魏晉南北朝史 · 第二節 煉鋼技術與機械發明

煉鋼技術的新成就　我們的祖先曾利用天上掉下來的隕鐵，來作為青銅器的刃部，這在殷墟發掘里，已經獲得確切的證明。後來人們漸漸知道利用熟鐵了，但由於當時冶煉技術的限制，主要是火力不夠，熔化鐵礦石有困難，煉成的熟鐵缺乏碳素，質地柔軟，硬度不夠，還不能取代青銅器。冶煉技術的進一步發展，鐵礦石能夠熔化了，這就得到了生鐵。生鐵含碳素過多，質地脆硬，耐磨的性能雖強，但只可以用來鑄造農具，還不能用來製造武器。熟鐵比起生鐵來又難熔化得多，用煉生鐵的方法來煉熟鐵，由於火力不夠強，熟鐵未曾熔化，卻在高溫下吸收了百分之零點二五至百分之一點七的碳素，這就產生了滲碳鋼。再加以淬、鍛等工序，擠出鐵中所含的雜質，就成質量較純的鋼鐵。這種鋼鐵的產生，才能在武器方面取青銅器而代之。 我國鋼鐵的應用在武器方面，應該說開始於春秋後期，《越絕書》里提到楚王派風鬍子到吳國去請歐冶子和干將作鐵劍[1]，《史記·范雎列傳》里也講到由於楚國的鐵劍銳利，士兵的戰鬥意志也更強了[2]。鐵劍就是指經過鍛煉製成的鋼劍而言。《吳越春秋》里也提到干將作劍，「使童男童女三百人鼓橐（風箱）裝炭，金鐵乃濡」[3]。說明由於鼓風爐的改進，已經能夠產生出滲碳鋼，又經過鍛煉，擠去雜質，就能煉出純鋼了。兩漢時期，好的鋼刀，已經能夠「斫堅剛，無變動之異」（楊泉《物理論》）[4]。在武器方面，完全奠定了鋼鐵的統治地位。 三國時期，煉鋼的技術在繼續提高。曹丕製成百辟寶劍三把，百辟寶刀三把，匕首三把，都是經過精煉製成的[5]。諸葛亮命蒲元鑄刀三千口，銳利非常，「以竹筒內鐵珠滿中，舉刀斷之，應手虛落」[6]，可見冶煉技術已經很高了。 東晉南朝時期，江南一帶煉鋼的技術也有所提高。南齊建武元年（公元494年），有上虞（今浙江上虞南）人謝平以作剛朴著名，剛朴就是不成器形的鋼材[7]。齊梁時人陶弘景云：「鋼鐵是雜煉生（生鐵）（熟鐵）作刀鐮者」（《重修政和證類本草》卷4《鐵精》條引）。所謂雜煉生，把生鐵和熟鐵混雜起來冶煉。「洪爐鼓鞲，火力到時，生鋼（鐵之訛字）先化，滲淋熟鐵之中，兩情投合，取出加捶，再煉再捶，不一而足」（《天工開物·五金篇》）。這樣就成為質量較純的鋼鐵。這種煉法，費功較少，成本較低，因此不獨可以制刀劍，也可以制鐮刀，對發展生產是有積極意義的。梁武帝天監四年（公元505年），政府的官冶又發明一種百鍊的橫法鋼，由此可見，江南在冶鋼技術方面有顯著的提高。 在北方，十六國時期，大夏赫連勃勃造百鍊鋼刀，刀上有龍雀大環，快利非常[8]。北魏、東魏時期，相州有牽口冶（今河南安陽水冶），製成的鋼刀，銳利無比[9]。北齊時，綦母懷文能造宿鐵刀，「斬甲過三十甲」[10]，可想見其銳利程度。西魏、北周在同州夏陽（今陝西韓城南）山區，置立鐵冶，「每月役八千人，營造軍器」[11]。所造成的兵器，也非常精利。由此可見，北方在煉鋼技術方面也有顯著的進步。 機械發明　三國時，魏有馬鈞，字子衡，扶風（郡治槐里，今陝西興平東南）人，官至給事中。他是一位「巧思絕世」（《太平御覽》卷752引《馬鈞別傳》）的發明家。他的發明對農業和手工業生產的發展都有促進作用。舊的織「綾機，五十綜者五十躡，六十綜者六十躡」，比起《西京雜記》里的「機用一百二十躡」，固然已經簡化，但馬鈞還是「患其喪功費日，乃皆易以十二躡」（《三國志·魏志·杜夔傳》注引《馬鈞別傳》）。織綾機經過這樣改進，生產效率提高了四五倍。馬鈞住在洛陽城裡，附近有一個土坡，可以作園圃，但是缺乏水來灌溉。馬鈞製造一種翻車，能夠源源不斷地引水灌溉園圃，而且輕便靈巧，兒童也能運轉。這種翻車就是龍骨水車，它在當時是世界上最先進的生產工具之一，後來就推廣到廣大農村里去了。 西晉時，杜預（公元228—284年）發明連機水碓。水碓的前身就是杵臼，早先人們用杵一起一落地在臼里舂米，效率很低，又費力氣。後來有了改進，人們在木桿上裝上石杵，拿架子架起來，用腳踏另外一頭，使石杵在石臼里舂米，這種工具叫做碓。再進一步就不用腳踏而利用水力來帶動碓舂米，這就是西漢末年出現的水碓，所謂「役水而舂，其利乃且百倍」（《太平御覽》卷829引桓譚《新論》）。魏晉之際，水碓的施用，極其普遍[12]。杜預更在這樣的基礎上作了改進，創造了連機水碓，利用水力帶動好幾個碓同時舂米。它的動力機械是一個大的立式水輪，安裝在溪流或江河的岸邊。水輪的長軸上裝有一排滾角不動的短橫木，好似一排角相不同的凸輪，當流水衝擊水輪使它轉動時，軸上橫木一個接一個地打動一排碓梢，使碓舂米。這樣的裝置，可以使水力平均利用，減少消耗，增加效率。 與杜預同時人劉景宣又發明了用畜力拉的「連轉磨」。本來在東漢末年，如許靖「以馬磨自給」（《三國志·蜀志·許靖傳》），用牲畜來牽引磨，已很普遍。到了魏晉之際，劉景宣發明了連轉磨，「奇巧特異，策一牛之任，轉八磨之重」（《太平御覽》卷762引嵇含《八磨賦》）。這種磨的主要構造是中間一個巨輪，所謂「巨輪內建」，用畜力牽引，輪軸直立在臼里，上端有木架管制，所謂「方木矩」，不使傾倒。在輪的周圍，排列著八部磨，輪輻和磨邊都用木齒相間，構成一套齒輪系。牲畜牽引輪軸，八個磨就同時轉動，可以節省不少的勞力。以後經過長期的改進，南朝在齊武帝永明（公元483—493年）中，祖沖之「於樂游苑造水碓磨」（《南史·文學·祖沖之傳》）；北朝在北魏孝明帝（元詡）正光（公元520—524年）中，崔亮於洛陽「張方橋東，堰谷水，造磨數十區」（《北史·崔亮傳》）。碓和磨都是糧食加工的主要工具，到那時都已經利用水力來發動了，這就進一步提高了生產效率，也給人民生活帶來了不少方便。 後趙石虎時（公元334—349年），尚方令解飛又發明了「舂車」和「磨車」。舂車「有舂車木人及作行碓於車上，動則木人蹋碓，行十里，成米一斛。又有磨車，置石磨於車上，行十里，輒磨一斛」（《太平御覽》卷752引《鄴中記》）。據說這種車只要一個人去管理就行了。 石虎時，還有一種巧妙的「司里車」，劉裕攻下長安時得到這輛車，帶回江南，稱為「記里鼓車」。它是一種兩輪馬車，車上有木人，雙手執鼓錘，車中置一鼓，「車行一里，木人輒擊一槌」（《宋書·禮志》）。它的構造方法是利用車輪的轉動，帶動車體上四種不同的齒輪。當車行一里，即輪轉百周時（古法車輪一周合三步，一百轉則為三百步，即一里），最後的齒輪轉了一周，由於關捩撥動作用，車上的木人即擊鼓一次，這樣就便於統計車行的里數。這種以齒輪機械的原理來記錄里數，在當時是一種重要的發明。 東漢時，張衡曾製造了一輛指南車，漢末喪亂，其器不存。魏明帝青龍（公元233—236年）中，馬鈞又試製成了一輛，後又失傳。後趙時，石虎命解飛造過指南車。後秦時，姚興也命令狐生造成指南車。當時指南車的形制，據說是「車上有木仙人，持信幡，車內人恆指南」（《太平御覽》卷775引《述征記》），「車雖迴轉，所指不移」（《宋書·禮志》）。但是製造得不十分精巧，「雖曰指南，多不審正。回曲步驟，猶須人功正之」。南朝宋昇明（公元477—479年）中，蕭道成輔政，命祖沖之重造，沖之造車成，「其制甚精，百屈千回，未嘗移變」（《宋書·禮志》）。 祖沖之還發明了千里船，曾於新亭江試航，「日行百餘里」（《南史·文學·祖沖之傳》）。這些科學發明，標誌著當時中國的科學技術水平居於世界的先進行列。 * * * [1]　《越絕書·外傳·記寶劍》：楚王……於是乃令風鬍子之吳，見歐冶子、干將，使人作鐵劍。歐冶子、干將鑿茨山，泄其溪，取鐵英，作為鐵劍三枚：一曰龍淵，二曰泰阿，三曰工布。 [2]　《史記·范雎蔡澤列傳》：〔秦〕昭襄王曰：「吾聞楚之鐵劍利而倡優拙。夫鐵劍利則士勇，倡優拙則思慮遠。……」 [3]　《吳越春秋》卷4：干將者，吳人也，與歐冶子同師，俱能為劍。……莫邪，干將之妻也。干將作劍，采五山之鐵精，六合之金英……而金鐵之精，不銷淪流。……於是干將妻乃斷髮剪爪，投於爐中。使童男童女三百人，鼓橐裝炭，金鐵及濡，遂以成劍。陽曰干將，陰曰莫邪。 [4]　楊泉《物理論》：「古有阮師之刀，天下之所寶貴也。阮之作刀……以水火之齊，五精之陶，用陰陽之候，取剛軟之和。……三年，作刀千七百七十口。……其刀平背狹刃，方口洪首，截輕微絕絲髮之系，斫堅剛無變動之異。世不吝百金精求，不可得也。其次有蘇家刀，雖不及阮家，亦一時之利器也」（《太平御覽》卷345引）。按楊泉是三國時東吳人。他所說的「古」，可能指的是東漢時期。從他的話里，可以看到漢代鍛煉的鋼刀，「斫堅剛無變動之異」，這說明當時煉鋼技術已經達到較高的水平。 [5]　曹丕《典論》：建安二十四年二月壬午，魏太子丕造百辟寶劍。又云：選茲良金，命彼國工，精而煉之，至於百辟。其始成也，五色駭爐，巨橐（大風箱）自鼓。……以為寶器九，劍三，刀三，匕首三。 [6]　《藝文類聚》卷60引《蒲元傳》：君性多奇思，於斜谷為諸葛亮鑄刀三千口。刀成……以竹筒內鐵珠滿中，舉刀斷之，應手虛落。因曰神刀。金屈環者，乃是其遺範。 陶弘景《刀劍錄》：蜀主劉備令蒲元造刀五千口，皆連環，及刃口刻「七十二煉」，柄中通之。 [7]　《太平御覽》卷665引陶弘景曰：「又有一百鍊剛（鋼）刀……頃來有作者十餘人，皆不及此。作剛（鋼）朴是上虞謝平，鑿鏤裝治是右尚方師黃文慶，並是中國絕手。以齊建武元年甲戌歲八月十九日辛酉建於茅山造（指鋼朴），至梁天監四年乙酉歲，敕令造刀劍形，供御用，奇麗絕世。別有橫法剛（鋼），公家自作百鍊。黃文慶因此得免隸役，為山館道士也。」 [8]　《晉書·赫連勃勃載記》：改元為鳳翔（公元413—417年）……又造百鍊鋼刀，為龍雀大環，號曰「大夏龍雀」。銘其背曰：「古之利器，吳楚湛盧。大夏龍雀，名冠神都。可以懷遠，可以柔逋。如風靡草，威服九區。」世甚珍之。 [9]　《魏書·食貨志》：其鑄鐵為農器兵刃，在所有之。然以相州牽口冶為工，故常煉鍛為刀，送於武庫。 [10]　《北齊書·方伎·綦母懷文傳》：懷文造宿鐵刀，其法，燒生鐵精以重柔鋌，數宿則成剛（鋼）。以柔鋌為刀脊，浴以五牲之溺，淬以五牲之脂，斬甲過三十札。今襄國冶家所鑄宿鐵柔鋌，乃其遺法，作刀猶甚快利，但不能截三十甲也。 [11]　《周書·薛善傳》：又於夏陽諸山置鐵冶，復令善為冶監，每月役八千人，營造軍器。善親自督課……甲兵精利。 [12]　《三國志·魏志·張既傳》：出為雍州刺史。……是時太祖（曹操）徙民以充河北，隴西、天水、南安民相恐動，擾擾不安，既假三郡人為將吏者休課，使治屋宅，作水碓，民心始安。 《太平御覽》卷762引《魏略》曰：司農王思弘作水碓，免歸田裡。 《晉書·魏舒傳》：任城樊人也。少孤，不為鄉親所重，從叔父衡使守水碓。 《太平御覽》卷762引王渾表曰：洛陽百里內，舊不得作水碓，臣表上先帝，聽臣立碓，並攙得官地。 《太平御覽》卷762引王隱《晉書》曰：劉頌為河內太守，有公主水碓三十餘區，所在遏塞，輒為侵害。頌表上封諸碓，民獲便宜。 《太平御覽》卷762引王隱《晉書》曰：石崇有水碓三十區。 《太平御覽》卷762引《晉書》曰：王戎……水碓四十所。