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古罗马铁与秦朝青铜剑战国剑兵器比较

发布日期:2017-09-05

有关青铜时代中西方青铜剑的优劣,应先回顾一下战国剑兵器之秦剑,含铅甚微的秦剑和走高铅邪路的西方青铜完全不同,含量合理的铜锡比率使秦剑的韧性和强度结合的恰倒好处,鄂洲博物馆的董亚巍先生复制过战国剑兵器之古代秦剑,发现按当时的制剑技术制造的战国剑兵器之秦剑内韧外坚,内部的硬度却相对来说低了不少,虽然没有给出战国剑兵器内部的伸长率,不过可以根据更早时期战国剑兵器使用相似技术制作的戈类比,在云南出土的这种戈分析表明战国剑兵器外镀层的锡铅含量较高,铜的含量相对于戈体内部来说比较少,戈体内铜的含量相对均匀,锡的含量在8%到18%之间由外到内锡的含量逐渐减少(《云南楚雄出土春秋时期青铜戈的理化分析》《云南师范大学学报(自然科学版)》 2003年03期)

可见战国剑兵器由于铸造时内外冷却速度不同,使内外金相组织不同进而影响了锡的分布,内部的锡含量低到8%,根据青铜锡含量和性能关系曲线(《纯铜及其铜合金》《冶金丛刊》1998年06期),这个锡含量的青铜塑性刚好达到峰顶,约33%左右,可见韧性是非常好的。

可见战国剑兵器之秦朝的宝剑确实是内韧外坚。外部的硬度,兵马俑中出土的战国剑兵器之秦剑检测数据是106HRB,约296HV。(《秦俑坑出土的兵器》《丝绸之路》1999年01期)。

鄂州博物馆的董亚巍研究员复制的战国青铜剑,用18%锡含量,5%铅含量(这个铅含量用高了,秦剑含铅量平均在1%以下,因此硬度和韧性更高一些)实验结果证实,这种青铜剑内韧外坚,外部硬度约290HV,可以印证兵马俑秦剑的检测结果。(《战国青铜剑的铸制技术及“削杀矢之齐”研究》《全国第六届科技考古论文集》2003年8月)

那么来看看同时期或者更晚时期西方的铁剑:由于西方锡比较缺乏,要从非洲腹地运来,因此他们比较早就使用铁器了,尽管这时的铁性能并不比青铜有优势。古代西方一直没有开发出铸铁柔化技术和炒钢技术,兵器一直使用块炼铁,块炼铁是铁矿石在较低温度下还原而成,形成比较纯的铁颗粒和矿渣,呈海绵状,虽然铁颗粒的纯度比较高,但杂质聚合成大量的矿渣分布期间,需要大量锻打将矿渣排出,但锻打也有极限,不能超过二三十次,这里还有金属疲劳问题,所以块炼铁制品整体来说还是含有比较多的杂质,如古希腊块炼铁制作的钢里面的矿渣比较多,有的矿渣达上百微米。矿渣的存在严重影响了铁器性能,对韧性和强度都大大不利。

当时西欧最好的铁出在西班牙,因为那里有很好的铁矿,下面的图片是书的扫描,从西班牙Almedvilla墓出土的铁剑含碳极少,属于熟铁,硬度仅有95~135HV。还不到秦剑的一半。另外的一把剑含碳稍高,约0.2%~0.3%,但它的硬度也只有70~117HV。可这已经是公元前二世纪了,已经到中国西汉时期,环首铁刀已经开始取代剑,各种渗碳技术、热处理技术已经大量使用了。

两把Basel博物馆里的凯尔特长剑,“not very much better",一个含碳量0.04~0.1%,也是熟铁,不过硬度达到160~191HV,另一个相对“well piled",含碳量0.15~0.5%,最高硬度达到286HV,确实和秦剑相差无几。不过这把剑已经是顶尖的精品了,“This is very much better than any of the other weapons......"它们也是没有经过热处理的“No attempt had been made at heat-treatment"对湖南长沙杨家山出土的春秋晚期钢剑的分析表明,其含碳量为0.5%左右属块炼铁渗碳钢制品,其年代为公元前6世纪左右。

看来西方的铁兵器出现的是比较早,可是碳含量太少,根本不是钢,所以中国使用钢兵器甚至还早于多数西方地区。

再看罗马的:著名的罗马短剑Gladius和公元2世纪后出现的长剑Spatha都是没有经过热处理的,德国地区出土的Gladius虽然内外含碳量不同,但硬度都没有超过200HV的。居然还没有到秦剑的水平。

看来有些人又是撒谎的,罗马的金属热处理技术其实很差。居然铁剑都不经过淬火,战国时期燕下都出土的普通士兵用的铁剑都经过淬火,而且上面提到的湖南长沙杨家山出土的春秋晚期钢剑已经出现回火组织了,这是在淬火技术基础上发展出来的热处理技术。

这些都是比罗马时代早,“对徐州狮子山楚王陵出土的4件凿刀的金相分析表明,该4件凿刀都经过对刀头的局部淬火处理,以获得刀头硬、刀体韧的效果。对在山东苍山汉墓出土的环首钢刀、陕西扶风汉墓钢剑和汉代刘胜错金书刀的分析也表明,这些刀剑仅在刃部观察到马氏体,剑的脊部未见淬火组织,可见我国先民至迟在公元前二世纪已掌握了局部淬火技术。”

“……例如通过对易县燕下都发掘的战国晚期的矛和镞铤的分析发现,这两件铁器为块炼铁渗碳钢产品,其含碳量分别为0 20%和0 25%,内部组织由铁素体和珠光体构成,珠光体具有很宽的片间距,金相分析结果表明,这与今天的奥氏体在空冷即正火处理所获得的组织相似……” 在古代淬火器物太硬,退火器物又太软,采用冷却速度适中的空冷,既省钱又省力。 我国汉代的工匠对铸铁脱碳得到的低碳钢和中碳钢制造的器具很多不用淬火,而采用这种工艺。(唐电. 邱玉朗《中国古代金属热处理——试论退火、淬火、正火与回火》 《 材料热处理学报 》 2001年02期 )

公元前二世纪中国战国剑兵器已经有局部淬火技术了,刃部经过淬火有很高的硬度,而脊部仍然保持很好的塑性和韧性。到了东汉末年还出现了土包埋淬火,也就是将剑脊部分用黏土封住,这样淬火时就仅有刃部分被淬火提高硬度,这种技术在明代之前使用比较普遍。这种技术后来传到了日本,日本刀至今还在使用这种技术。在某人的一个帖子中极力推崇日本的这种土包埋淬火技术,并且以此嘲笑中国的局部淬火技术,殊不知日本人的这一套恰恰是跟我们老祖宗学的。

注意到了公元4世纪,罗马的大多数铁刃硬度还是没有达到秦剑的水平,有两把小刀的硬度达到369HV和720HV,后者接近HRC50,小刀小凿这些都是生产或生活使用的,根本不是兵器,平时切切削削足够了,用不着多大的韧性。而兵器和小刀工具的要求是完全不同的。

罗马的兵器到4世纪还是没有经过热处理, 对这点书上写的也很清楚,为什么兵器不热处理:“presumably in order not to make it brittle"可见,是因为罗马人无法解决兵器淬火后变脆的问题,他们没有中国人早就有的局部淬火和回火等技术,虽然硬度不够,但他们可以忍受。

但这是什么时候了?战国剑兵器之秦剑已经是600年前的技术了,要比也要和这时的中国比了。

中国已经到了东晋时期,百炼钢已经成熟了数百年,顺便说一句,百炼钢技术并非失传,知道上个世纪三十年代中国的北方很多地区制作的折花钢剑就是百炼钢的传世技术。

炒钢技术的好处是没有象块炼铁那样的矿渣,质地均匀,杂质很少,如《扶风汉代钢剑的科技分析》《考古与文物》1999年03期上的这把公元前的战国剑兵器之钢剑,即使使用扫描电子显微镜能谱仪这种高灵敏度的仪器进行分析,发现该剑心部硅、锰、磷、硫都含量甚微甚至未有显示。 这是因为我们的祖先早在战国时期就已经知道在冶炼的时候加入石灰等碱性物质,不仅能够脱硅,也能脱硫磷.而古代西方一直都没有解决这个问题,中世纪欧洲即使是钢也含有大量的硫,这对钢的韧性和强度都大大不利,这个问题西方直到近代才解决。

西汉铁生沟遗址出土的炒钢料含碳1.288%、硅0.231%、锰0.017%、磷0.024%、硫0.022%,硫磷的含量降低到现代高级优质钢的标准(含磷量≤0.035%、含硫量≤0.030%)。同时出土的另一块熟铁料含碳0.048%、硅2.35%、锰微量、磷0.154%、硫0.012%,也达到了现代熟铁的标准,这个熟铁是作为铁器的锻打原坯,在锻打过程中铁料在红热状态下暴露在空气里,使硫、磷杂质进一步氧化脱除,而且锻打能使碳、硫、磷迁移富集,“造渣”形式脱除。所以中国的钢剑成品的有害物质硫磷的含量降低到检测不出来。

对于99.76%都是高硫磷矿的中国本土矿石来说,中国人以自己的智慧弥补了自然造化的不足,而不是像印度欧洲一样拜天所赐有直接获得高质量铁矿石的便利,这是非常难能可贵的。

公元前4世纪战国燕下都遗址的普通士兵用的战国剑兵器之钢剑,由含碳量0.5~0.6%的高碳层和0.15~0.2%的低碳层多层相间组成,其制作方法是不同含碳量的块炼铁薄片对折叠合在一起锻打成型,经900度淬火,得到刚柔相济的效果。剑芯部索氏体较多,刃部马氏体较多,内韧外坚。 刃部硬度达到530HV,远比六百年后的罗马剑高的多。

公元前2世纪西汉刘胜墓的错金书刀,也是低碳钢渗碳叠打而成,经过表面渗碳,最后局部淬火,刃部硬度570HV,刀背表面硬度260HV,芯部硬度HV140。也是内韧外坚。

刘胜的佩剑刃长达86.5厘米,宽3.4厘米,也是叠合锻打渗碳和局部淬火,每层钢层厚度仅为0.05~0.1CM,已经是花纹钢了,刃部硬度达900~1170HV,比日本刀还硬,芯部硬度220~300HV,韧性是相当好的。(《中国古代块炼铁技术》《粉末冶金材料科学与工程》 1999年01期)这些都是公元前2世纪之前的中国铁兵器,不仅同时期的著名的西班牙和凯尔特铁剑没得比,就连五六百年后的罗马剑也远不能望其项背。

公元4世纪,中国的钢铁发展到什么程度,我就不必多说了,大家随便搜搜就是一大堆资料,拿来比较比较吧。

秦剑的韧性,我帖子一开头就讲了,根据春秋时期戈的理化分析,青铜内部的含锡量低到8%,对应的塑性达到33%,比西方铅青铜剑高了10倍多, 所以韧性对于秦剑来说是根本没有问题的。

至于抗压,抗拉,这是强度指标,秦剑外部含锡量17~20%,根据那个曲线,也正是处于强度顶峰位置。

而到公元前2世纪,著名的凯尔特长剑还是用熟铁来做,因性能好而著称的西班牙铁剑更是如此,硬度低的可怜,而且质量也参差不齐。 看来西方人对铁器处理的各种技术并没有熟练掌握,不仅锻打不充分,而且热处理技术跟本就没有应用,看来这点有些人的说法是太抬举他们了,抬举的有点撒谎了。

而且这种熟铁剑由于是块炼铁制作,看来是没有经过充分的锻打的,不然含碳量不会如此低,因而内部肯定存在大量的矿渣,是不能指望它有多好的强度和塑性的。 如上面那个含碳量0.2~0.3%的西班牙剑,硬度仅为秦剑的1/3,比另一把0.04~0.1%含碳量的剑还低不少,看来就是内部的矿渣使然。

从前说西方士兵用熟铁做的铁剑打仗,一刺就弯,要用脚踩直再刺,根据上面的数据,看来这个说法完全可信。这样的武器来对付比这还早的秦军,结果可想而知。

而罗马剑到了4世纪居然还不经过热处理,真让人感到奇怪。罗马的少数工具用铁确实是经过淬火的,如上面提到的那两把4世纪的工具用小刀。有人也以罗马的小刀小凿用过淬火为证据来猜测罗马剑也是一定经过热处理的,结果忽悠出罗马短剑刃的硬度达到55HRC。现在看来这确实是胡说了,罗马人为什么“偏爱”短剑也是这个原因,有人说他们一手执盾所以剑不能长,但根本不是这个原因,30多厘米长的刃,即使拿盾也确实不顺手,而且要刺杀只能贴身肉搏,这是很危险的,刃长60厘米以上才符合人体工学,刺杀用着才顺手。他们的铁太软,剑又是主要用于刺,所以不能做长,如此软如果稍微长一点就更容易刺弯。所以罗马人只能如此将就,他们的短剑一直都不能砍,也有这方面的因素。

刺杀恺撒的是多个人围住一起刺,身中多剑才死,布鲁图拿的是短匕首,当然越短越不容易弯。凯尔特长剑全长也不过60多厘米,前面的数据表明他们的铁也是比较软,不过比西班牙剑和罗马剑还是要硬一些,故能做的稍长,不过这个长度比起秦剑以及一米多长的楚国燕国的铁剑,可是差太多了。

 

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