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话说中国和欧洲普及钢铁的时间

提起中国,有些人就说是汉代,理由就是西汉初年仍然有如箭镞等是青铜造的。

提起欧洲,他们就祭出和欧洲并无关系的赫梯,认为早了一千多年。

但”有“和”普及“完全是两个概念。

实际上,按他们给中国的标准,欧洲一直要等到中世纪甚至近代,才完成青铜到铁的全面替换。

由于欧洲冶铁技术差、产能不足且长期停滞,铁在很长一段时间内都是和青铜并存的,类似中国战国时代的情况。

比如罗马兵器,提起铁也就是一些短剑类的,洋奴经常拿这个来说罗马是铁器时代,事实上,罗马一直到灭亡,青铜兵器一直在用,比如青铜矛、箭镞还有青铜铠甲。

当然这是说兵器

要论生产生活用具,那还真是要等到近代,而中世纪还在用全木农具。

罗马1-3世纪的青铜矛:

古代欧洲普及铁兵器的时间

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1-5世纪的青铜甲片:

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中世纪,6-11世纪的青铜箭镞:

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中世纪早期的青铜矛头

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1957年发现于于爱尔兰的11-13世纪的犁 ,全木:

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西方出现铁器的年代比较早但奇怪的是,在之后的数千年里一直停滞在初级的水平,甚至到了中世纪,连渗碳技术都根本没有推广起来,因此制钢困难,钢非常昂贵稀有所以,西方大量使用的是熟铁,钢制品极少,恐怕只能是贵族才能用得起:

古代欧洲普及铁兵器的时间

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这篇论文上,检测了欧洲4-8世纪的一些铁矛头,10把矛中竟然有7把都是一点碳都不含的熟铁:

古代欧洲普及铁兵器的时间

燕国士兵丛葬墓出土的实战用钢铁兵器,在战国时,钢制兵器已经普及到普通士兵手中了:

古代欧洲普及铁兵器的时间

因此罗马需要大量进口东方钢铁:

古代欧洲普及铁兵器的时间

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现代社会的钢铁技术,其实是和中国古代炒钢技术一脉相承的,确实是有传承关系,近代的时候,西方人请中国师傅传授冶铁技术,所谓的贝氏转炉、平炉,就是在中国技术的基础上发展来的,跟欧洲原本的冶铁脉络并无关系:

古代欧洲普及铁兵器的时间

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古代西方直到近代才有了铸铁技术,之前一直用块炼铁,也就是海绵体,含有大量矿渣,需要大量锻打才能变成熟铁。

结果西粉们就忽悠成锻铁比铸铁好,所以罗马不用铸铁。

实际上锻件和铸件的用途根本不一样,适合制造不同的器件

现代工业社会,铸件的产量是远远高于锻件的。

如世界各国的锻件产量:

古代欧洲普及铁兵器的时间

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类似现代社会,中国早在汉代就对锻和铸有明确的分工:

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常常见不少人说中国的铁矿石品相差,限制了铁制品的质量,其实这是种误解。其实平时生产生活中用的铁质量要求并不高,杂质多少并没太大影响,如铁锅铁锤类的,但兵器对这些就比较敏感。

早在战国时期,就出现了在铁水中加碱性石灰进行脱杂质的技术,石灰可以促进矿渣的析出,还可以吸附磷硫杂质。

到19世纪末,西方人才找到这种加入碱性物质脱杂质的办法。

曾经在泉州出土过明代铁锚,重达750公斤,经过检测磷硫含量比现代特级优质钢还要低两三倍: (现代特级优质钢的标准是硫磷含量<0.025%)

古代欧洲普及铁兵器的时间

罗马时代的一些出土兵器的硬度,印证了上面劣质熟铁“一刺就弯”的记载

极少见到经过热处理的,

硬度居然能低到70HV,比纯铜的硬度高不了多少

一把286HV的,已经是顶尖的了

古代欧洲普及铁兵器的时间

罗马使用夹杂大量矿渣的熟铁剑是主流,

不光罗马,即便是后来的中世纪,在《古代东西方冶铁技术的发展及比较》一文中也给了充足的证据,表明根本没有经过渗碳的熟铁做兵器是主流。

热处理对熟铁是没有作用的。因此罗马剑也是以非热处理为主流。

当然,是否是主流的概念,大家都清楚,就是指一个社会普遍的情况。比如20年前的时候,电视机的主流是阴极射线管显示屏,但是并不代表极少量的液晶或等离子显示屏电视存着。

当然西粉对罗马兵器熟铁为主流是不能接受的

于是千方百计地找资料证明罗马熟练热处理的凤毛麟角,

就如在20年前的时代找几个液晶电视来证明当时液晶是主流一样荒谬。

不过他们找的证据恰恰把自己给卖了!

比如他们津津乐道的一个证据:

古代欧洲普及铁兵器的时间

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终于找来三个硬度到700HV的西方剑(还是公元1世纪的),如获至宝。

达到这个硬度,当然是淬火无疑。

但是慢着,这就能证明西方熟练淬火技术了吗?

有个词叫“淬脆”,

就是说,淬火这种热处理方法,虽然能够大幅度提高钢铁的硬度,但是同时也大大降低了钢铁的硬度。也就是说,使钢铁变脆,就如玻璃一样。

东方是怎么解决这个问题的呢?

就是汉代就已经出现的局部淬火技术,就是使用覆土等方法,只淬刀剑的刃,而芯部保持不不被淬,

这样,刃部有足够的硬度,而芯部保持高韧性,刀剑就获得内韧外坚的最佳性能,

比如西汉刘胜墓出土的佩剑,刃部硬度高达HV900-1170(显微硬度),而芯部硬度保持在HV220-300,基本还是保持在原有未热处理时的硬度,可见当时的局部淬火技术非常成熟

古代欧洲普及铁兵器的时间

所以,大家再仔细看看上面那张罗马剑的芯部

一把只淬火到500HV,对于淬火技术来说,这个硬度只能说明技术还欠火候,因此芯部硬度不大也正常。

另外两把达到700HV的时候,芯部硬度也已经飙到500HV,也就说这两把剑的芯部也已经被淬透了!

也就是说,这两把剑都是被淬火过头而韧性极差的垃圾剑!

因此,这个证据恰恰证明,古代西方根本就没有熟练掌握热处理技术。

要么剑根本连碳都不渗,是熟铁,无法热处理

要么淬火就淬透,成脆性很大的垃圾剑! 在这个论文里

Materials Characterization

Volume 45, Issues 4–5, October–November 2000, Pages 353–363

Metallurgy, History and the Fine Arts II

古代欧洲普及铁兵器的时间

Iron through the ages

Alan W Pense,

研究者测试了西方公元前1000年到公元后1000年一些有代表性的铁器的性能:

古代欧洲普及铁兵器的时间

结果如下:

古代欧洲普及铁兵器的时间

大家可以看到,

大多数包括兵器,硬度都普遍不高,

只有如剃刀、皮革小刀等,尺寸很小的器物是用了淬火的(当然硬度也无法跟东方吹火钢剑比)

这些小刀类的体积很小,就如裁纸刀一样,只要硬度就行了,脆点没关系。

如果大件的,如矛头等,都是没有用淬火技术的。

有个罗马军团用的短剑,Legionary dagger硬度达到354-395HV,就这硬度来说,淬火相当失败,而且平均硬度和最高硬度差不太多,说明也是淬透的垃圾产物。

为什么还装备罗马军呢?

作者给了尺寸,和现在的水果刀差不多:

古代欧洲普及铁兵器的时间

因此,作者也给了结论

欧洲这2000年跨度的铁器,大多硬度都在200HV以下。

看来所谓欧洲早进入铁器时代,却一直停滞在最初级的水平,2000年都没有长进:

古代欧洲普及铁兵器的时间

Journal of Archaeological Science, 2004年31卷8期,第1118页

特别强调,“it is certainly true……”罗马需要进口东方钢铁,罗马最好的钢是进口自中国,次好的钢是进口自Parthians:

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所谓罗马年产8万吨铁的说法,是一个西方砖家如此YY出来的:

The annual total iron output is estimated at 82,500 t,[79] assuming a productive capacity of c. 1.5 kg per capita.[80]

假设平均一个罗马人生产1.5公斤铁,乘以人口就是得出8万吨了。

也有人说是通过潘诺尼亚铁矿遗址的矿渣推得。

潘诺尼亚行省人口,大约只有130万人口,300万吨铁渣,按照古典时代1:4的出铁率,约合75万吨铁。冶炼了350年,年均2000吨铁,这样下来就得到年均用铁1.5公斤的铁。

这算法当然有问题,

1,所谓1:4是个理想状态下的出铁率,罗马的技术水平根本达不到。

2,更重要的是,按一个产铁行省的出产量去代表全罗马很荒谬。就如我们不能拿攀枝花 包头的金属产量去推全国产量一样。

要按他这种算法,

《明实录》上明确记载, 明朝天顺五年(1461),山西阳城县“每年课铁不下五六十万斤”,折合产量达700—900万斤。那时的一个县,顶多五万人口,算10万(在古代已经是大城市了),平均每人80明斤,差不多是50公斤,

要按这西人算罗马铁产量的算法,明朝那岂不是要铁产量超过300万吨了?

罗马效率极低的冶炼技术

矿石在冶炼之后,仍然含铁非常高,说明罗马的技术提铁的效率很低

因此,矿渣:产铁比例是远远达不到1:5的:

古代欧洲普及铁兵器的时间

比如氧化亚铁含量多在40-65%,而铁:氧分子量=3.5:1,这就是含铁约50%了,另外还有20-30%的三氧化二铁(算下来里面铁含量也有15%左右),这已经到65%的含铁量了。即便罗马的矿石是70%的高级货,那也不过20:1的得率!所谓10:3,当笑话看吧

比如Ashwichen的矿渣,含氧化亚铁62.1%,算下来铁含量48.3%,含三氧化二铁7.7%,算下来铁含量5.3%,加起来就有53.6%。德国亚琛的矿渣算下来含铁也超过54%。德巴伐利亚地区主要是褐铁矿,即便是纯的含水很少的褐铁矿石,理论铁含量不过57-62%,也就是说得率确实不超过5%

:呵呵,70%你还真乐观。褐铁矿的分子式是2Fe2O3·3H2O,算下来含铁量59.8%,这还是不考虑其它杂质的情况下的理论含铁量。而德国地区的矿渣,前面算了,含铁高达54%,也就是说确实还不到20:1!

德国是罗马的腹地,很有代表性。前面说了,德国的褐铁矿,即便是100%纯的矿石,含铁也顶多60%。而你说的YOONE的35%的矿渣,数据上也讲其它非铁杂质含量高达50%!也就是说原矿石的铁含量不会超过40%甚至更低,所以得率也不会超过20:1

提到的35%含铁矿渣的YONNE,这在上表的数据中算是最低的了。这是法国地区。我查了一下,法国主要是沉积型贫赤铁矿,如主要矿区洛林,如1978年开采3200万吨,所含金属量只有1000万吨。也就是说,本身就是贫铁地区的Yonne,矿渣含铁量仍然超过30%,得率恐怕连5%都远远达不到!

:这样算下来,20:1的得率也是太乐观了,而且还没考虑之后的冶炼损耗。可能真正冶炼出能用的铁的比例30:1、40:1甚至更高都有可能,所以这些矿渣对应的年产量,可不就是还不如西汉一个高炉么?

一个地区的矿石类型是几万年都无法变的吧?而且这个表里石英等其它杂质的含量也给了,比如矿渣含铁最少的Yonne,石英等其它杂质的含量高达48%,所以,即便我们按品位最高的磁铁矿来算,原铁矿石含铁最多40%!你再YY罗马时代的矿石多么优质,这些矿石非铁杂质含量还不能说明问题?

呵呵,又来“莫须有”了?即便是最高品位的磁铁矿,理论品位也不过70%,而下面那个西方历史学家都能YY到75%了。即便是淡水河谷经过现代选矿技术选矿后,普遍品位也不过60-67%。况且这个矿渣数据中非铁杂质,如石英、石灰石等含量已达50%,还在YY成质量好的矿石?

100%的磁铁矿,也就是纯四氧化三铁,含铁量不过72%,而Yonne的石英、石灰石含量超过48%,列个方程算一下,原矿石中纯四氧化三铁含量不超过60%,你算算原铁矿石可不就是含铁不会超过40%么?所以确实得率连20:1都没有

正不正确你可以问一个学过初中化学和数学的人。拿含铁最少的Yonne矿渣来算,里面高达一半的石英、粘土等非铁杂质已经能说明问题了。这么算下来,所谓的300万吨矿渣,对于几百吨年产铁量还是过于乐观

《从出土材料看西汉冶铁业的发展》 洛阳师范学院学报,2001年4期

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东汉后期,2世纪而已,

而罗马青铜箭镞是3世纪,中世纪青铜矛至少是5世纪后

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写的很清楚,高级将领用的礼仪甲:

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这些所谓的铜兵,有精美的雕饰,显然不是实战用的,而是礼仪、冥器器物

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比如晋代那个说是曹丕铸的,是帝王把玩用的,另一唐代铜剑,上面写着“含光”(殷代),是当时做的假文物而已

我不知道你是怎么得到“即使以上表中矿渣含铁量最高的亚琛为例,其铁矿石含铁量也不过43%”的结论的。

根据上表,

亚琛Aachen矿渣中的含量, 氧化亚铁,FeO 65.42%,根据铁分子量56,氧分子量16,换算过来里面的含铁量是50.88%,

另外 三氧化二铁 Fe2O3含量是5.18%,换算成铁含量就是3.6%,因此亚琛矿渣铁含量高达54.5%!

所以,这个绝对是有大问题的!“其具体比例可以参考Bielenin在波兰1974年的模拟实验(他在实验中共生产了150-200kg的铁,见《THE IRON INDUSTRY OF ROMAN BRITAIN》p63),实验结果表明,矿石、矿渣与产出的铁的比例为6:3:1(同书p121)。”

如果矿渣:铁比例是3:1,那么原铁矿石的铁含量至少要超过85%!

除非这是陨铁矿,才有可能如此高的铁含量。

但是作者又说原来的铁矿石是褐铁矿,纯褐铁矿,即不含杂质的Fe2O3,理论含铁量也不过58.9%而已!

铁矿石,要么是氧化铁类的,如四氧化三铁、三氧化二铁

要么是陨铁类的,未经氧化,含有大量纯铁。

如果是后者的话,还用什么块炼铁法?直接就可以锻打挤出杂质来用,更不会有这种矿渣。

所谓“拉普兰的富磁铁矿含铁90%”,你知道磁铁矿是什么吗?磁铁就是四氧化三铁,即便是纯的,含铁量也不过72.4%,但是矿石或多或少都会含有石英、粘土等非铁杂质的,所以即便是淡水河谷经过现代选矿后的矿石,含铁量也不过60-67%。

你所谓90%,要么资料造假,要么这只是说四氧化三铁的纯度,而不是铁的纯度,真实的铁纯度也不过65%左右,要知道这只是个特例地区,不能说明全罗马的情况。

自始至终,欧洲一直是使用块炼铁法来冶炼铁的,也就是用还原的方法把矿石中的铁还原出来。

所以他们的铁矿石只能是氧化铁类的。

上面所谓的复原实验,用的褐铁矿,也就是三氧化二铁,即便是纯的,铁的理论含量也不超过59%。

即便是按上表中矿渣铁含量最低的Yonne来算,矿渣FeO 46.9%,换算过来里面的含铁量是36.5%,另外三氧化二铁 Fe2O3含量是4.8%,换算成铁含量就是3.4%,加起来Yonne矿渣铁含量高达40%!

如果按那个“复原实验”,矿渣:铁=3:1,原来铁矿石含铁量要达到65%!

显然这已经超过褐铁矿的理论含铁量了!

要知道Yonne矿渣中,非铁杂质含量高达48.3%!如石英含量高达31.8%,三氧化二铝,也就是粘土含量高达9.9%。

也就是说,它实际含铁量远远达不到理论值。

即便把Yonne矿石看成是铁含量最高的四氧化三铁,根据这些非铁杂质计算,原矿石铁含量也不过40%左右!

也就是说,产铁率几乎微乎其微。

所以,上述所谓的这个半个世纪前的“模拟实验”,非常不靠谱!

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所谓罗马潘诺尼亚冶铁遗址的300万吨矿渣:

古代欧洲普及铁兵器的时间

这些矿渣是分别在6 ha(公顷)的2-7米高的一个个渣堆

西方砖家估计是300万吨

但这只能是YY

即便是把这6万平方米全看成整体一块的大渣堆,即便是按最高的7m来算(底面积6万平方米、高7米的巨型矿渣立方体),要达到350万吨,矿渣的密度应该达到8.3Kg/m3才有可能。这个密度值竟然超过纯铁的密度!这可能吗?因为矿渣中除了铁,就是氧、硅、铝等密度远不如铁的元素,当然密度要比纯铁小的多,更何况矿渣堆也是一种相对疏松的堆积,矿渣之间存在大量空隙,密度当更小。

而且真实情况是一个个散在分布的渣堆,即便是一个堆紧挨着一堆,总体积也会比立方体小3倍,更何况渣堆高度在2-7米之间变动,因此总体积也就是上面假设的巨型立方体的十分之一左右。

所以,潘诺尼亚铁矿遗址的矿渣重量要缩小十几倍才是真实的情况。也就是说最多20-30万吨矿渣。

这可是350年积累的矿渣量

即便是按造假的3:1产铁率,对应每年的铁产量不过300吨,这不就是只相当于汉代一个高炉的年产量么?

1993年出土的尹湾汉墓《武库永始四年兵车器集簿》,记录汉统宗永始4年(公元前13年)东海郡武库战备物资的账目,非常惊人:

弩弓:弩537707(乘舆11181),弓77521,小计615228

矢:弩矢11458424(乘舆34265),弓乘舆1199316(乘舆511),小计12657740

甲铠:甲142701(乘舆379),乘舆铁股衣225两1奇,铠63324,股甲衣□□□万563, 铁甲札587299,革甲14斤。头盔:(左革右是)暓98226(乘舆678),马甲(左革右是)暓5330

防牌:盾102551(乘舆2650)

枪:铜戈632(乘舆563),矛52555(乘舆2377),乘舆鈒943,铍451222(乘舆1421),戟6634,有方78393,锻24167,小计614546

刀剑:剑99905(乘舆4),泾路匕首24804,锯□刀30098,刀156135,大刀127(232),小计311069

斧:铁斧1132(136)

战车:乘舆钲车、鼓车、武攠车18乘,乘舆兵车24乘。

连弩车564乘,冲车37辆,将军鼓车10乘,轻车301乘,将军兵车比二千将□鼓车116乘,□□车180乘,钲车8乘,鼓车6乘,战车1乘,□□车564乘,□车1乘,武刚强弩车10乘,×毂×车1乘,战车502乘,三轮兵车1乘(168),×佗龟车5乘,高□车11乘,□□车7两,□□车□车2133两,素□重车1993乘,兵□车677乘,合车2乘,蜚楼行临车2乘。小计7174乘(乘舆42+7132)

里面铁甲,6万,另有58万铁甲片,足可装备十几万铁甲军,还有皮甲14万多,马甲五千多,说明具装重甲骑兵可有五千多,各种战车7000多,还有弩竟然多达58万,刀枪剑戟加起来上百万。

其中铠的部分:

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光这个汉朝一个郡,就足够可以PK整个罗马帝国。

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