浅析古代铁质刀剑、剪刀文物制造工艺及组织结构特征

张璐 黄琦 樊孝林

【摘要】铁质刀剑、剪刀文物是中国古代铁质文物的重要种类，它们由于自身的功能性质，成为历史时期高水平铁器制造的反映。通过观察、研究现有实物，结合文献资料，可知古代铁质刀剑、剪刀制造工艺大致可分为渗碳锻打和铸造两种主要方式。汉代以后，随着古代冶铁技术的逐渐成熟，前者以百炼钢为代表，后者以铸铁脱碳钢、展性铸铁为代表。相比之下，百炼钢的渗碳和组织结构更为均匀，同时也耗费更多的人力和工时；铸铁件可以实现一定的规模生产，也能达到刃具所具有的强度和相应的加工性能，但组织的均匀程度则不如百炼钢。这两种工艺支配着古代铁质刀剑、剪刀的生产，使它们在质量与产量间各取所需，形成了古代铁质刀剑、剪刀文物多样化的面貌。

【关键词】铁质刀剑文物；铁质剪刀文物；制造工艺；组织结构

【本文著录格式】K87 【文献标识码】A 【文章编号】1007-4198（2021）08-207-04

【本文著录格式】张璐，黄琦，樊孝林.浅析古代铁质刀剑、剪刀文物制造工艺及组织结构特征——以中国刀剪剑博物馆馆藏为例[J].中国民族博览，2021，04（08）：207-210.

在人类最早认识和利用的工具之中，刀具占有重要地位。春秋时期，中国开始出现冶铸“块炼铁”的技术，铁质刀具的制作和应用日益广泛。它们中的一部分作为兵器，很快取代青铜刀剑，成为主战武器，另一部分成为适应各种日常需要的生产生活用具，进入千家万户。在今天留存下来的古代铁质刀具文物中，以刀剑和剪刀最为常见。

中国现存的铁质刀剑文物最早可追溯到春秋时期，1975年在湖南长沙一座春秋晚期墓中出土有一把钢铁剑和一把铁削[1]；中国现存铁剪文物最早出现在西汉前期，以广州淘金坑出土实物为代表。这表明，分别至迟在春秋晚期和西汉前期，中国已经出现了相对成熟的制作铁质刀剑、剪刀的技术。

《左传》云：“国之大事，在祀与戎。”刀剑作为古代兵器的代表，某种程度上体现了所在历史阶段铁器制作的顶尖水平。铁剪作为常用的生活器具，则可以反映出该时期日用铁质刀具的生产制作情况。对古代铁质刀剑、剪刀文物的组织结构进行探究，对了解古代制铁工艺发展、兵器使用、生活手工艺应用等，都具有重要意义。

地处杭州的中国刀剪剑博物馆是一家以刀剑、剪刀历史文化为主题的专业博物馆。2019—2020年，中国刀剪剑博物馆对一批锈蚀严重的馆藏古代刀剑、剪刀文物开展检测分析和保护修复。在此基础上，结合其他相关文献资料数据，针对古代铁质刀剑、剪刀文物的组织结构进行了归类研究，获得了一些基本认识。

一、古代铁质刀剑文物制造工艺及组织结构特征

根据既有的研究，中国最早出现的铁质产品是一般被称之为“块炼铁”的熟铁，采用的是在800℃—1000℃的相对较低温度下用木炭还原铁矿石的方法，曾称为低温固体还原法或块炼法。块炼铁质地疏松多孔，所以又叫“海绵铁”或“草铁”。前文所述湖南长沙出土春秋晚期钢铁剑，能够通过放大镜在剑身上观察到反复锻打的层次，约有7至9层，在离剑锋约3厘米处取样，经金相鉴定，确定为含有球状碳化物的碳钢，且含碳量在0.5%左右，基本判断为经过锻造加工退火的工艺过程取得[2]。这表明至迟在春秋晚期，中国的冶铁工匠已经掌握了将块炼铁固态渗碳制钢的方法。这种方法就是将块炼铁置于木炭中，在900℃以上温度长期加热，或在锻造时反复入炭炉中加热，使碳渗入铁内，成为有一定强度的铁碳合金，亦即钢件。而且该剑剑身上的多层锻打层次还说明，当时已经出现了早期的“百炼钢”工艺。

但必须注意的是，先秦时期中国各地冶铁技术的发展并不是平均的。《史记·范睢列传》载“吾闻楚之铁剑利而倡优拙”，长沙古属楚国中心地区，楚为春秋战国时期强盛的诸侯国，曾一度占据整个长江中下游流域，与之相对应的是强大的军事力量以及在当时处于领先地位的兵器制造技术。故在史籍中有“楚之铁剑利”的记载，可以看出长沙春秋晚期墓中出土的铁剑处于同时期同类制品的高水平。但在其他地区战国时期的墓葬里，还发现有用块炼铁直接锻成的铁剑，含碳量很低，表明在先秦，由于冶铁手工艺处在发展初期，渗碳钢质刀剑并未完全取代铁质刀剑。

随着历史的发展，渗碳折叠锻打的百炼钢工艺渐趋成熟，并且成为此后中國古代铁质刀剑制造的常用手段。另一方面，在西汉至东汉早期，出现了炒钢技术，“即将生铁加热成为半液体半固体状态，并进行搅拌，利用铁矿粉或空气中的氧，进行脱碳，借以获得不同含碳量的钢和熟铁”[3]。再至迟到南北朝时期，又有了被称为“灌钢法”的工艺。明《物理小识·卷七》载：“灌钢，以熟片加生铁，用破草鞋盖之，泥涂其下，火力镕渗，取煆再三。”灌钢就是将液体生铁灌注到盘条状或扎成束的片状熟铁上进行增碳，以获得钢料，又叫“团钢”。这种方法较之百炼钢的渗碳方法更为简易，但容易导致渗碳不均匀。在实际的古代铁质刀剑制作中，百炼钢应该是主要的工艺手段，优质刀剑尤是。《天工开物·中篇·锤锻》载：“刀剑绝美者以百炼钢包裹其外。”《天工开物·下篇·五金》载：“凡倭夷刀剑有百炼精纯、置日光檐下则满室辉曜者，不用生熟相和炼，又名此钢为下乘云。”可见直到明代，人们对好刀剑的认知仍不离百炼钢，而且还特意指出日本刀剑为“百炼精纯”，而不采用“生熟相和炼”的类似灌钢法。

制作古代刀剑的百炼钢原料应包括海绵铁和通过炒钢得到的熟铁或钢。浙江龙泉传统上是优良的刀剑产地，直到近现代当地仍采用海绵铁锻打百炼钢的方法制作刀剑。

古代文献中，“百炼”一词始见于东汉末年，或说明百炼钢技术的成熟正是约在这一时期。《太平御览·兵部·卷七十六》载：“魏武帝令曰：往岁作百辟刀五枚”；魏武帝《内戒令》曰：“百炼利器，以辟不祥、摄服奸尻者也。”“百辟”“百炼”同义，即对熟铁或钢材交替进行炭炉加热与折叠锻打，以使渗碳更均匀，晶体组织更细密。“受锻之时，十耗其三为铁华、铁落”，据龙泉刀剑制作者说，制成一把传统刀剑需锻打一万至三万次。锻打时溅落的大量渣滓即原材料中的夹杂物。《梦溪笔谈》讲道：“凡铁之有钢者，如面中有筋，濯尽柔面，则面筋乃见。炼钢亦然，但取精铁，锻之百余火，每锻称之，一锻一轻，至累锻而斤两不减，则纯钢也，虽百炼不耗矣。”

成熟的百炼钢技术应用于刀剑制造后，提高了刀剑的强度，汉代环首刀遂成为中国铁质刀剑的第一个里程碑。国内外汉代环首刀文物中，有一些体现出具有典型百炼钢特征的工艺信息。如：1974年山东临沂苍山县出土的东汉环首钢刀，刀背有错金隶书铭文“永初六年五月丙午造卅湅大刀吉羊宜子孙”。经金相显微观察，其样品截面层数约30层，刀刃部分由晶粒很细的珠光体和铁素体组成，组织及含碳量均匀，含碳量约为0.6%～0.7%；

1978年，江苏徐州铜山县出土的东汉时期钢剑，剑柄正面有错金隶书铭文“建初二年蜀郡西工官王愔造五十湅×××孙剑×”。剑身样品金相观察有近60层的分层，金相组织显示为珠光体和铁素体。边部高低碳层相间，各约20层，每层组织均匀。边部高碳区含碳0.6%～0.7%，低碳区含碳约0.4%。中心部分组织为珠光体，组织均匀，约分15层，含碳0.7%～0.8%；

传世的东汉金马书刀，已知有3把带有纪年、产地、制造者、制造工艺的铭文，这3把均为“卅湅”刀。

1961年，日本天理市栎本町东大寺山古坟出土一把铁刀，根据刀上铭文可知，此刀为东汉灵帝中平年间所制，为“百练清刚”，说明是由中国传入日本的百炼钢刀[4]。

以往的研究者通过对比认为，这些刀铭中的“湅”或“练”字，应该指的就是折叠锻打的层数。也说明百炼钢工艺到汉代、尤其是东汉已经在刀具制造方面应用得很成熟了。

在铁器锻造不断趋于纯熟的同时，中国古代的铸铁工艺也在向前发展，亦在刀剑制造领域有重要体现。中国刀剪剑博物馆在对特定馆藏进行检测分析时发现，一把汉代铁剑 根据显微结构观察，共晶渗碳体上分布着颗粒状和小条状的珠光体，分布有球形石墨以及铁的锈蚀产物，判断可能为铸造。

实际上，中国是世界上冶铸生铁最早的国家，铸铁器早在春秋时期已经出现。20世纪80年代初，北京钢铁学院曾对河南出土的战国至汉代的320件铁器进行过一次系统的金相普查，其中铸铁产品为260件，占比约为81%，说明到汉代，铸铁已经广泛使用。汉代铸铁器的种类包括白口铁、灰口铁、麻口铁、展性铸铁、脱碳铸铁、铸铁脱碳钢6种。在20世纪80年代河南汉代铁器的金相普查中，铁兵器较少，数量仅有不到10件，其中铸造产品约占一半，以铸铁脱碳钢材质为主，另有个别为麻口铁、展性铸铁。

由于铸造生铁含碳量高，在使用中容易脆断，古代工匠发展出了窑内退火的技术，以使铸铁脱碳，以提高铁件强度。通过河南汉代铁器的金相普查可知，在这一时期的中原地区，铸铁脱碳工艺已经趋于成熟稳定。它“一般是在特定的退火窑（炉）内，把铸铁件加热到一定温度（700℃～900℃），在固体状态下进行不同程度的氧化脱碳，可以得到脱碳铸铁和高碳钢、中碳钢和低碳钢，这种工艺的特点之一是退火脱碳时基本不析出石墨，或者只在晶粒间界析出很少很细的石墨。特点之二是钢中夹杂物很少，这是因为它保留了生铁夹杂少的优点，而没有块炼铁和炒钢那样多的夹杂物。”[5]金相普查还发现，当时已可以根据不同用途造出不同强度的铁工件，反映出至少中原地区的人们对铸铁脱碳已经具有了比较深入的认识，能够掌握其中关键性的技术环节。铸铁脱碳钢的优点是性能优良且可以批量生产，提高了铁制品的生产效率，遂成为古代铁质刀剑生产的一种重要补充形式。

展性铸铁应也是古代刀剑制作的材质之一。展性铸铁是生铁柔化处理的另一种重要产品，现代展性铸铁的生产是将白口铁加热到900℃～950℃，保温一段时间后，缓慢降温到720℃～760℃长期退火。以铁素体基体和团絮状石墨为主要组织结构的，称为“黑心”或“美国式”展性铸铁；以珠光体基体和团絮状石墨为组织结构的，称为“白心”或“欧洲式”展性铸铁。但实际上西方展性铸铁要到18世纪20年代以后才发展起来，中国的展性铸铁早在公元前5世纪左右的战国时期已开始使用了。在河南铁器的金相普查中，展性铸铁件占检验铁器总数的13.5%，而且铁素体基体和珠光体基体的数量基本相等，其中还有4件可以观察到球状石墨组织。

在中国古代展性铸铁中首次观察到球状石墨，是在1975年检验渑池汉魏窖藏铁器时。球墨结构可以有效提高铸铁的塑性、韧性和强度，在现代冶金中有所谓“以铁代钢”之说，主要指的是球磨铸铁。现代球磨铸铁发展于1945年以后，是冶金材料史上的一大进步。虽然中国古代的展性铸铁中已经出现了球磨组织，但基本可推断并非是古代工匠有意识加以控制的结果，应属于工艺上的非自觉，但这种“妙手偶得之”的成果，仍然值得我们进一步重视和研究。前文所述中国刀剪剑博物馆馆藏的经金相显微观察的汉代铁剑，基本为珠光体与球形石墨结构的铸件，判断或为对应类型的展性铸铁器。

综上可知，中国古代铁质刀剑的生产工艺大致有两种走向：一种是以块炼铁或炒钢为主要原料，进行渗碳锻打成型，以百炼钢工艺为代表；一种是以铸铁件为主要原料，直接铸造成型或进行一定的锻打加工，以铸铁脱碳钢和展性铸铁为代表。就形态结构而言，前者经反复锤锻，渗碳均匀，器身表面形成层状纹理，由组织均匀的铁素体和珠光体组成；后者更为多样化，有的以珠光体为基体，有的以铁素体为基体，有的是铁素体与珠光体相结合，有的是在铁素体、珠光体基础上出现球磨组织，但整体组织欠均勻。就生产效率和成本而言，百炼钢费工费时，刀剑造价也高。前文所述江苏徐州出土的东汉时期“五十湅”钢剑，在剑镡内侧还刻有“直千五百”的铭文，结合该剑制造的年代可知，这把剑的价值大约相当于一个人两年零九个月的口粮；相较而言，铸铁件则在人力和工时方面更为减省，因此更适合较大规模的铁质刀剑制造。这两种生产工艺并进，推动了中国古代铁质刀剑的质与量的不断提升。

二、古代铁质剪刀文物制造工艺及组织结构特征

中国古代铁质剪刀文物大体上可以分为两种类型：一种是一体式的交股屈环剪；一种是通过销钉连接两个剪爿的支轴剪。交股屈环剪目前所见最早的实物为西汉前期，支轴剪为北宋时期。支轴剪在与交股屈环剪并行一段时期后，逐渐取代后者，成为占主导地位的剪刀形制。从材质方面来看，中国古代剪刀诞生于铁器时代，铁剪亦是贯穿中国古代剪史的主要面貌。

中国刀剪剑博物馆所藏古代剪刀文物，以汉代至宋辽为主。元明清时期，或由于随葬习俗变迁，存世铁剪文物目前并不多见。

中国刀剪剑博物馆对部分馆藏铁剪文物进行了金相显微观察。其中一件唐代铁剪样品显示为晶粒细小且组织均匀的珠光体与铁素体组织，伴有少量铸造缺陷，推断可能为铸铁脱碳钢。一件辽代铁剪为铁素体与珠光体组织，含碳量和组织皆不均匀，且组织有变形，推测可能为炒钢锻打。

这两把剪刀均为交股屈环的8字形剪，一件应为铸造，一件或为炒钢锻打，说明古代铁剪也和古代刀剑一样，存在着铸与锻两种并行的生产工艺。作为一种应用广泛的重要生产生活用具，古代对铁剪质量同样十分重视，因此铁剪也是历史上铁器加工的一个重点方向。古代铁剪如并州剪，早在唐代已经非常知名。杜甫《戏题画山水图歌》中写道“焉得并州快剪刀，剪取吴淞半江水”，说明并州剪之利已经是公认的事实。但是关于古代剪刀，尤其是如并州剪这样知名剪刀的加工工艺，已知古文献中并无明确记载。明末成书的农业和手工业综合性著作《天工开物》中，与金属制品有关的“冶铸”“锤锻”篇中，生活用品类讲到了镜、钱、锄镈、鎈、锥、锯、刨、凿、锚、针，但并未提及剪类，这或许可以进一步证明，古人是将剪归入刀类，而非将其单独列为一个制品类型。这种归类方式也有助于我们管窥古代铁剪的制作工艺，古代铁剪与古代刀剑应在工艺上具有“近亲关系”。

此外值得注意的是，中国历史上的铁剪还分为交股屈环剪与支轴剪两个发展阶段。前者一直持续使用到两宋时期，后者则于两宋时由北向南逐渐取代了前者[6]。支轴剪占据主导地位后，从明朝后期开始，中国南北各地陆续出现了一些著名的剪刀产地或品牌。如传统上一直享有盛誉的并州剪，在明万历年间作为商品交易场所的太原“晋府店”建立后，得到了又一个良好的发展机遇，“剪子巷”几乎居于太原城的中心位置，可知剪刀制造在当时当地的地位和规模。北京王麻子剪刀约起于清初顺治年间，一位王姓山西商人在宣武门外大街开设一家专营火镰、刀剪的店铺，因其所售剪刀质量上乘，逐渐赢得美誉，因店主姓王，脸上有麻子，故人称王麻子。嘉庆年间，王氏后代正式挂出“三代王麻子”招牌，改以经营剪刀为主，后闻名全国。杭州张小泉剪刀创立于明万历年间，创始人为安徽黟县人士，后于明末迁至杭州，崇祯元年（1628年），第二代店主改店名为“张小泉”，从此绵延数百年。除了这些，安徽芜湖的澛港剪刀、山东的青州剪刀、湖南长沙的捞刀河剪刀、贵州的安顺剪刀等，也都是约在同一时期产生影响的老字号地方剪刀产品。

从剪刀的制作工艺来看，到支轴剪的阶段，近古铁剪应大都采用刃口镶钢工艺。以杭州张小泉剪刀为例，张小泉剪的传统制剪72道工序被列入国家级非物质文化遗产，其中刃口镶钢为其关键步骤。锻剪的本体钢含碳0.25%左右，刃口钢含碳5%左右，将刃口钢镶嵌入本体钢的开槽内时具有很高的技术要求，需要工匠准确观察把握坯料温度、锻打的轻重以及速度。这种本体钢、刃口钢的配比，较好地兼顾了对加工性能和强度的要求，达到了手工锻打剪刀的最优平衡。所以明清市场上的名优铁剪，都号称软可剪丝帛不粘滞、硬可剪铜铁不崩缺，皆以刃口镶钢为优势特点。

综上可知，古代铁质剪刀由交股屈环剪和支轴剪两种类型，形成了制作工艺的分野：交股剪主要存在于汉至宋，在制作方式上既有铸造也有锻打，结合史料推断，应与古刀剑制作工艺存在同源关系；支轴剪从明朝后期开始在全国各地获得快速发展，其形态和工艺接近现代剪刀，一些名剪的突出特点是掌握了刃口镶钢技术，使手工锻打剪的功能性达到了前工业阶段的高点。

三、结语

通过梳理古代刀剑和古代剪刀文物的制作工艺信息，我们可以发现这两种类型的铁质刃具尽管应用的方面不同，但工艺发展的过程实际上是极其贴近的。这约略可以体现剪刀是从小型刀具中派生出的一类特殊的刀。古代刀剑和剪刀制造大体可分为铸造和锻打两种方式，两种方式几乎并行发展，分别满足了批量生产和精品制造的不同需要。铁质剪刀到明清近古时期又发展出刃口镶钢工艺，且在全国不同地区各有发展，可以看作是中国手工业制铁的又一次技术进步。对古代铁质刀剑、剪刀的微观组织结构特征，依据部分已有研究资料以及中国刀剪剑博物馆馆藏文物分析检测结果，可以观察到百炼钢制品相较于铸铁产品晶粒组织和渗碳更为均匀，这为古文献中对百炼钢制刀剑的极上评价提供了实物参证。

参考文献：

[1] 杨泓.中国古兵器论丛[M].北京：中國社会科学出版社，2007.

[2] 长沙铁路车站建设工程文物发掘队.长沙新发现春秋晚期的钢剑和铁器[J].文物，1978（10）.

[3] 李众.中国封建社会前期钢铁冶炼技术发展的探讨[J].考古学报，1975（2）.

[4] 韩汝玢，柯俊.中国古代的百炼钢[J].自然科学史研究，1984（04）.

[5] 邱亮辉.河南汉代铁器的金相普查[J].北京钢铁学院学报，1980（04）.

[6] 陈巍.11—13世纪中国剪刀形态的转变及可能的外来影响[J].自然科学史研究，2013 （02）.

作者简介：张璐（1987-），女，山东威海，文物博物中级职称。