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自从铁以农具的形式出现以后，其在人类社会生产和生活中的支配地位就从来没有被撼动过。虽然最近的一百多年来，尤其是1886年美国人哈尔和法国人埃罗各自独立地发现铝的电解法，并沿用至今——金属铝越来越表现出后来居上的趋势。——假如铁器能言，一定也会感叹“焉知来者之不如今”，——但是仍旧没有迹象表明，铝就可以取铁而代之，演绎一番“维鹊有巢，维鸠居之”。古人依贵贱等级排出了“五金”，即金、银、铜、铁、锡，铁位于末二，连金属铜在先秦时候都被看成了“美金”，死刑犯可以用来赎买性命——但是它没有表现出丝毫的义愤填膺，以至于拍案而起。痛惜“君子疾没世而名不称焉”，而是任劳任怨地支持人类之飞跃。举例来说，中国的奴隶制向封建制转化，肇端于春秋时期，这个时候，又恰好同铁器与青铜的换代工作进行手续交接，这不是一种巧合，因为正是铁器的使用促进了生产力的发展，才影响到了生产关系的变革。1918年十月革命以前的俄罗斯仍旧相称的落后，农奴作为社会群体的组成部分并没有完全消亡。更正确地说，十九世纪晚期到二十世纪初期的俄国，是多种意识形态并存，即奴隶制、封建奴隶制和资本主义在同台献艺，奴隶制是由于彼得一世改革不彻底的残余，而俄国的资本主义和统一后的德国极其相似，都有着国家资本支持的嫌疑，而没有体现出资本主义的精髓特征，即市场化条件下的自由竞争，就是在这种现实条件下，俄国迅速崛起，超过了西欧的那些老牌帝国，一直到能够向美国人叫板，成为冷战的一个极，其根本原因便是大力发展以冶铁炼钢为基础的重工业。可以看出，铁作为一种金属材料，在人类文明进步和民族振兴中起到了动力的作用。

在新教材中，铁的知识虽然没有独立成章，而是作为《金属和金属矿物》一章的组成部分，但是并不影响冶铁炼钢和铁的防锈等知识在生活中的高渗性，也就是说，学生早已积累了不少关于铁的零星散碎不成系统的知识，但是教材并没有给出令人满足的解释。说的直观一点，在学习了本章内容以后，学生固有的迷惑并没有比之前更加清晰一些，很有必要就这些生产工艺或设备的历史渊源与功用给予适当的延伸。

其一，熟铁。

现代冶金工艺将铁的合金分成两种，即生铁和钢，而古代是分为生铁和熟铁，这两种分类方法没有任何相抵触的地方，相反，以初中化学的角度来看，完全可以将之统一起来，即分类的依据都是含碳量，——至少在春秋时期，即已经有了“合金”概念，其时叫合金为“齐”，如《考工记》中多次提到的“金有六齐”，“五分其金而锡居一，谓之斧斤之齐”，“金锡半，谓之鉴燧之齐”，但是绝对弄不明白“含碳量”与铁的韧性和脆性之间的关系。古代之“钢”者，刚也，并不存在合金的意义，——生铁的含碳量一般在2﹪以上，钢是含碳在0.025﹪-2﹪之间的铁基合金，而熟铁的含碳量在0.5﹪以下。可见熟铁从含碳量来看，应该属于钢的一部分，或者说二者在分类上有交叉的地方，假如用熟铁加工成锛、锯、斧、锄头、菜刀等器件——古代人生产不出更精细的工具如游标卡尺等——那么低于0.5﹪的含碳量跟纯铁已经相差不多啦，而纯铁相称软。连弱不禁风的楚宫细腰都可以容易地将它揉成麻花，所以在今天并没有太广泛的实际用途，更多的是用来进一步炼成钢。不过在古代可以通过表面渗碳等技术进行钢化处理，所以这两个原因决定了“熟铁”这一概念在生活中以经逐渐退役淡化出局。

《天工开物》有载“若造熟铁，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，舂筛细罗如面，一人疾手撒棪，众人柳棍疾搅，即时炒成熟铁”。此便是历史上著名的生铁炒熟工艺流程了，和现代生产中降低生铁中含碳量的原理是一脉相承的。

古代的熟铁加工方式有多种，例如用熟铁做成模型，外面再包上钢，比如刀、剑、斧头等利刃就是这样制造的。《天工开物》有言“刀剑绝美者，以百炼钢裹其外，其中仍用无钢铁为骨，若非钢表铁里，则劲力斫施，即成折断”。这里的“无钢铁”，即没有刚性的熟铁。我们还可以看出，钢在旧年更多是作为形容词来修饰铁，并不是铁的一个独立分类单元。像锄头等农具并不需要那么锋利的刃口，也就无需外包“百炼钢”。“熟铁锻成，熔化生铁淋口，入水淬键，即成刚劲”。就是在熟铁坯件的刃部淋上一层薄薄的生铁，再锤打淬火，便成了坚硬而耐磨的成品了。生铁淋口是中国古代独特的铁制品加工技术。可见中国早年生产的刀剑并非纯钢质地，而且一直在解放前的农村都是这样。所以在抗日战役中，中国军队一拃宽的大刀片在日本人的二指宽的军刀——纯钢质地——格斗时往往折断。也就是说这些刀具在斫杀头颅时表现出无坚不摧，碰到纯纲质地便只能“宝剑已沉埋”了。

其二，百炼成钢。

打铁在历史上是一种相当低贱的工种，而两晋时期的嵇中散竟然酷爱之。以至于因此而顾不得接待到访的钟会，终于受到钟会的恶意僭伤，弄到腰斩弃市，以至于《广陵散》成为绝唱。

旧年间，除了生铁的铸造工艺以外，几乎其它所有的铁制工件都离不开锤打，所以打铁的目的是多种多样的，其中百炼成钢是要炼出钢来。

最早的冶铁——主要是春秋早期——是用木炭和铁矿石在固体条件下加强热直接反应，没有加入石灰石等物质进行造渣处理。得到的是块炼铁——即固体块状条件下冶炼出来的生铁。这种块炼铁含有较多的铁的氧化物和铁的硅酸盐，脆而易断，即便加热浇铸也很困难，只有在高温条件下经过锻打，才能将这些杂质通过挤压除去，所以才有了“百炼成钢”。块炼铁的生产在东周初年即已出现。东方的齐国有两次生产方式的改革，第一次是在太公望时候，《史记》载“太公望封于菅丘，地澙卤、人民寡，于是太公望劝其女功，极技巧、通鱼盐，则人民归之”，以至于“齐冠带衣履天下，海岱之间敛袂而往朝焉”，积累了“得专征伐”的力量；第二次便是齐桓公以管仲为相实施的改革，其核心内容之一便是“盐铁专卖”，史载齐国“擅山海之利”，便是煮海熬盐，开矿炼铁。盐铁专卖并非始于管仲，但是管夷吾将它完善了起来，以至于一直到解放后还有烟酒专卖，是各种形式的政府垄断经菅的底本——国家缩小了炼铁的规模，但是比较完全地控制了销售渠道。即生产在民间进行，而销售由政府垄断。块炼铁的生产技术是相对落后的，所以在西汉以后逐渐销声匿迹，但是在欧洲一直保存了下来直到工业革命才退出了生产领域。

后来的炼钢方法多有变化，但是都离不开千锤百炼，所以得到的钢都叫做百炼钢。基本过程是：把熟铁和生铁混合在一起加强热。生铁因为是合金，熔点较低，先熔化而渗入到熟铁里取出后再一而再再而三的锤打，后来的炼钢方法多有变化，但是都离不开千锤百炼，所以得到的钢都叫做百炼钢。基本过程是：把熟铁和生铁混合在一起加强热。生铁因为是合金，熔点较低，先熔化而渗入到熟铁里取出后再一而再再而三的锤打，所谓“洪炉鼓倍，火力到时生钢先化，渗淋熟铁之中，两情投合，取出加锤，再炼再锤，不一而足”。——所以亦是百炼精纯了。宋应星在这里提到“两性投合”，亦是不知“含碳量”之明证了。

其三，淬火。

淬火也是学生们较多地提出的问题。其实不仅金属，连玻璃也可以淬火，而淬火后的玻璃就是通常所说的钢化玻璃，其最大特点是破碎后成颗粒状碎块，不具有锋利的楞角，因此多用来做汽车挡风玻璃。

金属的淬火是金属热处理的一种方式。除了淬火以外，还有回火、正火、退火等。宋应星说“乘其出火之时，入清水淬之，名日健钢、健铁”。可见早期的淬火工艺在于得到更加坚硬的铁制品，详细的做法是：把铁器烧红，（温度在760℃－1300℃摄氏度间），忽然浸入液体（即淬液，通常是水、油、盐水等）之中，几秒钟后取出即可。从化学角度来看，是接近液体的金属层的温度骤然冷却到二三百摄氏度以下，晶相发生了变化，变成了马氏体和渗碳混合体（即网状）等，机械性能得到加强。早在春秋时期，我们的先人已经发现了金属的淬硬性，在铜铁兵器的铸造过程开始普遍使用。现在衍生出单液、双液、分级、等温等多种淬火方法。退火又叫常火，和淬火正好相反，是将金属加热到能使其晶相发生变化的温度以后，再在空气中缓慢冷却。这个时候，金属内部的晶粒会变细，碳化物的网状结构会消除松散，整块金属内部组织变得均匀。《天工开物》载：锉刀“久用乖平，入火退去健性，再用錾划”，是说锉刀时间长了，其上的细齿磨损，需要再加工，在加工前先行退火处理。正火、回火和退火在操作流程上有相似的地方。

 顺便说一点，中国人并不是最早发现和使用金属铁的民族。在古埃及和古巴比仑时期的墓葬中就多次出现铁制工具，鉴于中东和北非多沙漠而少铁矿脉，所以我们可以断定这些铁器的制造原料一般都来自于天外，也就是陨铁了。我以无意将优先发现铁的桂冠从他们手里夺过来。但是中国人有更加值得称道的地方，便是建成了世界上最早的高炉。很难断定高炉在中国出现的详细年代，也难以推知高炉的发明者。但可以肯定的是，至迟在西汉年间，高炉已经成型并得以完善起来了。在先秦时期，金属铁还主要用来做兵器、造鼎。比如晋国的荀林甫就曾经铸成了中国最早的铁质刑鼎。西汉时候铁制农具开始大量出现，才完全代替了木制、石制的耒、耜等工具，也是一种变版的“飞入平常百姓家”吧。现代化的高炉和西汉高汉在原理上没有任何不同，诸如抛料口、出铁口、进风口等一应俱全，如果有区别的话，也只是现代高炉更加高一点罢了。经营高炉曾经培养了许多巨富大贾，比如西汉早年的卓王孙，也就是当垆沽酒的卓文君的父亲，司马相如的岳父泰山，《史记》载卓王孙“致之临邛，大喜，即铁山鼓铸，运筹策，倾滇蜀之民，富至僮千人。”还有山东的程郑，南阳的孔氏也是随高炉的建造而起家富可敌国的。