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秦青铜、冶铁技术发展情况概述/二
袁仲一
二、秦冶铁业的兴起和发展
中国的冶铁技术始于何时?是学术界比较关注的重要学术问题。1972年在河北藁城台西村商代遗址发现一件铁刃铜钺;1977年在北京市平谷县刘家河村的商代墓葬中,又发现铁刃铜钺一件。经检测铁刃为陨铁,说明从商代已使用铁,但还没有发明人工炼铁技术。[1]河南省三门峡市上村岭的两座时代为春秋初年的虢国大墓,其中的2001号墓出土的一件铜柄铁剑;2009号墓出土的一件铜柄铁刀;这两件经检验,确定为人工冶炼的块炼铁渗碳钢。[2]这是目前所知最早的人工炼铁的实物例证之一。
秦国铁的冶炼和使用的时代亦较早,现已发现几批春秋早期的秦国铁器:
(1)甘肃礼县大堡子山秦公陵园(多数学者认为是襄公、文公陵园)的K1车马坑,出土锈蚀严重的铁制品。1998年在大堡子山陵园东南方向的赵坪墓区,发掘中小型墓3座、车马坑1座。其中的M2为一春秋早期的贵族墓,出土有铜柄铁剑和鎏金铜柄铁剑;车马坑中亦有铁器发现。[3]
(2)甘肃灵台景家庄一春秋早期秦墓,出土铜柄铁剑一件。经检测为块炼渗碳钢。[4]
(3)1986年春,在陕西陇县边家庄一春秋早期秦墓,出土铜柄铁剑一件。[5]
(4)陕西省长武县一春秋早期墓出土铁匕首一件。[6]
以上几批是见于已公开报道的春秋早期秦墓出土的铁器。灵台景家庄出土的铜柄铁剑,经检测已确定为块炼渗碳钢;即用已炼成的熟铁块在锻炉内加热渗碳,并经锻打以去杂质而成。其余几批铁器未经鉴定,鉴于灵台的铁剑已不是陨铁而是人工铁,因而亦当为人工铁。这说明秦国人工炼铁技术在春秋早期已出现。
到春秋中晚期秦国出土的铁器数量增多,现略举几例如下:
(1)甘肃礼县圆顶山秦人墓地,其中的98LDM2出土金首金格铁剑一件、铜柄铁剑三件。时代为秦秋中晚期。[7]
(2)1992年在陕西省宝鸡市益门村的M2号春秋秦墓内,出土金柄铁剑三件、金环首铁刀十三件、金方首铁刀二件、金环首料背铁刃刀二件,共计二十件。时代为春秋晚期的偏早阶段。经陕西省文物保护研究中心鉴定,为人工加工的块炼渗碳钢。[8]
(3)陕西凤翔县秦公一号陵园的一号大墓,出土铁铲、铁锸等。多数学者认为一号大墓为春秋晚期的秦景公(前577—前537年)的墓。经检测这批铁器为生铁铸件。[9]
(4)陕西省凤翔县马家庄春秋秦一号宗庙建筑遗址,在T63K3祭祀坑中出土铁锸一件,时代为春秋中晚期。[10]
以上几批铁器的发现,说明到春秋中晚期秦国使用人工制造铁器的范围获得进一步扩展,除有铁兵器外,还有铁铲、铁锸等生产工具。块炼渗碳钢的技术在继承前代的基础上续有发展。特别引人瞩目的是铸铁器物的出现,说明在春秋晚期偏早阶段秦国人已掌握了生铁冶铸技术,这在冶铁史上是个巨大的进步。铸铁件是利用在高炉内还原铁矿石形成的铁水浇铸成型,大大提高了生产效率,有利于铁器的大规模生产和普及。生铁铸件有较高的抗压强度和耐磨性,适宜于制作各种生产工具。但其性脆,抗拉强度低,需要经过一定的柔化处理。
在战国至秦王朝时,秦国的块炼渗碳钢及生铁铸造技术得到进一步普及和提高。尤其是铸造的铁农具、铁工具已普遍使用,秦的众多遗址或墓葬中大都有数量不等的铁器发现。例如:在秦都咸阳的一、二、三号宫殿遗址内出土各种铁器九十余件;咸阳黄家沟秦人小型墓地出土铁器三十一件。类别有生产工具(斧、锛、锸、镰等),生活用具(带钩、釜、小刀等),兵器(剑),建筑构件(铁钉、活铰、铁环等)。一号宫殿遗址出土环首铁钉三十件,经检测系块炼铁的锻造件,尖部经过淬火处理,以增强硬度。[11]
秦始皇陵园历年来出土的铁器数量巨大,据不完全统计有四百三十余件。种类繁多,包括了生产和生活的各个方面。在农业生产工具方面有铧、锸、镰、锄等;手工业生产工具有锤、锛、斧、凿、錾等,这些工具都有大、中、小不同的型号,显示了手工工具的系列化。反映社会生活各个方面的杂器种类更多,有铁釜、钵、箅、灯、刀、削、铲、勺……;还有铁刑具、铁兵器等。总上言之,铁器已广泛使用。
秦始皇陵园的铁錾、铁锸经检验:铁錾系用块炼铁锻造成型,在其尖部发现有淬火现象。铁锸为生铁铸件,在其尖端经取样分析:显微组织为铁素体加珠光体加团状石墨,且铁锸心部珠光体含量较少,类似现代可锻铸铁。由此可见铁锸是经过退火柔化处理,属于展性铸铁,亦可称锻铸铁。[12]
以上是根据考古资料,对从春秋早期以至秦王朝的五百余年间,秦的冶铁业的兴起和发展情况作了简略地概述。从中我们可以获得如下几点崭新的认识:
第一,秦国的冶铁业始于何时?以往学术界有一种传统的观点:有人认为秦国落后,其冶铁业始于战国中期,最早不会早于战国早期。当陕西凤翔秦公一号大墓出土一批铁器后,有人又提出秦国的冶铁业始于春秋晚期。[13]这是受资料的局限性造成的。新的考古资料证明,远在春秋早期(前八至前七世纪)秦国已出现了块炼渗碳钢。到春秋中晚期(前七至前五世纪),秦国冶铁业得到进一步发展,铁器出土的数量增多;块炼渗碳钢的技术进一步推广。尤其引人瞩目的,到春秋晚期早段的秦景公时(前576—前537年),出现了生铁铸造技术,这是冶铁业的一项重大创新。到战国和秦王朝时,铁器在秦已普及化,在农业、手工业以及各种社会生活用器等方面,铁已得到广泛使用。块炼铁(熟铁)、铸铁、渗碳钢,以及铁件的淬火技术、铸件的退火柔化技术等已较广泛运用。
在秦都咸阳宫殿区附近的聂家沟曾发现冶铁手工业作坊遗址。在聂家沟沟头的西北部发现铁碴遍地,并有铁块、炉渣、红烧土、草木灰等物。遗址面积广阔,可见其生产规模宏大。[14]秦设有主铁官掌管冶铁业的有关事宜。睡虎地秦简《秦律杂抄》记载,秦有“左采铁”、“右采铁”;丁冕圃的《玺印集英》著录有“右冶铁官”秦印;[15]秦封泥中有“铁市丞印”、“铁兵工丞”;[16]《史记·太史公自序》记载,司马迁的先祖司马昌“为秦王铁官”。这反映了秦官府对冶铁业的高度重视及严格的管理措施;同时也反映了冶铁业的高度发展。
第二,秦国冶铁业在中国冶铁史上的地位如何估价?有人认为中国的铁器,“最早的是春秋末期和战国早期,属于楚、吴、周、韩等地区”。也就是说,“当时冶铁业发展于南方和中原一些地区。首先发展于南方吴、楚两国,特别是楚国;其次是和楚国相邻的韩国和周的京都一带”。[17]这一看法是基于早期秦国有关铁器出土资料匮乏情况下得出的,在当时来说这一结论是合乎当时的实际情况的。近二三十年来有关春秋秦的铁器不断出土,数量较多。因而有关中国早期人工铁器的出土地区把秦国排除在外,显然是不全面的。
中原地区目前所见最早的人工铁器出土于河南三门峡市上村岭的M2001、2009号虢国大墓的铜柄铁剑和铜柄铁刀,时代为春秋初年(有的认为上限也有可能到西周晚期)。山西天马曲村晋国遗址出土的两件残铁片和一件条形铁,时代为春秋中期。而湖南长沙杨家山M65、长沙楚墓、长沙识字岭M314,河南淅川下寺10号楚墓,以及江苏六合程桥M1、M2、江苏苏州吴县僭尼山7号墩……等处出土的人工铁器,时代基本上都属于春秋晚期。另外,在楚、吴、韩等地区还出土多件属于春秋战国之际或战国早期的人工铁器。[18]
属于春秋初年的中国早期的人工铁器,除秦国外仅见河南三门峡市虢国大墓出土的两件铁器。而春秋早期的秦国,在甘肃礼县的大堡子山秦公陵园、甘肃灵台及陕西陇县、陕西长武等处的墓葬,均有人工铁器发现;到春秋中晚期秦国铁器出土的数量进一步增多;铁器的出土地点几乎遍布秦国的中心地区。张天恩在《秦器三论—益门春秋秦墓几个问题浅谈》一文指出:“仅就目前己知的考古发现,可以认为春秋初期,虢、秦等北方国家,冶铁技术应处领先的地位。春秋早、中期,在中国早期冶铁史上,秦国是一枝独秀。春秋晚期,楚国的冶铁似乎与秦国并蒂争艳。至于二者之间是否有联系,尚待研究。”又说:到战国中晚期,“楚国等南方国家的冶铁技术明显超过了北方”。[19]这一论述基本上符合实际。战国中晚期,铁兵器的制造技术南方超越北方。但在铁工具及生活用器的制作及铁器的普及度,北方并不落后。
第三,关于秦国铁器的来源,目前学术界还没有一致的意见。有人认为“秦国铁器的来源,可能与周文化有关”。上村岭虢国大墓发现了人工冶铁器,虢系周文化系统。“虢国故城在今宝鸡县城所在地虢镇附近,处秦早期都邑汧渭之汇、平阳、雍城之间。如果虢国在西周晚期初步掌握了冶铁技术,则秦人亦可能是直接从虢国继承了这方面的成就。”[20]这仅是推断,尚待新的资料佐证。
赵化成先生在《试论秦文化与域外文化的交流》一文说:“近年来,中国新疆地区公元前一千年左右古墓中也发现了较多的人工铁制品。两周时期的秦国地处中原偏西地区,并扼守中原与西域通道之咽喉,冶铁技术首先(从西亚、中亚)传入秦国及其附近地区则是可能的。事实上前述出土最早人工铁器之一的虢国在西周时期就活动在关中的宝鸡一带(现存地名有虢镇),西周末年才迁徙至三门峡一带的。”这一见解已引起学术界广泛地关注。我认为这种可能性是存在的。但是还有许多问题有待于解决。正如赵化成先生所说:“这一问题的彻底解决还需要对新疆出土铁器的年代与质地进行再鉴别。此外,此外,还要探寻西亚、中亚向中原输入冶铁技术的通道,以及这条通道沿线铁器的发现情况等。”[21]
也有人认为“中国冶铁技术的发明,同亚洲西南部和欧洲、非洲所有文明国家的冶铁技术是毫无关系的”。“各地铁器的应用是有先后的,那种以为冶铁技术来自一个‘母国’的说法,完全是不科学的臆说。”这就是说中国冶铁技术的发明是中国土生土长的,与域外没有任何关系。并认为“凡是一个地方具备了发明某种冶金技术的地理条件和历史条件时,就完全可能创造出某种冶金技术。”[22]也就是说各地区冶铁技术都是在不同的时间独自发明的。
古代各地区各民族间文化的交流与传播还是存在的,似不宜完全否定。至于中国冶铁技术的发明是否与域外有关,是值得深入探讨的问题。根据目前有限的资料还不能做出确切地判断。关于秦国早期的铁器出土的数量较多,但经过科学检验其组织结构的资料较少,这为研究秦国冶铁技术的来源及其发展情况带来了不便。希望今后能加强检验工作,并加强与中原地区、新疆地区以及西亚、中亚等域外地区出土铁器的对比研究。这样才便于对秦国冶铁技术的来源作出较准确的判断。
第四,关于秦国、秦王朝时的铁兵器问题;这是人们比较关注的又一重大学术问题。综观秦铁器的出土情况:春秋时代秦国出土铁器的总量中铁短剑及铁刀占有较大的比例。据不完全统计,铁短剑、铁刀、铁匕首等见于报道的已有六批、计29件。其中铜柄及鎏金铜柄铁剑7件,金柄铁剑3件,金首金格铁剑1件,金环首及金方首铁刀15件,金环首料背铁刃刀2件,铁匕首1件。陕西宝鸡市益门村二号春秋晚期偏早的秦墓出土的金柄铁剑,如标本M2:1号剑,通长37.8厘米,其中身长25厘米、柄长12.8厘米,身肩部宽4厘米。金柄通体镂空成精美的蟠螭纹图案纹样,并镶嵌绿松石及料器等饰件。剑身外的剑鞘已朽,朽迹上存有小金泡7枚。益门村秦墓出土的金方首铁刀(M2:103),柄首亦饰有蟠螭纹。
从上可见春秋秦国铁兵器的显著特征:铁剑的柄基本上都是铜柄或鎏金铜柄、金柄,或金首金格;铁刀也以金环首或金方首为饰件。这些都显示铁剑、铁刀的珍贵,是稀有之物;说明当时采用块炼渗碳钢制造兵器还处于早期阶段。这时的铁剑、铁刀是作为礼仪性的佩剑、佩刀用的,是身份地位高贵的标志物,当然也有卫体的作用。当时军队中的高级军官佩带这种兵器亦是有可能的,但绝没有用来作为军队的装备以作为战场上格斗的兵器。
从春秋晚期偏早阶段铸铁技术的出现以及后来生铁柔化处理技术的不断完善,到战国以至秦王朝时,秦铁器的制造和使用已普及化。根据考古资料来看,这时秦的铁器占绝对多数的是各种各样的农业生产工具及手工业生产工具,以及各种社会生活的实用铁器;而铁兵器却较少见。根据《秦都咸阳考古报告》所公布的有关铁兵器的资料,仅有残铁剑1件(MYHJⅡM7)、铁刀2件、小铁刀15件。后二者其实都不是兵器。此资料虽不完整当有许多遗漏,但反映了铁兵器的少见。秦始皇陵园已出土铁器430余件。其中仅有残铁剑3件、铁予3件;其余均为各种生产工具及各种生活用杂器,二者相比显示了巨大的反差。秦始皇陵一号兵马俑坑第一次发掘,已出土青铜兵器四万余件(其中绝大部分为铜镞),而铁兵器仅发现铁矛1件、铁镞2件、铁铤铜镞4件。
上述现象引起了人们的关注,作了种种不同的解释。有的说,因为秦国缺乏铁矿又缺冶炼技术,所以不能生产钢铁兵器。而事实上秦国并不缺少铁矿。成书于战国时代的《山海经》中的《山经》记载了许多产铁之山,其中确知其今在何地者共十八处,而秦国占据六处。这六处见于《西山经》者五处;一曰符禺山,“其阴多铁”,在今陕西华阴县;二曰英山,“其阴多铁”,在今陕西华县;三曰竹山,“其阴多铁”,在今陕西渭南县东南;四曰泰冒山,“其阴多铁”,在今陕西省延安县;五曰龙首山,“其阴多铁”,在今西安市长安区。另一处见于《中山经》的岐山,其下多铁,在今陕西岐山县东北。[23]这说明秦国是有铁矿山的。尤其是秦取得巴蜀及统一全国后,铁矿的资源更为丰富,大大促进了冶铁业的发展。另外,秦国也不缺铁的冶炼技术,前已言之,早在春秋早期已采用块炼渗碳钢的技术制造铁剑;春秋晚期早段已出现铸铁件,战国时铁器已广泛使用。这表明秦冶铁技术并不落后。
冶铁业包含三个方面,一是块炼铁(又名熟铁),二是生铁,三曰钢。这三种都是碳铁合金。熟铁含碳量极低,少于0.3%,并含有较多的杂质;其质软,富有延展性,适合于锻造各种需要一定韧性的器具。生铁含碳量高,达2—4%,亦含有杂质;性脆,但有较高的抗压强度;经柔化处理,可以铸造各种工具。熟铁锻件和生铁铸件,相对说来都工艺较简单,便于操作。尤其是生铁铸件生产效率高,可以大规模地批量生产。这是形成战国和秦王朝时期的农业、手工业和各种生活用器方面,已广泛使用铁器的主要原因。
而铁兵器属于钢质的器具,既要求有一定的硬度,又要求有一定的韧性,含碳量为0.3—1.5%,介于熟铁和生铁的含碳之间。统观秦铁兵器的制造方法,是用熟铁作为原材在炭的燃烧炉中使少量碳渗入到铁中,再经反复加热锤打,去掉杂质,成为块炼渗碳钢,经精心锻造成各种铁兵器,成型后再经锉磨、抛光等细加工。其工序虽不十分繁杂,但费时费工,生产效率低下,不能大规模地批量生产。生铁的生产效率高、铸造性能好,但性脆而硬,强度不够只能铸造农具及各种工具,制造兵器则不宜。总之,当时炼钢技术还处于早期阶段,这是当时秦国军队的武器佩备仍以青铜兵器为主,而铁兵器较少的原因。
到西汉中晚期,发明了炒钢技术,即以生铁为原料,于高炉内把其加热到液体半液体状态,在强氧化气氛中脱碳成钢,大大提高了钢的生产效率。尤其是到东汉晚期(也有人认为是在南北朝时)灌钢技术的发明,即将生铁和熟铁在高炉内加热混合冶炼。这样氧化反映较剧烈,去碴能力强,成分较易控制,容易获得含碳量较高的钢。这些新炼钢方法的发明,为铁兵器的大规模批量生产创造了条件。因而从汉代开始铁兵器才逐渐取代铜兵器成为兵器的主体。有人认为战国晚期和秦王朝时青铜兵器己成为陈旧落后的武器,铁兵器已取代铜兵器成为军队的主要武器装备。这不符合历史真实。当时不仅是秦国,连山东六国也都是以铜兵器为主,铁兵器只有少量。
注释
[1]a.李众:《关于藁城商代铜钺铁刃的分析》,《考古学报》1976年第2期。b.张先得、张先禄:《北京平谷刘家河商代铜钺铁刃的分析鉴定》,《文物》1990年第7期。
[2]赵化成:《试论秦文化与域外文化交流》,《秦文化论丛》第十二辑第34页,三秦出版社,2005年。b.韩汝玢:《中国早期铁器(公元前5世纪以前)的金相学研究》《文物》1998年第2期。
[3]a.戴春阳:《礼县大堡子山秦公墓地及有关问题》,《文物》2000年第5期。b.戴春阳:《礼县大堡子山秦国墓地发掘散记》,《秦西垂文化研究论集》第556—557页,文物出版社,2005年。
[4]a.同[2]b。b.刘得祯等:《甘肃灵台景家庄春秋墓》,《考古》1981年第4期。
[5]张天恩:《边家庄春秋墓地与汧邑地望》,《文博》1990年第5期。
[6]袁仲一:《从考古资料看秦文化的发展和主要成就》,《文博》1990年第5期。
[7]a.礼县博物馆、礼县秦西垂文化研究会:《秦西垂陵区》第28页,文物出版社,2004年。b.甘肃省文物考古研究所、礼县博物馆:《甘肃礼县圆顶山98LDM2、2000LDM4春秋秦墓》,《文物》2005年第2期。
[8]宝鸡市考古工作队:《宝鸡市益门村二号春秋墓发掘简报》,《文物》1993年第10期。
[9]韩伟、焦南峰:《秦都雍城考古发掘研究综述》,《考古与文物》1988年第5—6期。《陕西省文物志》第81页,三秦出版社,1995年。
[10]陕西省雍城考古队:《凤翔马家庄春秋秦一号建筑遗址第一次发掘简报》,《考古与文物》1982年第5期。
[11]陕西省考古研究所:《秦都咸阳考古报告》第350、442—443、532—534、659页等,科学出版社,2004年。
[12]袁仲一:《秦始皇陵的考古发现与研究》,陕西人民出版社,2002年,第526—550页。
[13]陕西省考古研究所秦汉研究室编:《秦物质文化史》第35—36页,三秦出版社,1994年。
[14]同[11]。
[15]睡虎地秦墓竹简整理小组:《睡虎地秦墓竹筒》(平装本)第138—139页,文物出版社,1978年。
[16]周晓陆、路东之:《秦封泥集》第128、233—234页,三秦出版社,2000年。
[17]杨宽:《中国古代冶铁技术发展史》第36—37页,上海人民出版社,2004年。
[18]同[2]b的表三:春秋至战国早期(公元前5世纪前)出土铁器统计表。
[19]张天恩:《秦器三论—益门春秋秦墓几个问题浅谈》,《文物》1993年第10期。
[20]同[19]。
[21]同[2]a第35页。
[22]同[17]第4页。
[23]a.同[17]第44页。b.林剑鸣:《秦史稿》第285页,上海人民出版社,1981年。关于《山海经》的《山经》所载的铁矿山,确知其地点的十八处,即在今陕西省六处,在今河南省九处,在山西省二处,湖北一处。
秦始皇帝陵博物院2011/秦始皇帝陵博物院.—西安:陕西出版集团 三秦出版社,2011