由日本铁壶说开去：中国古代冶铁技术的歧途之路( 二 ) _茶知识

那么中国人为什么一定要用煤炼铁呢?中国人显然不是傻瓜，之所以用煤炼铁，是出于不得已——“地理环境制约的综合因素”;我国进入大一统时代以后，农业技术普及的同时，人口密集程度也是暴增，而人口增长导致农业耕地面积必须扩展，这又与社会劳动力需求相互依存，追求人口增值就造成了主要居住地区人口过于密集，植被稀少，木炭成本太高;其次，由于中国古代石质建筑材料不占据主流，以杆栏式建筑位置，造成建筑用木材需求量太大，进一步造成植被稀少;农桑结合，必然过度追求粮食高产，精耕细作、中原地区牧业没有发展起来，造成牧业用林极其稀少，再进一步导致木炭成本过高;长期铸铁，造成木炭极大消耗，更进一步造成植被稀少，木炭成本提高。到宋以后，中国人口密集区已经无法大量用木炭炼铁，只能用煤。
逆淘汰——从宋开始冶铁技术下滑
从宋朝煤炼铁开始，中国冶铁已经陷入绝境。到了明朝，随着人口的增长开始明显超过社会财富的增长，中国包括冶铁在内的科技开始向下衰落，开始出现逆淘汰的现象。明显的例子是坩埚炼铁法和擦生法的普及。
一些专业冶金人士把中国古代的普及铸铁称之为一种有害无益的领先，并总结出中国古代铸铁技术发展的五宗罪，分别是：
1. 大量消耗燃料。在宋以前,中国冶铁使用的都是木炭。这种燃料是非常消耗木材的。在冶铁阶段，以古滎一号高炉为例，据现代推断，每生产一吨生铁，约需要铁矿石2吨、石灰石130公斤、木炭7吨。也就是说矿石燃料比高达1：3.5 。如此惊人的消耗在人类历史上可以说是空前绝后的。如此惊人的木炭消耗，不仅造成了成本高昂，而且对精耕细作的中国农业区来说，显然意味着对植被的严重破坏。
2. 机械性能差。第一、灰口铸铁中石墨呈片状存在、韧性铸铁中石墨呈团絮状存在，都会影响机械性能。尤其前者的影响甚大。第二、铸造铁器除了固体脱碳钢和少数黑心韧性铸铁和石墨铸铁之外，是无法锻打的——现代教科书都会指出韧性铸铁实际上不可锻打，但中国古代确实曾经对黑心韧性铸铁进行锻打，只是其锻压性仍远不能跟钢铁相比(锻压性跟塑性成正比) 。第三、在热处理方面，灰口铸铁的热处理性能比较好，但它本身的蹩脚特性：片状石墨的存在造成其不可锻、焊接性差、韧性极差(1-4J/CM2) ，决定了它无论怎么进行热处理都无法达到钢的机械性能。
3. 使用受到限制。铸铁农工具为了保证退火成功，只能做得小而薄。这就限制了它的用途，而且铸铁一般不能焊接，这就造成铸铁农工具内外机械性能一致(退火成功的情况下，如果是战国农工具，则内脆外软，属于完全的垃圾) ，无法实现内韧外硬或本体韧、刃部硬的目标。铸铁农工具在韧性方面较差，强度也不及大多数钢，而因为无法淬火，硬度尤其低。由于铸造缺陷的存在和锻压性差，内部组织疏松，无法像锻造良好的钢铁一般均匀。
4. 铸造过程无法有效除去杂质。铸造货杂质都明显多于锻造货(在欧洲这点尤其明显) 。拿铁生沟和古滎生铁来说：含硫量0.043%和0.091%、含磷量更是高达0.15%和0.29% ，含硅量在正常水平内，含锰量则“谦虚”的只有0.125%和0.21%(高硫低锰是中国铁器一个引人注目的特点);刘胜墓和渑池窖藏生铁锭含磷0.217%和0.34%、含硫0.063%和0.031%、硅为0.018%和0.04% ，硅都这么谦虚，锰就更不能出头了，分别为0.03%和0.02%;即使是可以锻打的固体脱碳钢也不例外，渑池固体脱碳斧和镰刀，含硫量0.011%-0.024%不等，。但含磷量高达0.11%-0.34%不等。 ——中国铁器含磷量一直超高，这大概要归咎于中国铁矿质量较差，但铸铁技术大概也是个原因。因为14-18世纪欧洲铸造铁器的含磷量同样远超过块炼铁法炼出的铁器。而中国宋朝以前的铁器含硫量基本上还处于正常范围内。当然，就杂质含量来说，古代中国任何铁器都不能跟罗马铁器的一般水平相比。但这不是因为中国人差，而是因为罗马冶铁水平实在太高。通过有选择的开采铁矿和冶铁技术的大交流，以及焙烧和研磨矿石的技术，以及用木炭炼铁和细致的锻打，罗马铁器就杂质含量来说，甚至优于现代钢铁，整个古代只有日本和西亚能够在杂质含量方面接近罗马的水平。欧洲人自己也再没有达到罗马的水平。

由日本铁壶说开去：中国古代冶铁技术的歧途之路( 二 )

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