鐵壺是用傳統(tǒng)鑄造法，以及使用手工打造的生鐵制品，來源于中國唐宋煮水器。鐵壺雖然在韓國、東南亞等地也有制作銷售，但傳統(tǒng)意義上一般指日本鐵壺。日本鐵壺最初的歷史有點模糊，但淵源還是清楚的：西方資料中，無一例外地指出日本鐵壺來源于中國唐宋煮水器。日本鐵壺最早可追溯至江戶時期，今日除南部鐵器仍有持續(xù)創(chuàng)作與生產(chǎn)，曾備受關注的京都鐵器，在昭和期間已因日本茶文化的改變及戰(zhàn)爭而斷絕。在過去的一兩百年里，鐵壺在日本非常普及。“日本的茶道源自中國，如今，與之相伴而生的日本鐵壺，卻正在大量涌入茶飲品消費大國——中國的市場”，而作為古代農(nóng)業(yè)社會巔峰的中國，曾是冶鐵工業(yè)在東亞地區(qū)的核心，到如今一把日本老鐵壺，竟能在中國市面上拍出四五十萬元的價格，源于中國的日本鐵貨在自己的家園里盛行，不禁讓人唏噓和讓人思考?；仡欀袊糯囊辫F技術歷程也曾是中國文明輝煌光大的物質(zhì)資本支撐之一，但是最終為什么沒能把“鐵貨”發(fā)展為一個民間傳承下來的高端工藝制成品呢?也許與我們的冶鐵技術發(fā)展路線有關系。

       19世紀“龜文堂”初代創(chuàng)始人波多野正平造鐵壺，2010年拍賣成交20.16萬元中國冶鐵業(yè)長期受到含磷過高困擾中國古代鋼鐵發(fā)展的特點與其他各國不同。世界上長期采用固態(tài)還原的塊煉鐵和固體滲碳鋼，而中國鑄鐵和生鐵煉鋼一直是主要方法。中國冶鐵業(yè)長期受含磷量過高的困擾。這大概是因為鐵礦質(zhì)量不好，也可能是因為鑄鐵技術的緣故?；蛘邇烧呒娑兄?。
        中國北方的冬天很寒冷，因此高含磷量鐵器冷脆現(xiàn)象很嚴重。隨著冶煉技術的發(fā)展，封建時代后期的鐵器雜質(zhì)含量其實是可以得到控制的。蘇軾曾做過一首《石炭行》，盛贊用煤煉鐵的好處。他認為用煤“冶鐵作兵，犀利勝常云。”還可以節(jié)省木炭，提高爐溫。確實，煤有這兩個好處。它還降低了煉鐵的成本。然而可怕的殺手——硫，就潛伏在煤中。根據(jù)對出土安陽唐坡宋代冶鐵遺址出土九根大鐵錠的檢測，其含硅0.86%、含錳0.001%、含磷0.1%、含硫1.075%。含錳如此“謙虛”，含硫含磷都如此之高，這樣的鑄鐵，按現(xiàn)代鑄鐵標準，完全是不能用的廢品。悲哀的是這樣的次品卻是封建時代后期中國“正常”的鋼鐵!
       《天工開物》卷十《冶鐵》指出，當時中國煉鐵，十分之七用煤，十分之三用木炭?？紤]到中國鋼鐵含磷量本來就高，可以推斷明朝時期中國90%以上的鋼鐵，都成了次品廢品!用煤煉鐵，是中國冶鐵史上最巨大、最具有決定性的災難。這種災難中國古人已經(jīng)有所察覺。趙士楨就指出，煤煉鐵鑄造的火器，容易炸膛。中國的鍛打、焊接技術進展緩慢，估計也跟含硫含磷超標有關。常識部分已經(jīng)說過，硫會造成熱脆，而在古代，900度以上跟985度以下，是很難分清的，這就基本上斷絕了中國鐵器高溫鍛打的技術可能。而硫和磷對鋼鐵的焊接性能都有不利影響。

       解決含硫量超高的辦法，就是煉制焦炭。最早描述煉制焦炭的，是方以智的《物理小識》，這種技術估計到清朝得到了發(fā)展。焦炭能把生鐵中的含硫量降低到千分之一以下，但這是18、19世紀中葉以后的歐洲數(shù)據(jù)。而冶煉方法不如歐洲先進的中國煉鐵爐是很難達到這種效果的，事實上歐洲自己的早期焦炭高爐制品同樣不能達到上述數(shù)字。用煤煉鐵不好，這點有經(jīng)驗的人都會知道。世界上最早用煤煉鐵的羅馬人就沒有推廣這種技術。歐洲人在17世紀初開始嘗試用煤煉鐵，但一直沒有推廣，尤其優(yōu)質(zhì)鐵堅持用木炭煉制。直到18世紀初能夠大規(guī)模煉焦后才開始用焦炭取代木炭。因此嚴格來說歐洲不存在用煤煉鐵的階段，實際上是直接用焦炭取代了木炭。
       那么中國人為什么一定要用煤煉鐵呢?中國人顯然不是傻瓜，之所以用煤煉鐵，是出于不得已——“地理環(huán)境制約的綜合因素”;我國進入大一統(tǒng)時代以后，農(nóng)業(yè)技術普及的同時，人口密集程度也是暴增，而人口增長導致農(nóng)業(yè)耕地面積必須擴展，這又與社會勞動力需求相互依存，追求人口增值就造成了主要居住地區(qū)人口過于密集，植被稀少，木炭成本太高;其次，由于中國古代石質(zhì)建筑材料不占據(jù)主流，以桿欄式建筑位置，造成建筑用木材需求量太大，進一步造成植被稀少;農(nóng)桑結合，必然過度追求糧食高產(chǎn)，精耕細作、中原地區(qū)牧業(yè)沒有發(fā)展起來，造成牧業(yè)用林極其稀少，再進一步導致木炭成本過高;長期鑄鐵，造成木炭極大消耗，更進一步造成植被稀少，木炭成本提高。到宋以后，中國人口密集區(qū)已經(jīng)無法大量用木炭煉鐵，只能用煤。
       逆淘汰——從宋開始冶鐵技術下滑

       從宋朝煤煉鐵開始，中國冶鐵已經(jīng)陷入絕境。到了明朝，隨著人口的增長開始明顯超過社會財富的增長，中國包括冶鐵在內(nèi)的科技開始向下衰落，開始出現(xiàn)逆淘汰的現(xiàn)象。明顯的例子是坩堝煉鐵法和擦生法的普及。
       一些專業(yè)冶金人士把中國古代的普及鑄鐵稱之為一種有害無益的領先，并總結出中國古代鑄鐵技術發(fā)展的五宗罪，分別是：
       1. 大量消耗燃料。在宋以前,中國冶鐵使用的都是木炭。這種燃料是非常消耗木材的。在冶鐵階段，以古滎一號高爐為例，據(jù)現(xiàn)代推斷，每生產(chǎn)一噸生鐵，約需要鐵礦石2噸、石灰石130公斤、木炭7噸。也就是說礦石燃料比高達1：3.5。如此驚人的消耗在人類歷史上可以說是空前絕后的。如此驚人的木炭消耗，不僅造成了成本高昂，而且對精耕細作的中國農(nóng)業(yè)區(qū)來說，顯然意味著對植被的嚴重破壞。
       2. 機械性能差。第一、灰口鑄鐵中石墨呈片狀存在、韌性鑄鐵中石墨呈團絮狀存在，都會影響機械性能。尤其前者的影響甚大。第二、鑄造鐵器除了固體脫碳鋼和少數(shù)黑心韌性鑄鐵和石墨鑄鐵之外，是無法鍛打的——現(xiàn)代教科書都會指出韌性鑄鐵實際上不可鍛打，但中國古代確實曾經(jīng)對黑心韌性鑄鐵進行鍛打，只是其鍛壓性仍遠不能跟鋼鐵相比(鍛壓性跟塑性成正比)。第三、在熱處理方面，灰口鑄鐵的熱處理性能比較好，但它本身的蹩腳特性：片狀石墨的存在造成其不可鍛、焊接性差、韌性極差(1-4J/CM2)，決定了它無論怎么進行熱處理都無法達到鋼的機械性能。
       3. 使用受到限制。鑄鐵農(nóng)工具為了保證退火成功，只能做得小而薄。這就限制了它的用途，而且鑄鐵一般不能焊接，這就造成鑄鐵農(nóng)工具內(nèi)外機械性能一致(退火成功的情況下，如果是戰(zhàn)國農(nóng)工具，則內(nèi)脆外軟，屬于完全的垃圾)，無法實現(xiàn)內(nèi)韌外硬或本體韌、刃部硬的目標。鑄鐵農(nóng)工具在韌性方面較差，強度也不及大多數(shù)鋼，而因為無法淬火，硬度尤其低。由于鑄造缺陷的存在和鍛壓性差，內(nèi)部組織疏松，無法像鍛造良好的鋼鐵一般均勻。

       4. 鑄造過程無法有效除去雜質(zhì)。鑄造貨雜質(zhì)都明顯多于鍛造貨(在歐洲這點尤其明顯)。拿鐵生溝和古滎生鐵來說：含硫量0.043%和0.091%、含磷量更是高達0.15%和0.29%，含硅量在正常水平內(nèi)，含錳量則“謙虛”的只有0.125%和0.21%(高硫低錳是中國鐵器一個引人注目的特點);劉勝墓和澠池窖藏生鐵錠含磷0.217%和0.34%、含硫0.063%和0.031%、硅為0.018%和0.04%，硅都這么謙虛，錳就更不 能出頭了，分別為0.03%和0.02%;即使是可以鍛打的固體脫碳鋼也不例外，澠池固體脫碳斧和鐮刀，含硫量0.011%-0.024%不等，。但含磷量高達0.11%-0.34%不 等?！袊F器含磷量一直超高，這大概要歸咎于中國鐵礦質(zhì)量較差，但鑄鐵技術大概也是個原因。因為14-18世紀歐洲鑄造鐵器的含磷量同樣遠超過塊煉鐵法煉出的鐵器。而中國宋朝以前的鐵器含硫量基本上還處于正常范圍內(nèi)。當然，就雜質(zhì)含量來說，古代中國任何鐵器都不能跟羅馬鐵器的一般水平相比。但這不是因為中國人差，而是因為羅馬冶鐵水平實在太高。通過有選擇的開采鐵礦和冶鐵技術的大交流，以及焙燒和研磨礦石的技術，以及用木炭煉鐵和細致的鍛打，羅馬鐵器就雜質(zhì)含量來說，甚至優(yōu)于現(xiàn)代鋼鐵，整個古代只有日本和西亞能夠在雜質(zhì)含量方面接近羅馬的水平。歐洲人自己也再沒有達到羅馬的水平。
       5.由于鑄造農(nóng)工具的流行，壓制了民用鍛鐵技術的發(fā)展，造成了惡性循環(huán)——缺乏熟練的鍛工，就發(fā)展鑄造鐵器→工人只知道鑄造鐵器，不會鍛造鐵器→更加缺乏熟練鍛工，更加缺乏鍛造鐵器，更加依賴鑄造。幸好鐵兵器是非鍛不可的，因此中國人最終得以從這個惡性循環(huán)中擺脫出來(軍事技術帶動民用技術發(fā)展的最好例子之一)。然而早期的發(fā)育不良已無法挽回，造成了中國鍛造技術長期落后于世界先進國家的局面。
        還應當強調(diào)一點：鑄造鐵器的機械性能，跟現(xiàn)代鑄鐵是有差距的，因為兩者的冶煉過程完全不同。即使是現(xiàn)代鑄鐵，也只能作為鋼的補充，它們的機械性能基本上是無法跟鋼相比的，在工業(yè)上采用的原因是它們成本較低，以及一些小而復雜的零件，可以鑄造而很難鍛造?？偟膩碚f，中國古代鑄造鐵器無論從成本上講還是從機械性能和實用性講，都是不足取的。從戰(zhàn)國后期到隋朝，近八百年時間里中國鐵農(nóng)工具制造業(yè)走了一個大彎路，失去了早期發(fā)展鍛造技術和熱處理技術的黃金時間(白紙是最好作畫的)、消耗了大量木炭、影響了生產(chǎn)力的發(fā)展、對中國古代冶鐵業(yè)造成了嚴重的損害。

        從炒鋼技術發(fā)明時起，鑄造農(nóng)工具就不斷減少，到了唐代，終于完成了從生產(chǎn)工具鑄造為主到鍛造為主的歷史進程。到宋代，鑄造鐵器除了白口鑄鐵犁刀和鑄造它的鐵范以外，終于全部消失。現(xiàn)代中國人引以為傲的灰口鑄鐵、韌性鑄鐵、石墨鑄鐵和固體脫碳鋼，遂被中國人自己拋棄。
       炒鋼和百煉鋼——曾經(jīng)領先的技術
       炒鋼技術是中國古代最出色的冶金技術，是真正的世界領先。它的操作十分簡單，煉成的熟鐵卻質(zhì)量很好——炒鐵夾雜物是含硅較多而含鐵較少的硅酸鹽，成份比較均勻，含氧化亞鐵很少;而塊煉鐵煉成的熟鐵夾雜物以氧化亞鐵和含鐵較多的硅酸鹽共晶為主。這也就意味著如果經(jīng)過認真鍛打，炒鐵的性能會好于塊煉鐵。在公元前80年就發(fā)展出了如此簡單合理的冶鐵技術，確實是很大的成就。不過，這項技術也是生鐵冶煉技術的合理發(fā)展，歐洲在引入或發(fā)明高爐之后同樣很快引入或發(fā)明了精煉法。至于歐洲生鐵鑄造技術的來源，盡管有的專家認為是歐洲人自己的發(fā)明，但從歐洲冶金技術的發(fā)展來看，找不到合理的技術發(fā)展過程。相反，歐洲高爐的出現(xiàn)，令人生疑的跟蒙古西侵和火器西傳有時間上的聯(lián)系性，因此可以認為歐洲的鑄鐵技術來自中國。
       經(jīng)過幾百年的發(fā)展，中國逐漸出現(xiàn)了更為復雜的鍛打技術：百煉鋼。單就鍛打質(zhì)量而言，顯然百煉鋼非常成功，除了沒有高溫鍛打外，已經(jīng)具備了人們想要的一切優(yōu)點。從漢代到明朝，百煉鋼得到了中國人一致贊美。
宋沈括《夢溪筆談》卷三《辯證一》是有關百煉鋼的名段，網(wǎng)上幾乎每一個談到中國古代刀劍或冶金的人都會摘錄這段話：“余出使，至磁州鍛坊，觀煉鐵，方識真鋼。凡鐵之有鋼者，如面中有筋，濯盡柔面，則面筋乃見。煉鋼亦然，但取精鐵，鍛之百余火，每鍛稱之，一鍛一輕，至累鍛而斤兩不減，則純鋼也，雖百煉不耗矣。此乃鐵之精純者，其色清明，磨瑩之，則黯黯然青且黑，與常鐵迥異。亦有煉之至盡而全無鋼者，皆系地之所產(chǎn)?！?/span>《本草綱目》、《天工開物》都有百煉鋼的記載，后者說：“刀劍絕美者以百煉鋼包果〔裹〕其外”清魏源《海國圖志》引林則徐奏章：“至熟鐵則不可鑄而但可打造。其打造之法，用鐵條燒熔百煉，逐漸旋繞成團，每五斤熟鐵方能煉成一斤，堅剛光滑無比?！?/span>
       在古代條件下，要使鋼碳份一致、組織致密、組織均勻，大多數(shù)民族只有表面滲碳+鍛打一途。將鋼鐵打成極薄的片，這樣就能充分滲碳了，再經(jīng)過折疊鍛打，就可以成為優(yōu)秀的鋼。在古代，由于沒有檢測手段以及機器幫忙，要獲得好的鍛打效果，基本上只能靠增加鍛打次數(shù)，有經(jīng)驗的鍛工知道控制滲碳時間、鍛打的力度和次數(shù)，因此可以在保證質(zhì)量的情況下節(jié)省工時。如果鍛得好，古代鋼可以達到現(xiàn)代機器鍛打的效果[當然由于鋼(鐵)坯質(zhì)量和熱處理技術水平的差異，古代鋼要達到現(xiàn)代鋼的水平是不可能的]。這顯然比那些草草鍛出來的普通鋼鐵強得多。這就是為什么百煉鋼和焊接花紋鋼、日本鋼之類鋼能夠得到人們贊美的原因。

       按照世界冶金史的一般規(guī)律，似乎中國從此將踏上一條百煉鋼普及的康莊大道。然而怪事出現(xiàn)了，百煉鋼沒有像焊接花紋鋼、波紋鋼、日本鋼那樣得到推廣和普及，反而日益萎縮——事實上百煉鋼從來沒有普及過。自灌鋼法發(fā)明之后，百煉鋼技術日益萎縮。到北宋，據(jù)沈括的說法就只有磁州有掌握這種技術的工匠了，到明末，已經(jīng)萎縮到只有“絕美”的刀劍才能采用這種鋼材了，而且從當時的書籍看，這種好刀劍只有日本和中國的西南少數(shù)民族(尤其是苗族)能夠生產(chǎn)，幾乎沒有漢族生產(chǎn)百煉鋼刀的記載。可以說這是非常奇怪的事情。對照古代冶金先進國家，都走的是高端工藝普及化的道路，而中國可以與其他先進國家媲美的百煉鋼，卻落了個日漸衰落的下場，何也?主要的原因應該有兩個：
       儒術與精準的工業(yè)科學的差距
       一是百煉鋼本身性能的原因。這里要對古代鋼的鍛造過程做個簡述。鐵坯變成劍的過程是這樣的，將鐵坯打薄變成鐵片，然后滲碳，然后折疊鍛打，使之焊合成劍。鐵片越薄當然滲碳就越容易滲透均勻，而鍛打次數(shù)越多，鋼片減厚就越明顯，所以好刀劍的層數(shù)一般都比較多。然而鍛打并不是次數(shù)越多越好，因為鍛打次數(shù)太多，一則氧化消耗越大，而且由于氧化層形成，鍛打難度增加。二則產(chǎn)生加工硬化，影響劍的韌性?？紤]到這些因素，鍛劍無疑是非?？简灩と思夹g水平的。
       用同期的羅馬焊接花紋鋼劍和印度鋼刀比較一下。百煉鋼刀和焊接花紋鋼劍、印度鋼刀都是杰出鍛工的優(yōu)秀產(chǎn)品，但后兩者除了鍛打溫度外，根本性的差別在于它們采用了焊接技術。焊接花紋鋼劍從中世紀和現(xiàn)代的眼光看，同樣是古怪的，它把鋼片包在里面，只露出刃部，而用鐵片作為皮，這種鍛合法跟中世紀的民用刀具類似，雖然鐵皮也可以在一定程度上保證韌性，但遠不如內(nèi)鐵外鋼的軍用劍有效。然而這層鐵片，卻有效的阻斷了淬透，使芯部的鋼不受淬火影響。羅馬焊接花紋鋼劍芯部含碳量大多在0.5%左右，韌性約35J/CM2，雖然也較差，但畢竟比百煉鋼刀強。而印度的坩堝鋼韌性是非常非常差的(薩利姆法，據(jù)我所知沒有海得拉巴法造刀的記錄)，但因為它以鐵為芯部，從而居然使刀的韌性達到了90J/CM2，雖然烏茲鋼刀刃部很容易損壞，但它能夠把敵人的刀劍損壞得更加厲害。以上還沒有考慮回火技術的優(yōu)勢。

       百煉鋼在古代中國始終只是一種罕見的工藝，而它傳到日本之后，卻得到了很大發(fā)展，日本人在百煉鋼和焊接技術的基礎上，憑借本國優(yōu)越的鐵礦條件，發(fā)展出具有世界先進地位的冶鐵業(yè)。
中國古代冶金發(fā)展之路遭遇的一個很嚴重問題是儒家不僅不鼓勵，不支持技術開發(fā)，連愛護、不反對技術都做不到。越到后期，就越是鄙視技術，很少看見有其他文明的朝廷或?qū)W派像中國的儒家那樣鄙視技術(歐洲中世紀的基督教算是個例外，因此中世紀理所當然地成為黑暗時代，但說得明白些，基督教是仇視科學，而不是鄙視技術)。
       由于儒家掌握了中國的政權和文化權，因此這種鄙視遂成為扼殺高技術的兇手?？v觀整個中國歷史不難發(fā)現(xiàn)，需要精確控制——也就是說需要頭腦和經(jīng)驗的——技術，難以生存。得以發(fā)揚光大的，大都是些不需要精確控制的技術。冶金方面這點尤其明顯。退火幾天幾夜的鑄造鐵器可以鑄出來，反正退火七天八夜還是七天八夜零五小時并沒有太大的差別;要進行重復退火以利拉絲，立即露怯。要灌個鋼并不難，反正把生鐵熟鐵弄一塊塞進爐子里就OK，而要表面滲碳反復鍛打，就全國沒幾個人會。要十來個童子邊唱歌邊鼓風不難，而要搞個水排就難上難。
      漢代開始很多冶鐵業(yè)工人是流放犯或奴隸，以后的歷朝歷代都長期堅持以國營冶鐵業(yè)為主，遏制民間冶鐵。元朝曾有奴隸式的工匠制度、明朝曾有過專營冶鐵制度，這些都對冶鐵的發(fā)展產(chǎn)生了不利影響。直到清朝初年才廢除匠籍，取消了當時被朝廷死死控制的國營冶鐵制度，中國年產(chǎn)鐵量因此激增，但發(fā)展到巔峰的農(nóng)耕文明已到黃昏，冶鐵頹勢已無法挽回。

        另一個重要的原因前面已經(jīng)說過，在中國冶鐵早期，鐵農(nóng)工具甚至少數(shù)兵器長期鑄造，使鍛工隊伍無法擴大，也就制約了鍛造技術的提高。待到鍛造農(nóng)工具取代鑄造產(chǎn)品的時候，已經(jīng)錯過了普及表面滲碳鍛打技術的發(fā)展良機。通過中國和西方早期鐵兵器的分析，這種含碳量不一致的現(xiàn)象是無規(guī)則的(要說有規(guī)則的話就是表面脫碳造成芯部含碳量高于表面)。層次明顯是因為鍛打溫度低，這些跟后世純凈鋼鐵有意識的焊接完全不同。最后，淬火本身不會導致內(nèi)韌外堅，它只會導致硬度和脆性增加，這是冶鐵的最基本常識。
       從唐朝開始，與漢族政權敵對的北方少數(shù)民族政權的冶鐵業(yè)就不再居于劣勢，反而居于優(yōu)勢。遼的賓鐵刀、西夏的冷鍛甲，都是宋朝難以企及的。造成這種情況的原因，不外乎漢族的鍛造和焊接工藝長期沒有大的進步，而且還愚蠢的用煤煉鐵，造成原有的冶鐵優(yōu)勢縮小乃至消失。唐以后漢族與北方少數(shù)民族的斗爭長期處于下風，跟冶金的落后有很大關系。
       總的說來，中國古代冶鐵技術并不是落后，而是走上了一條歧途。