分球化很 好 的 石 墨 。 如 , 铁 凿 是部分球 化石墨 的展 性铸铁 , , 铁器 是球化较好 的团块状石 墨 。 古荣 采 尽 号铁撅 等都 是这 一类产品 。 它 明显 的表 明这些 球墨 是在生产展 性铸铁 的退 火过 程中形成 的 。 古荣采 号铁撅具有为数不 多的球状石 墨 , 直 径 约 微米 , 石墨 有放射结构 , 而幕 体仍 为莱 氏体组织 图三十六 。 这 是 白 口 铁退 火生成球墨 的 又一个有力的佐证 。 铁 器 普查表明古代铸铁 中球墨 出现的 比率只有 , 不 可能 是古代 一种 成熟的冶 铁工 艺 , 而是古代生 产展 性铸 铁时偶然得到 的产品 。 现代 球墨铸铁 是在 年经过大量系统 的研 究工作 以后发现的 。 研究者 曾受 到展性铸铁 中偶 而出现的球状石墨 的启发 〕 。 如 果 以 上发 现发生在 年以前 , 必 然会引起世 界冶金 界的震 动 , 并且导 致 球墨铸铁这 一重大技术 的提 早发明 。 当然 , 现在发现这些 球墨对我们研究石墨 球 化的机理 和改 善展 性铸铁工 艺仍 有重要 的现实意义 。 … 河南汉代铁 器普查 的工作尚未结 束 , 对 重点的文 物正在进 一步取 样研究 。 我们 深深 地感 谢 河南省博物箱和 郑州 市博物馆对我们 的支持和 合作 。 木文 由 ‘ 庄亮辉 执笔 , 金 相工 作由柯俊 教授指导 , 刘建 华 、 姚建 芳 等同志 参加 。 注 释 ‘ 沪户 护、、、, 月产 〔 〕 〔 〕 〔 〕 〔 〕 七色 〕 〔奋 ’ 〔 〕 〔 〕 〔 〕 〔 〕 〔 〕 〕 爪 片 〔 〕 宕子 《关 一 几夔城 商代 铜诚铁 刃的分析 》 , 《考古学报 》 年 第 期 。 《北京市平谷 县发现商代墓 葬 》 , 《文 物 》 年 第 期 。 《 一 》 , , 《中国封建社会前期 钢铁 冶炼技术发展 的探 讨 》 , 《考古学报 》 , 年 第 期 。 《关 千中国 开始冶铁 和 使用 铁器 的问题 》 , 《文 物 》 年 第 期 。 《 中国历史 上的钢铁 冶 金技术 》 , 《 自然科学 》 卷 第 期 。 《中国 冶 金简史 》 , 科 学出版社 年 。 《史记 · 礼书 》 , 《荀子 · 议兵篇 》 。 河南省博 物甜 资料 。 《汉书 · 地 理志 》 。 《史记 · 货 殖列传 》 。 《后汉 书 · 杜诗传 》 。 《郑州古荣镇汉代 冶铁遗址发掘 简报 》 , 《文 物 》 年第二 期 。 《巩县 铁生沟 , 文 物出版 社 年 。 《南 阳 瓦房庄 》 , 文 物出版 社 待出版 《南 阳 汉代铁工 厂发 掘 简报 》 , 《文 物 》 年 第 期 。 《汉金文 录 》 , 《小校经 阁金文 拓 木 》等著录 有 “ 宜 ” 字铲 , 当系宜 阳 冶铁 作 坊