冶金史发表评论(0)编辑词条
yejinshi
冶金史(卷名：矿冶)
history of metallurgy
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
铜器时代──铜石并用时代
早期对天然金属(铜、金、陨铁)的使用
最早冶金
中国的早期冶金
青铜时代
中国商代以前的青铜器
商周青铜铸造
其他金属的使用
铁器时代
铁的发现和应用
中国冶铁
中国铸铁的发明和发展
中国的生铁炼钢
中国钢铁生产设备、燃料和辅助材料
中国古代钢铁技术对其他国家的影响
罗马帝国时期的欧洲炼铁技术
中国古代冶金的其他成就
铸造技术
金属表面装饰技术
其他金属及其合金
中国古代冶金发展的特点
近代冶金技术的发展━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
在新石器时代后期人类开始使用金属，经历了铜─青铜（包括铜砷、铜锡、铜铅和铜锌合金，见铜合金─铁（包括块炼铁、生铁、熟铁或钢）几个时代。世界各地进入铜器、铁器时代的时间各不相同，技术发展的道路也各有特色。冶金技术和金属的使用同人类的文明紧密联系在一起。新石器时期的制陶技术（用高温和还原气氛烧制黑陶）促进了冶金技术的产生和发展。冶金技术的发展提供了用青铜、铁等金属及各种合金材料制造的生活用具、生产工具和武器，提高了社会生产力，推动了社会进步。中国、印度、北非和西亚地区冶金技术的进步是同那里的古代文明紧密联系在一起的。16世纪以后，生铁冶炼技术向西欧各地传播，导致了以用煤冶铁为基础的冶金技术的发展，这一发展后来又和物理、化学、力学的成就相结合，增进了对冶金和金属的了解，逐渐形成了冶金学，进一步促进了近代冶金技术的发展。
人类在新石器时代晚期开始利用天然金属。此后逐渐以矿石为原料冶铸铜器。此时以使用石器为主，也使用少量小件铜器，被称为铜器时代或铜石并用时代。
早期对天然金属（铜、金、陨铁）的使用 在现在伊朗西部艾利库什（Ali Kosh）地区发现公元前七、八千纪用天然铜片卷成的铜珠。在伊朗中部纳马克湖南部泰佩锡亚勒克（Tepe Sialk）发现了公元前五千纪的铜针。在克尔曼（Kerman）之南的叶海亚 （Yahya）地区发现了公元前五千纪后期天然铜制成的铜器。
天然金虽然容易发现，但一般块金尺寸较小，数量较少。砂金的利用则有待冶金方法的出现，所以出现较晚。目前世界上已发现的金制品最早的为公元前五千年。南美最早使用的金属则为天然金。在秘鲁，对金的加工始于公元前1500年，而用铜和铜银合金则在公元前1000年以后。11～14世纪的金人反映了印第安文化。
陨铁不如天然铜、金容易识别.，使用较晚。目前最早的陨铁器是公元前四千纪的铁珠和匕首（含镍 7.5～10.9％），出土于尼罗河流域的格泽（Gerzeh）和幼发拉底河流域乌尔（Ur）地方。
中国的最早陨铁文物是商代中期（约公元前13世纪中叶）的藁城铁刃铜钺。
最早冶金 天然金属的资源有限，要获得更多的金属，只能依靠冶炼矿石制取金属。人类在寻找石器过程中认识了矿石，并在烧陶生产中创造了冶金技术。
矿石炼铜是人类文化发展的重要里程碑。最先使用的是氧化铜矿（如孔雀石），将氧化矿石与木炭混合加热还原得到金属铜。已知最早的人工冶炼的铜器出土于伊朗叶海亚（Yahya)地区（约当公元前3800年前），含有少量砷（0.3～3.7％），其中有的经过铸造、冷加工和退火。与此同时，在埃及和美索不达米亚使用含镍或含砷铜器。碱性砷酸铜矿与孔雀石相似，用它或硫砷铜矿冶炼砷青铜比较容易，镍则往往与铜共生，容易炼成镍铜。砷铜和镍铜的使用延续了相当长的时间。中东的炼铜技术在公元前三千纪向欧洲和印度传播，保持了含镍和用砷的特点；在较晚的铜器中，如印度河流域哈拉帕（Harappa）文化，在公元前2500～前2000年也有含砷或镍的锡青铜。已知的最早含锡青铜器，产于现伊拉克地方的乌尔第一王朝（公元前2800年），含锡 8～10％。
中国的早期冶金 中国甘肃东乡马家窑文化的青铜刀（含锡6～10％），是迄今发现的中国最早的青铜器物；约当公元前三千纪初期，与乌尔青铜同时。此外，马厂文化的青铜刀约当公元前三千纪后期相当于印度河流域哈拉帕文化发展锡青铜的时代，和东南亚泰国北部嫩诺塔(Nor Nok Tha)出土的锡青铜时代。锡青铜在中国的出现和发展与两河流域的历史相当，而早于东南亚。而且，中国早期没有出现砷铜和含镍铜合金的阶段，这些都表明中国青铜技术是独立发展起来的。
青 铜 时 代
青铜主要指铜锡合金，古代青铜往往还含有铅或其他金属。铜中加入锡可以改善性能。青铜的熔点比铜低，铸造性能好，逐渐成为古代铜器的主要品种。最早的锡青铜出现于两河流域，约当公元前3000～前2500年。在公元前两千纪，铜及青铜冶炼技术达到了全盛时代。埃及青铜时代约开始于公元前2600年。欧洲则在公元前1800～前1500年经历过砷铜时代后才出现锡青铜。
中国商代以前的青铜器 在商代之前和商代初期， 黄河流域已经出现了一些铜器，包括红铜、锡青铜和铅青铜。山东胶县出土了龙山文化的极为原始的黄铜锥；河南登封出土公元前三千纪末期的青铜片（见彩图）。河南偃师二里头文化三期（公元前17世纪）已能铸造锥、锛、铃和铜爵等较复杂的青铜器物。夏家店下层文化也出土了红铜、青铜器和石范。甘肃齐家文化和火烧沟文化遗址出现了大批铜、青铜器和金银饰品。此时已掌握铸造中空器物的技术，如铜四羊权杖首。权杖首还使用了嵌铸技术，这些都反映了较高的铸造水平。
商周青铜铸造 商周是中国青铜器的鼎盛时期，在技术上达到了当时世界的高峰。出土大批商周铸造铜器包括生产工具（斧、锛、钻、刀、削、锯、锥等）、农具（锄、铲、䦆）、武器（戈、矛、钺、镞等）以及大量的礼器和生活用器。河南偃师二里头出土了近30件商代早期(公元前16世纪)的锡青铜器(图1)。河南郑州出土的商代中期两只方鼎（图2），分别重64.2公斤和82.3公斤，高约 1米，后者含铅17％、锡3.5％。 河南安阳出土的商代晚期的司母戊鼎（见彩图），是世界上已出土的最大古青铜器。这反映了在商代后期中国青铜铸造的卓越技术和宏大规模。古代铸造遗址中往往发现铜锭而遗存铜矿甚少，可以推断，此时使用了冶铜场（见铜绿山矿冶遗址）冶炼的铜料，而在铸造作坊制作青铜器。
铸造技术 中国商周青铜器大都用经过焙烧的泥范铸造，晚期则和世界其他国家一样使用少量铜范。殷墟妇好墓出土了精美青铜器四百四十多件，有些器物形状尺寸基本相同，可能已用一套模制作几套范，这批铜器中还有结构复杂的铸件，如汽柱甑形器(青铜汽锅)。
这一时期利用陶范、铸接的办法，铸造了许多精巧的青铜器，如湖南出土的四羊尊（见彩图），河南出土的莲鹤方壶（图5）。春秋战国之交(公元前6～前5世纪)利用泥范铸成的编钟，不仅是声学、律学上的光辉创造，也是青铜铸造工艺的卓越成就。湖北随县曾侯乙墓 (约公元前430年)出土青铜器四千余件，总重达十吨，其中错金铭文的编钟多达64枚，每钟两音。另有楚王赠送的重达135公斤的镈钟(见彩图)，同墓还出土了两只重 320公斤的大缶和用失蜡法铸造的结构极为复杂的一套尊和盘。
矿石和熔剂 冶铜的一个重要发展是硫化铜矿的使用，在阿尔卑斯山区，至迟在公元前1200年已经使用硫化铜矿，并生产了重达40公斤的铜锭。
在中国，古代使用的铜矿石主要是氧化铜。湖北大冶铜绿山矿冶遗址采用了木结构支护和排水提升设备。矿石在矿区用竖炉冶炼，附近遗留有流动性很好、铜渣分离良好的玻璃质炉渣约 40万吨，渣中含铜平均0.7％。根据炉渣成分和炉旁的赤铁矿推测，冶炼时使用了熔剂，以调整炉渣成分，提高渣的流动性。
冶炼设备 在冶炼设备方面，最早使用了陶质容器，从外面加热或直接埋入木炭中，加热燃烧，以得到高温和还原气氛。后来发展成为带有风嘴的直径约60厘米的地炉。在中国，早期使用陶尊，外部涂有草拌泥，起到绝热保温的作用，内面涂有耐火泥层，铜矿和木炭直接放入炉内。这一装置不同于从外部加热的“坩埚”熔炼，可使炉内温度提高，这种内热式陶尊炉发展成为泥砌或预制陶圈叠成的竖炉，下部有可以直接出渣、出铜的孔，如山西侯马春秋冶铸遗址的炉子。
合金的认识 在商周冶铸的基础上，战国后期（公元前3世纪）的《考工记》，记载了铸造各类青铜器所用合金成分，即“六齐”，这是世界上已知的最早的关于合金成分规律的记载。《吕氏春秋·别类篇》（公元前240年左右）记载：“金（即铜）柔锡柔，合两柔则刚”，这是世界上较早的有关合金强化的叙述。《荀子》（公元前313～前238年）中指出铸造青铜时“刑范正，金锡美，工冶巧，火齐得”，即要求铸范精确，原料纯洁，工艺细致，温度、成分适当，也是较早的有关铸造工艺的记载。在公元前二千纪，与使用锡青铜同时，中国也广泛地使用铅青铜和铅锡青铜。
其他金属的使用 在公元前三千年以前，铅、银、金极为少见，但在公元前三千纪的早期青铜时代，在广大地区，从希腊到中国各类文化中，它们已在窖藏或墓葬中常常出现。在两河流域出现了含铜27.5％的银合金匕首，当时已从铅中用灰吹法提银。
在青铜的应用还处在兴旺时期，铁已经登上历史舞台了。
铁 器 时 代
铁的发现和应用 人类使用铁至少有五千多年历史，但进入铁器时代则是在公元前第一千纪初。表是截至1980年为止发现的关于近东和东地中海地区的早期铁器件数和情况的报道。
除实物外，苏美尔语铁字“AN·BAR”已见于公元前20～前19世纪的文献。但由上表可见，已经发现的属于公元前13世纪以前的铁器不多，确定为人工冶炼的则更小。根据文献记录（约公元前18世纪），中青铜时代以前这些铁器大都是贵族馈赠的礼品，如匕首、项链。
在当时涉及贸易的文献中，唯一与冶铁有关的是在公元前 1250年左右赫悌国王哈图斯里斯三世(Hattusi-lis Ⅲ)，在可能是给亚述国王萨尔玛那萨尔一世(Shal-maneserⅠ)的信中表示，因为气候不佳，生产欠顺， 又无储备，无法满足收信人提出的供给一批铁料的要求。从公元前12世纪起，铁器在地中海东岸地区日益增多，最早发源地可能在现今土耳其地区，开始作为珍品，如剑柄，以后制成铜柄铁剑。到公元前10世纪，铁工具已经比青铜工具更为普遍。公元前 8世纪西亚的亚述军队已使用铁武器，铁农具如犁、锄、锹和手工业使用的铁工具也普遍应用。制铁术已经传播到欧洲中部当今奥地利、瑞士地区。
公元前8～前7世纪北非、欧洲相继进入铁器时代。当时使用的炼铁炉主要是地炉和竖炉。地炉直径约40厘米，深20厘米，冶炼海绵铁。冶炼后取出全部炉料，经过锤打分离炼渣，或者先行破碎，分选后烧结锻造成锭，这种方法称为块炼铁法。在底格里斯河上游豪尔萨巴德王宫出土的铁锭长30～50厘米，厚6～14厘米，重4～20公斤。这个时期的铁剑，有的较软，有的则经过渗碳和反复叠打，并经过快冷或淬火变得更硬。不受中国文化影响的地区，一直到14世纪后期，都以这种方法作为重要炼铁方法，也发展了一些卓越的工艺，如印度在公元300年左右锻造出德里铁柱（图6），高7.2米，重达6吨。在制钢技术上，逐渐发展出用坩埚冶炼超高碳钢（含碳 1.5～2％）（印度Wootz钢）或渗碳的高碳钢和低碳钢叠打，经淬火后获得硬的刀刃，或用植物酸腐蚀得到各种花样的大马士革钢（波斯制造后在大马士革销售）。
中国冶铁 春秋末期，中国的冶铁技术有了很大突破，使中国在这一领域长期遥遥领先。迄今出土与上述块炼铁法相类似的中国早期铁器有：①泾河上游甘肃灵台景字坪，春秋中叶秦墓出土的铜柄钢剑；②江苏六合程桥春秋末叶楚墓出土的铁条（图7、图8）；③湖南长沙出土的春秋末年的铁削；④长沙战国初期楚墓出土的钢剑（见彩图）。灵台和长沙出土的钢剑可能从固态还原的铁，再掺碳锻造而成，在公元前3世纪，这种渗碳钢剑已出现在被斩首的士兵丛葬坑中，未被回收，从而可以判断当时这种钢剑价格不会很高。这种技术在中国大约沿用到西汉中期才为生铁制钢所取代。
中国铸铁的发明和发展 春秋末叶起生铁在中国得到了日益广泛的应用。此后利用生铁经退火制造韧性铸铁和以生铁为原料制钢技术的发明，标志着生产力的重大进步。这两大发明对战国和秦汉农业、水利、经济、军事的发展起了重大作用，是促进中华民族的统一和发展的重要因素之一。
春秋晚期 (约当公元前6世纪末叶)的生铁器物出土的有江苏六合程桥楚墓的铁丸，湖南长沙楚墓的铁臿，长沙杨家山楚墓的白口铁鼎(图9)。生铁的出现是因为中国烧陶窑和冶铜炉炉温较高，具备了高温冶铁的条件。铁矿石在温度较高的炼铁炉中高温还原并渗碳，得到含碳达到3～4％的液态生铁。战国初期出现了用热处理方法，使白口铁中与铁化合的碳（Fe3C）成为石墨析出，发明了韧性铸铁的工艺（图10、图11）。这一工艺是用退火方法试图降低白口铁脆性的结果。在河南洛阳出土了战国初年经退火表面脱碳的钢面白口铁锛，是当时已有退火操作的一例。在这基础上延长退火时间就可以产生韧性铸铁。这一发明使铸铁得以大量、广泛应用于军事和农业生产。《孟子》记载了孟轲(约公元前390～前305年)的话“许子以铁耕乎？”，反映了在公元前4世纪铸铁农具正在推广。
战国后期，发明了可以重复使用的铁范(图12)。到汉代发展为由铁官制造铁范，发给作坊，用以生产统一规格的铁器。战国时已用叠铸方法生产铜钱，汉代以后，叠铸方法进一步发展，并大量生产车马器件等。
社会的需求促进了生产，汉代大的高炉容积已达50立方米左右。河南郑州附近古荥镇汉代钢铁场遗址出土的两座高炉，炉缸呈椭圆形，长径4米，短径2.7米，高（从积铁估计）约 6米。积铁每块重在20吨以上（图13），场址面积达12公顷。在当时的世界上，这种炼铁技术是先进的，规模也最宏大。与当时中国以外地区使用块炼铁技术比较，生铁产量大，成本低，生铁的铸件制作容易，因而在日常生活中得到广泛使用，如制造炉、釜、锁，甚至用以封闭墓门（如河北满城汉代刘胜墓）。各地出土的汉代铁器，除白口铁、铁素体或珠光体为基体的韧性铸铁件外，还有灰口铁。
汉代冶铁场所还有以铸造为主的作坊，大多设在城市附近。如河南南阳汉代冶铁遗址，山东临淄古冶铁作坊遗址（见中国古代冶铸遗址）。
中国的生铁炼钢 生铁和韧性铸铁的大规模生产导致了生铁制钢的发明。在汉代先后发明了以下几种生铁制钢的方法。
铸铁脱碳钢 将含碳3～4％的低硅铸铁器在氧化气氛中加热，在适当条件下，特别是厚度不大的情况下，可以避免石墨的形成。早期炼铁温度较低，含硅量低，石墨析出较慢，有利于脱碳，使制造韧性铸铁的工艺发展成为铸铁脱碳成钢的方法。这种钢称为铸铁脱碳钢，它们有的不再加工，河南郑州东史马东汉墓出土的剪刀就是一例，其组织是球化珠光体而夹杂物很少，只有相当于铸铁中的夹杂（图14、图15）。另一类铸铁脱碳钢是将生铁铸成薄板，脱碳后供锻造用。古荥镇汉代“河一”冶铁遗址出土了许多这类钢板。满城汉墓和北京大葆台汉墓出土了用类似原料加工成的铁镞、环首刀。
炒钢 向熔化的生铁鼓风，同时进行搅拌促使生铁中的碳氧化。用这种方法可将生铁制成熟铁，再经过渗碳锻打成钢。也可有控制地把生铁含碳量炒到需要的程度，再锻制成钢制品。这种钢中含有的硅酸铁夹杂物成分比较一致而数量较少。炒钢技术始于西汉末年，到东汉已相当普及。江苏出土新莽残剑，徐州出土建初二年(77)五十炼钢剑，山东临沂苍山出土的永初六年（112）三十炼钢刀等所用的原料都属于这一类型(图16、图17、图18、图19、图20)。
公元2世纪末出现了“百炼”这一工艺名称，留下了“百炼成钢”的成语。在此之前，王充(27～97)《论衡》一书《率性篇》曾以铁的反复锻炼比喻人的性格锻炼，但没有提到“百炼”。曹操（155～220）在《内诫令》提到“百炼利器”，孙权(182～252)有以“百炼”命名的宝刀。初步可以认为百炼钢是用炒钢反复叠打变形，细化晶粒和夹杂物而成的，甚至可以用不同含碳钢材复合组成。炼数大致相当于反复折叠锻打后最后的层数。炼数增多，表明加工量加大，晶粒和夹杂进一步细化，质量提高。炒钢技术的发明是炼钢史上的一次革命。
灌钢 中国生铁制钢技术自战国初期到汉代经过几百年的历程，从块炼铁、渗碳炼钢发展到生铁固体脱碳炼钢、炒钢、炼制熟铁，以及重新渗碳硬化或淬火硬化。在这个基础上，发明了利用液态生铁对熟铁进行扩散渗碳炼钢的方法。这一方法的最早记载见于《北齐书·綦母怀文传》，称为“宿铁”，后世称为灌钢，又称团钢。这是中国古代炼钢技术的又一重大成就。
中国钢铁生产设备、燃料和辅助材料 中国汉代的钢铁生产工艺其他方面的进步表现在：
① 炼铁高炉的扩大 由于经济、军事等发展的需要，汉代生铁冶炼的规模不断加大，古荥镇出土的“河一”高炉，炉缸面积达8.5平方米，日产生铁估计在一吨左右。铸造化铁炉的规模也不断增大。
② 鼓风 山东滕县宏道院出土的汉代画象石描绘了锻造用皮囊，直径约0.6米，长约1米。后来发展成为畜力鼓风的马排、牛排，公元31年出现了水力鼓风的水排。
③ 熔剂 古荥镇汉代遗址的炼铁炉渣流动性良好，渣和铁完全分离，炉渣中含氧化钙25％左右，氧化镁2.5%左右。河南巩县铁生沟汉代“河三”遗址曾发现石灰石。由此可以推论冶炼时曾加入碱性熔剂。
④ 燃料 古荥镇和铁生沟炼铁都使用木炭。无烟煤和煤饼则作为加热炉或退火炉的燃料。根据现有化验资料，五代已用煤炼铁，炼铁用焦炭则始于16世纪。
在中国，到南北朝（公元6世纪)时，除坩埚法和近代钢铁技术外，各种钢铁技术都已经得到应用。宋元时期，中国边疆地区有炼制镔铁的记载，宋代进一步发展了用熟铁中夹嵌高碳钢的技术，如江苏镇江博物馆所藏南宋咸淳六年（1270）印侍郎铁刀，元大都出土的文物中也有这种钢刀。明代以后亦有钢表铁里，或熟铁锻件（如锄的刃口）进行液态生铁淋口硬化的技术。
中国古代钢铁技术对其他国家的影响 中国冶金技术，特别是战国秦汉以后的钢铁冶炼技术，不断向外传播。战国时期传到朝鲜，汉代进一步传到日本。铁制农具也在这个时期带到了越南。张骞通西域以后，把生铁的冶铸技术带到中亚和西亚。据《汉书·大宛传》记载。从大宛（帕米尔以北，主要在今苏联费尔干纳盆地至塔什干）一带至安息（今伊朗）都不知铸铁，由汉代官兵教他们铸器。罗马博物学者普林尼（Pliny，27～97）对中国钢铁大加赞赏，认为最优良、最卓越的钢是中国产品。
罗马帝国时期的欧洲炼铁技术 普林尼的著作中有用硬铁块(应为生铁)擦涂熟铁使之表面硬化的记载。在英国，曾发现公元2世纪的生铁块，含碳3.2％，硅1％，磷0.76％，硫0.49％。但在15世纪以前，生铁并没有在中国文明影响以外地区大量使用。
相当于汉代时期，欧洲和其他地区炼铁的方法仍然是用固态还原得到的海绵铁再锻造成块炼铁。在罗马帝国迅速膨胀时期(公元前一世纪末至公元一世纪末)，铁和其他金属的产量迅速增加。建于公元83年苏格兰英赫图梯(Inchtuthil)地方的一座罗马堡垒，存有90万只不同尺寸的铁钉，其中大的具有较高的含碳量(0.2～0.9％)，以承受较大的力。当时欧洲所用的炼铁炉随地区不同大致可分为三类：①地炉，从地面下挖，上有圆顶，侧面鼓风，在炉顶加料和取料；②平地筑炉；③竖炉，有的可以排渣。
世界各地区不同时期的炼铁技术可以通过对各地发现的炉渣的分析得到反映
→如果您认为本词条还有待完善，请 编辑词条
词条内容仅供参考，如果您需要解决具体问题
（尤其在法律、医学等领域），建议您咨询相关领域专业人士。
2
标签: 冶金史
同义词: 暂无同义词
关于本词条的评论 (共0条）发表评论>>
