供稿|毛衛(wèi)民，王開平 / MAO Wei-min, WANG Kai-ping

自公元前約1000年起各文明地區(qū)先后出現(xiàn)人工冶鐵技術(shù)并推廣使用鐵器，至20世紀(jì)70年代中期是人類社會(huì)廣義的鐵器時(shí)代；至19世紀(jì)中期歐美爆發(fā)第二次工業(yè)革命之前的鐵器時(shí)代可稱為傳統(tǒng)鐵器時(shí)代，之后的階段通常被稱為鋼鐵時(shí)代[1]。其實(shí)，在傳統(tǒng)鐵器時(shí)代世界各地已廣泛地制造和使用鋼材，而鋼鐵時(shí)代的特征在于其是以近現(xiàn)代技術(shù)為基礎(chǔ)生產(chǎn)和使用優(yōu)質(zhì)鋼材的時(shí)代。與歐美國家相比，中國鋼鐵時(shí)代的開始和結(jié)束時(shí)間均有所滯后。

傳統(tǒng)鐵器時(shí)代中國的鋼材加工技術(shù)

相對于普通鐵器，傳統(tǒng)鐵器時(shí)代所生產(chǎn)鋼材的特征可以簡單地理解為：加工出雜質(zhì)和有害成分更少、材質(zhì)更加純凈、性能更加優(yōu)良的高質(zhì)量鐵器制品。傳統(tǒng)鐵器時(shí)期，中國在煉鐵、煉鋼方面的許多關(guān)鍵環(huán)節(jié)曾出現(xiàn)過領(lǐng)先于世界的重要技術(shù)。

傳統(tǒng)冶鐵的炭火加熱過程會(huì)使鐵器內(nèi)含有過多的碳，導(dǎo)致所生產(chǎn)鐵制品呈現(xiàn)較高脆性。春秋戰(zhàn)國時(shí)期中國已經(jīng)掌握改善脆性的方法：將冶鐵制品在高溫下再次加熱，一定程度地?zé)龘p制品中的碳或改變碳的形態(tài)，進(jìn)而明顯降低脆性。如果加熱溫度提高到使鐵器處于半熔融狀態(tài)，攪動(dòng)并吹入空氣，則可提高碳的燒損效率，這一方法被稱為炒鋼技術(shù)。后來炒鋼技術(shù)發(fā)展為大力攪拌液態(tài)的鐵水，使卷入的空氣——主要是空氣中的氧氣更充分地?zé)龘p多余的碳，同時(shí)還可一定程度排除鋼中雜質(zhì)。明代的《天工開物》中記載了用長桿攪動(dòng)鐵水炒鋼的過程，而且在炒鋼時(shí)還向鐵水中投入類似于造渣劑的“濕泥灰”，使其與鐵水中的雜質(zhì)結(jié)合成鋼渣而上浮，并被排除，如此所制鋼材會(huì)更加潔凈[2]?！短旃ら_物》于1637年首次出版，所記載的“生熟煉鐵爐”包括了高爐冶鐵、熔池?zé)掍?、煉鐵與煉鋼連續(xù)操作、鑄造、向鐵水中吹氧、造渣等一些列現(xiàn)代鋼鐵冶煉流程的主要技術(shù)環(huán)節(jié)，只是尚未使用現(xiàn)代冶煉設(shè)備。自東漢以來，中國的工匠以冶煉鐵條為原料，經(jīng)過反復(fù)加熱、鍛打而制成鋼條。反復(fù)加工三十次稱為三十煉鋼，一百次則稱為百煉鋼，此技術(shù)總稱為百煉鋼技術(shù)。百煉鋼技術(shù)所制鋼刀堅(jiān)韌、鋒利、經(jīng)久耐用，如果用炒鋼原料制作，則質(zhì)量更佳(圖1)。中國冶鐵制鋼過程中還率先使用水力驅(qū)動(dòng)鼓風(fēng)技術(shù)、活塞式風(fēng)箱鼓風(fēng)技術(shù)、把煤以及焦炭用于冶鐵等等。中國的這些制鋼技術(shù)都領(lǐng)先于當(dāng)時(shí)歐洲及世界其他各地[2]；在11世紀(jì)初的北宋時(shí)期，中國的鋼鐵年產(chǎn)量已達(dá)到十幾萬噸的水平，處于世界絕對領(lǐng)先的地位[3]。

18世紀(jì)中期爆發(fā)了英國工業(yè)革命，最終以機(jī)器和蒸汽動(dòng)力大規(guī)模取代人的體力勞動(dòng)，使工業(yè)生產(chǎn)面貌得到革命性改變；工業(yè)產(chǎn)品表現(xiàn)出大批量、高效率、低成本、優(yōu)品質(zhì)等特征，開啟了歐洲工業(yè)化的進(jìn)程。然而自北宋以來，中國的皇權(quán)統(tǒng)治者長期以來懼怕鐵器生產(chǎn)可能會(huì)引發(fā)地方勢力增強(qiáng)和民間反抗能力提升，不斷強(qiáng)化各種限制民間冶鐵生產(chǎn)的措施，極大打擊了中國鐵器技術(shù)和生產(chǎn)的發(fā)展，也使中國的鐵器年產(chǎn)量經(jīng)常保持在1～2萬t的水平，以致從18世紀(jì)末期到19世紀(jì)末期的一百年間，中國的冶鐵業(yè)從領(lǐng)先世界迅速淪落到極度落后的境地[1]。

圖1 公元112年東漢用炒鋼原料制作的三十煉鋼刀(國家博物館)

鋼鐵時(shí)代的來臨

在英國工業(yè)革命的促動(dòng)下，自19世紀(jì)中期歐美等國先后發(fā)明了煤氣機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、汽油機(jī)、柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)等一系列由石油化工制品所產(chǎn)生的能源驅(qū)動(dòng)或電力驅(qū)動(dòng)的各種機(jī)器、汽車、火車、輪船、飛機(jī)等交通工具以及各種其他工業(yè)裝置，引發(fā)了第二次工業(yè)革命；旨在以石化動(dòng)力和電力驅(qū)動(dòng)的機(jī)器大規(guī)模取代人的體力勞動(dòng)。傳統(tǒng)鐵器生產(chǎn)技術(shù)已無法滿足大量制造各種新型工業(yè)機(jī)器對鋼鐵的需求。1856年德國人西門子構(gòu)想了一種高效煉鋼爐，1864年法國人馬丁基于這個(gè)構(gòu)想建造了新型專門用于煉鋼的西門子-馬丁爐，稱為平爐(圖2(a))。1856年英國人貝斯麥發(fā)明了轉(zhuǎn)爐煉鋼法(圖2(b))，1878年英國的托馬斯改造了轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)，使其迅速在法國和德國得到推廣應(yīng)用[2]。這些以大批量、高效率、低成本、優(yōu)品質(zhì)的方式為特點(diǎn)的鋼材生產(chǎn)新技術(shù)稱為現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)。自此人類進(jìn)入鋼鐵時(shí)代，法國政府建造的埃菲爾鐵塔就是進(jìn)入鋼鐵時(shí)代的標(biāo)志性成果(圖2(c))。鑒于鋼鐵材料在第二次工業(yè)革命進(jìn)展過程中的關(guān)鍵作用，基于現(xiàn)代技術(shù)的鋼鐵產(chǎn)量也成為了衡量國家工業(yè)整體實(shí)力乃至兩次世界大戰(zhàn)期間國家整體戰(zhàn)爭能力的重要標(biāo)志。

圖2 現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)：(a)平爐(人民畫報(bào)1974年第2期)；(b)轉(zhuǎn)爐；(c)1889年法國用7000 t現(xiàn)代技術(shù)生產(chǎn)的鋼材建造的324 m高埃菲爾鐵塔[4]

自19世紀(jì)中期，中國清政府遭到西方列強(qiáng)接連不斷的入侵和掠奪，不得不戰(zhàn)敗求和、割地賠款，持續(xù)的打擊迫使清政府被動(dòng)自強(qiáng)。晚清末年洋務(wù)運(yùn)動(dòng)興起，中國開始了歷史上第一次以全面引進(jìn)西方技術(shù)為主的改革開放，不僅直接購置西方的機(jī)器、軍事裝備，而且也全面引進(jìn)歐洲鋼鐵技術(shù)、設(shè)備和專家。1863年曾國藩派容閎赴美購買工業(yè)生產(chǎn)用的機(jī)器，相當(dāng)于以引進(jìn)的方式啟動(dòng)了中國的第一次工業(yè)革命。貴州巡撫潘蔚于1890年在全面引進(jìn)煉鐵設(shè)備的基礎(chǔ)上建成貴州青溪鐵廠并投產(chǎn)(圖3(a))，雖稍有產(chǎn)出，但因不懂技術(shù)、事故頻發(fā)、決策盲目及官辦體制羈絆等，青溪鐵廠很快就難以為繼而倒閉[5]。1891年李鴻章在上海創(chuàng)辦的江南機(jī)器制造總局引進(jìn)西方的煉鋼技術(shù)煉出了近代中國第一爐鋼[6]，相當(dāng)于啟動(dòng)了中國的第二次工業(yè)革命。湖廣總督張之洞于1894年主持建成漢陽鐵廠并投產(chǎn)(圖3(b))，但剛建成就因甲午戰(zhàn)敗賠款而陷入困境，后被日資控制，服務(wù)于日本需求。漢陽鐵廠的發(fā)展起起伏伏、歷盡磨難，最高曾年產(chǎn)鋼5萬t，終因經(jīng)營不善于1924年停產(chǎn)[4]。

圖3 中國最早的現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)設(shè)備

中國推動(dòng)現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)以及進(jìn)入鋼鐵時(shí)代比歐洲晚了約30年，雖然花費(fèi)了大量資金，引進(jìn)了全套的技術(shù)、設(shè)備和專家，但因整體國力的孱弱、多災(zāi)多難，鋼鐵生產(chǎn)始終處于低迷狀態(tài)。甲午戰(zhàn)爭戰(zhàn)敗于日本、遭受八國聯(lián)軍侵略、軍閥割據(jù)的戰(zhàn)亂、作為第一次世界大戰(zhàn)戰(zhàn)勝國的權(quán)益完全被日本攫取、日本侵華戰(zhàn)爭導(dǎo)致的重大毀傷等都嚴(yán)重遏制了中國鋼鐵工業(yè)的發(fā)展[4]；至1949年新中國成立之前，全國的鋼產(chǎn)量始終低于世界總產(chǎn)量的千分之一，完全無法發(fā)揮推動(dòng)中國工業(yè)化進(jìn)程的作用。

圖4 1985年一期建成投產(chǎn)的寶山鋼鐵公司現(xiàn)代化煉鐵廠(寶山鋼鐵公司供圖)

中國后發(fā)的鋼鐵時(shí)代

中華人民共和國成立后，中國進(jìn)入了穩(wěn)步推進(jìn)工業(yè)化的階段。由于已有的工業(yè)基礎(chǔ)過于薄弱以及西方國家的封鎖，中國的鋼鐵生產(chǎn)雖然得到穩(wěn)步發(fā)展，但其發(fā)展速度與世界鋼鐵生產(chǎn)相比顯得極為緩慢，并曾遭受到文革的沖擊和傷害。1978年中國的鋼產(chǎn)量達(dá)到了3500萬t，約占世界產(chǎn)量的5%。自1978年改革開放后，中國再次打開國門并推行市場經(jīng)濟(jì)，向西方學(xué)習(xí)，引進(jìn)先進(jìn)鋼鐵技術(shù)(圖4)。西方大量的產(chǎn)品、專家、技術(shù)、企業(yè)、資本利用中國改革開放的優(yōu)惠政策涌入中國，中國巨大的市場空間和發(fā)展需求與西方工業(yè)國家占領(lǐng)中國市場獲取巨額利益的追求第一次大規(guī)模地結(jié)合在一起，取得了前所未有的雙贏局面。

在這個(gè)階段，西方最先進(jìn)的鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)和裝備幾乎壟斷了中國工業(yè)市場，中國吞噬了西方大多數(shù)鋼鐵生產(chǎn)裝備的產(chǎn)能，最先進(jìn)的鋼鐵技術(shù)裝備幾乎全部流入中國，有的甚至西方自己還未來得及裝備。1999年中國修改憲法，從法律上保障了民營企業(yè)的生存和發(fā)展。從此民營資本大量涌入鋼鐵工業(yè)，使得中國的鋼鐵生產(chǎn)出現(xiàn)了爆發(fā)式的增長。自2013年起中國的年鋼產(chǎn)總量超過8億t，占全球產(chǎn)量的50%以上，中國的鋼產(chǎn)量比中國以外所有國家鋼產(chǎn)量的總和還高。

圖5展示了自20世紀(jì)以來至及21世紀(jì)初國內(nèi)外鋼鐵年產(chǎn)量的變化。可以看出，中華人民共和國成立前中國的鋼鐵產(chǎn)量不論如何起起伏伏[4]在全世界范圍內(nèi)都是微不足道的，中國鋼鐵技術(shù)在歷史上曾經(jīng)的輝煌已不見蹤影。1978年的改革開放才使得中國鋼鐵生產(chǎn)發(fā)展的速度有了明顯的提升；而民營資本的涌入即全體國民為滿足工業(yè)發(fā)展需求而爆發(fā)出的對鋼鐵工業(yè)巨大的推動(dòng)作用導(dǎo)致了中國鋼鐵業(yè)至少在產(chǎn)能上再現(xiàn)輝煌。

第二次工業(yè)革命的落幕

觀察國內(nèi)外鋼鐵年產(chǎn)量的變化可以發(fā)現(xiàn)(圖5)，在全球經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展的同時(shí)，自20世紀(jì)70年代中期，中國以外地區(qū)的鋼產(chǎn)量雖上下起伏，但大體保持在一個(gè)穩(wěn)定水平附近，即整體不再明顯增長。由此可見，經(jīng)濟(jì)的增長不再依靠鋼鐵產(chǎn)業(yè)的推動(dòng)。這預(yù)示著鋼鐵時(shí)代的結(jié)束和一個(gè)新工業(yè)時(shí)代的開始。自20世紀(jì)70年代中期起大規(guī)模集成電路的發(fā)展日趨成熟；70年代初光纖技術(shù)進(jìn)入工程化階段，70年代中期光纖傳輸容量有了大幅度提高；70年代起開始出現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，并隨后形成了國際標(biāo)準(zhǔn)[7]。這些技術(shù)的成熟和規(guī)?；l(fā)展極大地推動(dòng)了人類社會(huì)的信息化進(jìn)程以及新增長模式下的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。因此，自20世紀(jì)70年代中期人類社會(huì)進(jìn)入了信息時(shí)代，即現(xiàn)代社會(huì)進(jìn)入了第三次工業(yè)革命時(shí)期[4]，人類的腦力勞動(dòng)開始大規(guī)模地被計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)所取代，信息技術(shù)成為了推動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長的主要?jiǎng)恿Α＿@種落幕和結(jié)束并不是說以機(jī)器取代人的體力勞動(dòng)以及大量使用鋼鐵材料不再重要，而是說第二次工業(yè)革命和鋼鐵時(shí)代已經(jīng)發(fā)展到如此的程度，以致不再能構(gòu)成經(jīng)濟(jì)發(fā)展中新增長部分的主要推動(dòng)力，也難以再對經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供新的革命性貢獻(xiàn)；但并不能排除它們?nèi)允巧鐣?huì)經(jīng)濟(jì)的重要甚至主要的物質(zhì)基礎(chǔ)，也不能排除以往工業(yè)革命成果的拓展以及鋼鐵材料技術(shù)的更新與進(jìn)步。

然而，在全世界其他地區(qū)主要是歐美地區(qū)第二次工業(yè)革命落幕和鋼鐵時(shí)代結(jié)束的時(shí)候，中國的這一過程尚未完成。中國長期的落后和巨大的體量，尤其初期薄弱的工業(yè)化基礎(chǔ)以及早期階段低迷、蹣跚的工業(yè)化步伐(圖5早期階段)等，使得全面達(dá)到第二次工業(yè)革命的目標(biāo)確實(shí)需要多花費(fèi)一些時(shí)日。自改革開放以來，中國大規(guī)模地進(jìn)行城市化建設(shè)和工業(yè)現(xiàn)代化改造，全面改善人民的居住條件，推動(dòng)全國貧困地區(qū)的脫貧致富，廣泛建設(shè)城鄉(xiāng)交通體系和全國高速公路網(wǎng)，逢山鑿洞、遇水搭橋，這些建設(shè)過程都需要大量使用鋼鐵材料，進(jìn)而彌補(bǔ)了百余年來中國在現(xiàn)代化發(fā)展上遺留的缺憾。至2010年以后中國鋼鐵生產(chǎn)才轉(zhuǎn)為較為平穩(wěn)的發(fā)展模式(圖5)。除此之外，包括鋁、銅、鈦、鎂等有色金屬材料(圖6(a))，水泥、玻璃等無機(jī)非金屬材料(圖6(b))，塑料、橡膠、化纖、棉紗、紙等高分子材料(圖6(c)) ——中國其他主要的大類材料的生產(chǎn)也呈現(xiàn)出類似的趨勢，即其產(chǎn)量居世界第一位或超過世界其他地區(qū)的總產(chǎn)量，且自2010年以后開始保持基本穩(wěn)定，不再迅猛增長(圖6中的虛線)。如圖5和圖6所示，2013年以后中國的基礎(chǔ)性工程材料轉(zhuǎn)入了一個(gè)平穩(wěn)發(fā)展的階段。由此顯示出中國的經(jīng)濟(jì)增長模式發(fā)生了轉(zhuǎn)變，鋼鐵產(chǎn)量不再是展示經(jīng)濟(jì)新增長趨勢的主要標(biāo)志。因此，中國的鋼鐵時(shí)代已經(jīng)進(jìn)入尾聲，面臨著從第二次工業(yè)革命進(jìn)入第三次工業(yè)革命的轉(zhuǎn)換。

圖6 中國主要工程材料年產(chǎn)量的發(fā)展[4](國家統(tǒng)計(jì)局)：(a)有色金屬材料；(b)無機(jī)非金屬材料；(c)有機(jī)高分子材料

連接鋼鐵時(shí)代的后續(xù)工業(yè)革命

中國鋼鐵時(shí)代晚于歐美國家落幕，但這并不是簡單的時(shí)間上的滯后。中國并沒有像歐美國家那樣在鋼鐵時(shí)代之后才大規(guī)模推動(dòng)信息技術(shù)的發(fā)展，而是自20世紀(jì)90年代末鋼鐵時(shí)代的爆發(fā)期就已經(jīng)開始推進(jìn)信息技術(shù)及以大規(guī)模集成電路和通訊光纖為代表的信息材料以持續(xù)加速度的形式發(fā)展(圖7)[4]，并與爆發(fā)式增長的鋼鐵生產(chǎn)緊密結(jié)合在一起，使得中國出現(xiàn)了不同于西方的鋼鐵時(shí)代末期。一個(gè)典型實(shí)例就是中國高鐵網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展：目前中國的高速鐵路(圖8(a))運(yùn)營里程超過3萬km，超過全世界總量的2/3[8]；高鐵建設(shè)時(shí)僅制作鋼軌每年需要消費(fèi)數(shù)百萬噸高速鐵軌用鋼(圖8(b))，是鋼材應(yīng)用的一大領(lǐng)域。鐵路的特殊網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)就像高鐵網(wǎng)絡(luò)的大腦和神經(jīng)系統(tǒng)，精確而高效地操控著整個(gè)高鐵體系的開停調(diào)度、客貨運(yùn)營[9]，任何微小的偏差都可能引發(fā)災(zāi)難；只有在信息網(wǎng)絡(luò)嚴(yán)密的操控乃至智能操控下才有可能實(shí)現(xiàn)高鐵網(wǎng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，因此歐美的鋼鐵時(shí)代并未出現(xiàn)高鐵網(wǎng)建設(shè)。中國的高鐵建設(shè)領(lǐng)先于全球，是中國鋼鐵時(shí)代有別于西方的一個(gè)重要標(biāo)志，為人們的高質(zhì)量生活帶來便捷的同時(shí)也極大地推動(dòng)了工業(yè)建設(shè)的高速發(fā)展。由此可見，第二次工業(yè)革命與第三乃至第四次工業(yè)革命并行發(fā)展的中國模式顯著縮短了中西方工業(yè)發(fā)展的差距。

圖7 中國大陸集成電路年產(chǎn)量和光纜年鋪設(shè)距離的變化(國家統(tǒng)計(jì)局)

圖8 中國的高速鐵路建設(shè)

自18世紀(jì)中期英國工業(yè)革命以來，西方已經(jīng)完成了三次工業(yè)革命的進(jìn)程，正步入以智能材料為物質(zhì)支持的第四次工業(yè)革命階段。在各個(gè)工業(yè)革命階段，中國雖落后于西方世界但經(jīng)過近幾十年改革開放時(shí)期的努力使得差距正不斷縮小。歸納前三次工業(yè)革命的時(shí)間進(jìn)程，西方的第一、二、三次工業(yè)革命的時(shí)間階段分別為18世紀(jì)中期至19世紀(jì)中期、19世紀(jì)中期至20世紀(jì)70年代、20世紀(jì)70年代至21世紀(jì)前10年。而中國這三次工業(yè)革命的時(shí)間階段相對滯后的情況可認(rèn)為是：第一、二次工業(yè)革命約分別起始于19世紀(jì)60年代容閎引進(jìn)西方工業(yè)設(shè)備和19世紀(jì)90年代李鴻章創(chuàng)建江南機(jī)器制造總局煉鋼廠[6]。第一次工業(yè)革命結(jié)束于20世紀(jì)中期，之后中國的鋼鐵業(yè)穩(wěn)固發(fā)展，第一次工業(yè)革命的作用被第二次工業(yè)革命取代。第二次工業(yè)革命結(jié)束于21世紀(jì)前10年。中國的第三次工業(yè)革命時(shí)間為20世紀(jì)90年代至今。圖9對中西方工業(yè)革命的步伐作了大致的比較，可以看出，與西方工業(yè)革命相比，中國的工業(yè)革命實(shí)際上是“三步并作兩步走”追趕世界步伐的過程。目前，中國在信息材料、智能材料發(fā)展方面已取得了積極的進(jìn)展，在集成電路方面也在探索7納米比特電路技術(shù)[10]，但仍與世界先進(jìn)水平存在明顯差距，需反思長期落后的歷史教訓(xùn)，加倍努力。中國政府汲取了鋼鐵時(shí)代落后的教訓(xùn)，2015年提出了2025中國制造的強(qiáng)國戰(zhàn)略，決心緊隨時(shí)代潮流、積極籌劃、系統(tǒng)性推進(jìn)中國工業(yè)智能化進(jìn)程。由此可見，中西方已經(jīng)共處于工業(yè)文明時(shí)代。

圖9 中西方四次工業(yè)革命步伐比較

結(jié)束語

人類社會(huì)進(jìn)入近現(xiàn)代工業(yè)化的鋼鐵時(shí)代以來，鋼鐵成為了關(guān)鍵性基礎(chǔ)材料。19世紀(jì)末期，在極為艱難的條件下中國借助洋務(wù)運(yùn)動(dòng)開始進(jìn)入鋼鐵時(shí)代，但直至改革開放之前始終處于非常低迷的狀態(tài)。深入的改革開放使得中國的鋼產(chǎn)量迅速攀升，至21世紀(jì)20年代初期中國鋼鐵時(shí)代結(jié)束時(shí)，不僅全國鋼產(chǎn)量超越了全世界其他國家產(chǎn)量的總和，而且出現(xiàn)了鋼鐵時(shí)代與后續(xù)信息時(shí)代緊密結(jié)合的中國特色，為促進(jìn)信息時(shí)代乃至智能時(shí)代發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。