“南海I號”船載鐵器與相關(guān)問題研究

席光蘭　萬鑫　林唐歐^[1]

前言

“南海I號”是1987年8月發(fā)現(xiàn)于廣東省陽江市東平港以南約20海里處的一艘南宋時期木質(zhì)商船，是迄今為止發(fā)現(xiàn)的宋代海上沉船中船體最大、保存最完整的遠(yuǎn)洋貿(mào)易商船。2007年對“南海I號”沉船實施了整體打撈。沉船從2013年12月發(fā)掘至今，基本弄清楚船內(nèi)所裝載的貨物及分布的情況。通過對沉船出水文物的整理與統(tǒng)計，研究者發(fā)現(xiàn)其中鐵器的數(shù)量巨大，數(shù)量僅次于陶瓷器，因此也是重要的船載商品。船載鐵器類型比較簡單，主要以各類鐵條、鐵鍋為主，其中鐵條數(shù)量較鐵鍋要多。在古代海外貿(mào)易中，金屬原材料或金屬制品是國際市場的重要商品，用以制作生活用品、武器和農(nóng)具等。^[2]此外，各類金屬也是上等的壓艙貨。

本文通過對船載鐵器進(jìn)行科學(xué)分析檢測，探討鐵器的制作工藝；將國內(nèi)外沉船出水鐵器與“南海I號”的船載鐵器進(jìn)行比較和分析，結(jié)合宋代對海外貿(mào)易制定的市舶條例，分析這些鐵器的功能和用途，為探討宋代礦冶業(yè)及其金屬貿(mào)易提供有價值的信息和線索^[3]，進(jìn)而探討海上絲綢之路的鐵器貿(mào)易和金屬技術(shù)傳播等相關(guān)問題。

一 “南海I號”船載鐵器簡述

“南海I號”船體殘長22.1米、寬9.35米，整船共有15個艙室，船艙殘損不存，另14個艙室保存完好（分別編號為C2～C14）。^[4]截至2017年12月出水鐵器總重量達(dá)60余噸，如果再加上前期水下考古調(diào)查及整體打撈時出水的鐵器凝結(jié)物總重量估計超過80余噸。

圖1 鐵器在船艙內(nèi)的裝載位置

資料來源：作者林唐歐繪制。

船載鐵器在船艙內(nèi)分布如圖1所示。C2艙主要放置鐵條，豎向排列，集中在船艙中間；C3艙放置鐵條于中間的兩邊，但不及兩邊的船舷，橫向排列，中間則放置陶罐；C4艙以中間為主，把艙分成前后兩部分，前面放置瓷器，后面放置（板）條形鐵器，橫向排放；C5艙內(nèi)鐵器置于中間的兩邊，不及兩邊的船舷，以（板）條形鐵器為主加少量小型鐵鍋；C6艙放置在以主桅桿為中心的兩邊，左邊為鐵鍋，橫向排列，右邊為鐵條；C7艙亦以主桅桿為中心，放置在兩邊，皆為（板）條形鐵器，成捆整齊碼放，數(shù)量最多，面積最大，堆放最高；C8艙左側(cè)靠船舷有少量鐵條；C11只在中間堆放鐵條，兩邊用薄木板固定，上面凝結(jié)著大量的銀鋌；C12艙中間及左側(cè)堆放鐵鍋和少量鐵條。在“南海I號”全面發(fā)掘時發(fā)現(xiàn)，鐵器并不是全部裝載在甲板或陶瓷器之上，在C8、C11、C12艙室中至艙底都裝載了鐵器。

從鐵器在船內(nèi)的裝載位置大致看出，鐵條主要集中裝載在C2、C3、C4、C5、C6和C7 艙室，其中C5艙室還有少量鐵鍋發(fā)現(xiàn)；C6艙室左室裝載鐵鍋，右側(cè)艙室裝載鐵條；C11艙中部艙室裝載鐵條；C12艙中間及左側(cè)艙室裝載鐵鍋和少量鐵條。各艙室中尤以C6和C7艙即本船的主桅桿附近裝載量最為密集。

鐵條一般由 40件左右為一捆，用藤條捆扎成圓柱形，兩捆為一組。每組在前、中、后三端分別用竹篾、草繩捆扎，在捆、組之間還墊襯了草席、竹席等編織物（見圖2）。鐵鍋則成組相摞，一般為大小、形制相同的鐵鍋層摞在一起，倒扣于船板上，鐵鍋之間也常見藤條、竹席等捆綁和填充物（見圖3）。發(fā)現(xiàn)的藤條、竹席等捆扎、填充物，可知所有鐵器在裝載前都進(jìn)行了精心捆扎、包裝，然后合理地裝載到船上。

圖2 鐵條

資料來源：作者現(xiàn)場調(diào)查拍攝。

圖3 鐵鍋凝結(jié)物

資料來源：作者現(xiàn)場調(diào)查拍攝。

由于鐵器在海水的長期腐蝕下，發(fā)生了化學(xué)、物理等變化而與其周圍的船木、瓷器、海洋生物、海泥等凝結(jié)在一起，從而形成堅固的凝結(jié)物。

二 船載鐵器的科學(xué)分析

（一）樣品與分析方法

采集“南海I號”鐵器樣品5件（見圖4），分別制成7個分析試樣（見表1）。鐵鍋直徑為0.3米、0.4米和0.6米不等，所選鐵鍋樣品為殘片，質(zhì)地疏松，銹蝕嚴(yán)重，殘留鐵基體較少。鐵條長度為0.2米至0.4米，橫截面為梯形，樣品表面被凝結(jié)物覆蓋，但容易去除，鐵基體保留較完整。

表1 鐵器分析試樣

圖4 “南海I號”鐵器樣品（1-4為鐵鍋樣品，5為鐵條）

資料來源：作者拍攝。

用金相顯微鏡（萊卡DM4000M）對樣品進(jìn)行了金相觀察與分析，并用化學(xué)法對鐵器進(jìn)行了成分分析。

（二）分析結(jié)果

通過觀察鐵制品的金相組織，可以判定器物的材質(zhì)，了解制作工藝。金相組織見圖5和圖6，分析結(jié)果見表2。由金相分析可知，5件鐵器中，有4件鐵鍋樣品為白口鐵和1件鐵條樣品為鋼。

圖5 鐵鍋樣品金相組織

資料來源：作者拍攝。

圖6 鐵條樣品金相組織

資料來源：作者拍攝。

為了解“南海I號”沉船出水鐵器組成成分，進(jìn)一步探討鐵器的制作工藝，我們對樣品進(jìn)行了化學(xué)成分分析，結(jié)果如表2所示，金相組織分析結(jié)果如表3所示。

表2 “南海I號”沉船出水鐵器化學(xué)成分分析結(jié)果

依據(jù)鐵碳相圖，工業(yè)純鐵（熟鐵）的碳含量小于0.0218%，鋼的碳含量為0.0218%～2.11%，由此可見船載中的鐵條為鋼，亞共析鋼的碳含量小于0.77%，結(jié)合金相組織分析可知鐵條為亞共析鋼。^[5]鑄鐵的碳含量大于2.11%，因此鐵鍋顯然為鑄鐵，再結(jié)合金相組織分析可知鐵鍋為白口鑄鐵。

表3 5件鐵器金相組織分析結(jié)果

三 討論

（一）鐵器制作工藝

宋代是我國古代社會經(jīng)濟(jì)高度發(fā)達(dá)、科學(xué)技術(shù)空前繁榮的時期，礦冶業(yè)也取得了巨大的進(jìn)步。宋代的礦冶技術(shù)取得了很大發(fā)展，達(dá)到了一個很高的技術(shù)水平。^[6]采礦技術(shù)多采用“燒爆法”^[7]，而煤燃料^[8]、蒸礦爐^[9]、木風(fēng)箱^[10]等也廣泛應(yīng)用于冶鐵生產(chǎn)，鐵的產(chǎn)量也有了很大提高。此外灌鋼法^[11]等煉鋼技術(shù)的應(yīng)用，改進(jìn)了鐵制品的種類和質(zhì)量。宋代礦冶業(yè)的管理較前代更為完備和嚴(yán)格，鐵制品需求量的增加及鐵器貿(mào)易的發(fā)展，共同促進(jìn)了冶鐵業(yè)的迅速發(fā)展。

從目前的考古資料來看，在公元前8世紀(jì)相當(dāng)于春秋早期，中國比其他國家早近1800年使用了含碳2.11%以上的生鐵并鑄成工具。白口鐵雖耐磨，但脆而硬，強(qiáng)度不夠。從理論上來說，生鐵是含碳2.11%以上的鐵碳合金，由液態(tài)冷卻到1146℃全部凝固，部分（當(dāng)含碳大于或小于4.3%）或全部（當(dāng)含碳為4.3 %）形成奧氏體和滲碳體的共同結(jié)晶，這種共晶產(chǎn)物習(xí)稱萊氏體，這種性脆而硬的生鐵稱為“白口鐵”。^[12]因此，為了改善生鐵的劣勢性能，技術(shù)逐步改進(jìn)并發(fā)明了將白口鐵長期加熱的鑄鐵退火技術(shù)^[13]，這種進(jìn)步至遲在戰(zhàn)國早期已發(fā)生。另外，柯俊^[14]、黃維^[15]等對部分宋代鐵器進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)鐵器的含硫量都超過0.1%，并把含硫量都超過0.1%作為使用煤燃料的重要判據(jù)，證實了宋代鐵器生產(chǎn)已經(jīng)使用煤作為燃料。

結(jié)合前述鐵器的金相組織和化學(xué)成分的實驗結(jié)果，鐵鍋化學(xué)成分的硫量幾乎都超過0.1%，可以判定鐵鍋生產(chǎn)的熔煉過程中使用了煤作為燃料，且為通過鑄造所獲得產(chǎn)品，鐵鍋材質(zhì)為白口鐵。至于鐵條，其材質(zhì)則為亞共析鋼，金相組織晶粒出現(xiàn)了變形和拉長，說明其在鑄后進(jìn)行了鍛打，碳含量從尾部到尖部呈增加趨勢，鋼的硬度也隨之增加，而硅和錳含量在中部較高；通過鍛打，鋼中的硫等逐漸被去除減少，改善了鋼的性能。尖部晶粒較細(xì)小，尾部晶粒較粗大，有退火處理跡象。總之，鐵條使用了鑄后熱鍛工藝，熔煉過程中使用了煤作為燃料，材質(zhì)為亞共析鋼。由此可見，當(dāng)時的工匠已經(jīng)掌握了先進(jìn)的鐵器生產(chǎn)技術(shù)，并有意識地根據(jù)鐵器的使用需求控制各組分的多少，通過熱處理工藝控制鋼的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)鐵制品優(yōu)質(zhì)使用性能的要求。

（二）鐵條的功能性質(zhì)

“南海I號”發(fā)現(xiàn)大量的鐵條，對其定名及用途有多種看法，一些研究者稱其為鐵釘，也有專家進(jìn)一步認(rèn)為這是造船或修船用的鐵釘。這些鐵條的類型多樣，且長短、寬厚的形制規(guī)格也不盡相同。根據(jù)鐵條的形制進(jìn)行分類，可以分為A、B、C三種（見圖7）^[16]。

2016年3月出水了一批疑似為刀柄的木器（見圖8），高0.12米左右，整體呈上下兩段，下段為握把，上段呈橢圓形，在刀柄頂部開有刀身插孔，插孔長約0.03米、寬約0.01米、深約0.03米。其開孔大小恰與片狀坯件頂部的尺寸近似。這類木器有散落出水，也有扎為圓盤狀成捆出水的，其出水地點均在鐵條凝結(jié)物內(nèi)，與鐵條坯件的關(guān)系密切。

2017年7月在C2a艙室獲得了兩件保存相對完整的刀具（2017NHIC02a①：0081、0082），存有刀身及刀把。其出水地點均在裝載鐵條坯件之間。編號2017NHIC02a①：0081的刀具的刃部腐蝕嚴(yán)重，但器物的基本形狀保存完好，刀身與刀把連接堅固，并且在木把細(xì)小處加固有鐵箍，總長0.396米，把長0.125米，最寬為0.052米，刀身最厚處為0.007米，其形狀和出水的木柄、鐵條等的長度與厚度幾乎相同（見圖9）。

發(fā)掘報告中認(rèn)為片狀鐵條為兵器的可能性更大，根據(jù)這些鐵條的形制并結(jié)合相關(guān)線索，由此判斷這些鐵條為半成品，故稱其為坯件，進(jìn)而推測其為兵器的坯件。^[17]

圖7 出水鐵條形制

資料來源：作者林唐歐繪制。

圖8 “南海I號”沉船出水刀柄及其形制

資料來源：作者調(diào)查拍攝、繪制。

圖9 “南海I號”出水完整刀

資料來源：作者調(diào)查拍攝、繪制。

1996年，一艘沉船在位于邦加島和雅加達(dá)之間的爪哇海中被打撈出來，后命名為爪哇海沉船，根據(jù)香料的碳十四測年并配合陶瓷的黏度特征，研究者判斷其沉沒于13世紀(jì)中后期，即南宋時期，據(jù)悉船上也裝載了大量的鐵制品，如鐵條（iron bars）。經(jīng)研究顯示，鐵條為梯形截面，并沿其長度逐漸變細(xì)，典型鐵器的長度為0.04米（見圖10）。多根鐵條用兩根藤條捆綁成一捆，每根鐵條被認(rèn)為用一種石灰化合物的白色材料隔開，這種化合物由石灰和桐油組成，這將是防止鐵制品在倉庫和從中國到爪哇的長途航程中發(fā)生腐蝕的絕佳方法。這種鐵條可能會在到達(dá)目的地后被鍛造成單面刀，類似于現(xiàn)在的帕蘭砍刀（馬來人用的帶鞘砍刀）。^[18]

圖10 爪哇海沉船出水鐵條

資料來源：William M.Mathers and Michael Flecker，Archaeological Report：Archaeological Recovery of the Java Sea Wreck，p.67。

宋元時期中國向海外諸國出口的貨物，種類繁多。向南海（東、西洋）地區(qū)出口的貨物除陶瓷器、紡織品外，金屬和金屬制品也是重要的出口貨物。鐵（鐵條、鐵塊）和鐵器（鐵鼎、鐵鍋、鐵碗）是重要的出口物資，鐵和鐵器的出口，對于南海（東西洋）地區(qū)生產(chǎn)的發(fā)展，起了有益的作用。^[19]

20世紀(jì)70年代以來，南海及周邊海域陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了9～14世紀(jì)的古代沉船30余艘。作為直接反映海上貿(mào)易過程的證據(jù)，沉船船體、沉沒地點以及其上運載的船貨，為研究跨區(qū)域航海貿(mào)易，特別是商品構(gòu)成、貿(mào)易規(guī)模以及航運路線等提供了新材料和方法。多艘沉船的船貨中有大量的鐵條，為研究鐵器貿(mào)易提供了證據(jù)（見表4）。

表4 古代沉船出水鐵器信息

從沉船和鐵器船貨信息表可以發(fā)現(xiàn)，共有8艘沉船上裝載有鐵條船貨，鐵條應(yīng)該是一種非常重要的船貨商品。

通過比較研究后可以推斷，“南海I號”沉船的鐵條與爪哇海沉船的鐵條屬于一類鐵器，并非早前一些研究者所認(rèn)為的鐵釘?shù)犬a(chǎn)品，而是用于制作刀器的半成品坯件。根據(jù)刀的尺寸和形制，這種刀不應(yīng)該是專門用于軍事的武器類刀具，更可能是日常生活中所使用的刀具，同時兼具一些特殊時期的防身功能，如帕蘭砍刀。武器是禁運船貨，但刀器具有類似武器的屬性，刀器只能制成鐵條半成品原料輸出，半成品可以逃避官方的監(jiān)管，同時制作幾把刀的成品作為標(biāo)準(zhǔn)器，而木材在出口地不是短缺原料，因此也只制作了少量木質(zhì)刀柄作為標(biāo)準(zhǔn)器，鐵條運輸?shù)匠隹诘兀そ掣鶕?jù)標(biāo)準(zhǔn)器進(jìn)行刀的生產(chǎn)。鐵器制造是一種非常復(fù)雜的金屬技術(shù)，因此同樣可能存在制刀技術(shù)的輸出，進(jìn)而推斷在海上絲綢之路貿(mào)易過程中既有鐵器貿(mào)易，同時也存在金屬技術(shù)的傳播與交流。

結(jié)語

（1）通過對比鐵鍋的金相組織和化學(xué)成分，可以判定鐵鍋生產(chǎn)的熔煉過程中使用了煤作為燃料鑄造而成，鐵鍋材質(zhì)為白口鐵。

（2）鐵條采用了鑄后熱鍛工藝，熔煉過程中使用了煤作為燃料，材質(zhì)為亞共析鋼。當(dāng)時的工匠已經(jīng)掌握了先進(jìn)的鐵器生產(chǎn)技術(shù)，可以有意識地根據(jù)鐵器的使用要求控制鐵器成分，通過熱處理工藝控制鋼的組織，從而滿足鐵器的使用性能。

（3）通過比較研究，可以推斷“南海I號”沉船的鐵條與爪哇海沉船的鐵條屬于一類鐵器，并非早前認(rèn)為的鐵釘?shù)龋怯糜谥谱鞯兜陌氤善放骷@種刀不應(yīng)該是專門用于軍事的武器刀，應(yīng)該是用于平常生活使用的刀，同時兼具日常的防身功能，類似于帕蘭砍刀，“南海I號”發(fā)現(xiàn)的完整刀也與這種刀的形制相似。

（4）鐵條運輸?shù)匠隹诘兀そ掣鶕?jù)標(biāo)準(zhǔn)器進(jìn)行刀的生產(chǎn)。鐵器制造是一種非常復(fù)雜的金屬技術(shù)，因此同樣可能存在制刀技術(shù)的輸出，進(jìn)而推斷在海上絲綢之路的貿(mào)易過程中既有鐵器貿(mào)易，同時也可能存在金屬技術(shù)的傳播與交流。

Ship-borne Iron Artefacts from Nanhai I Shipwreck and Related Issues

Xi Guanglan，Wan Xin，Lin Tangou

Abstract：The discovery in 1987 and excavation in 2007 of the Nanhai I or South China Sea I wreck off the coast of Yangjiang，240 kilometers southwest of Guangzhou，offers new data for contextualizing the long-distance Chinese maritime trade in the Song Dynasty. The number of the ship-borne iron goods is enormous，which is less than the ceramics on board. The iron artefact was also one of the essential cargoes at that time. The types of the ship-borne iron artefacts are elementary，like the iron bar and the iron wok（pan）. The bars are more than the woks. Through scientific analysis and inspection of the ship-borne iron artefacts，it can be seen that the material of the iron wok is white iron and cast；the material of the iron bar is hypereutectoid steel，and the hot forging process after casting is adopted，with the fuel of coal in the smelting process. Comparing the iron artefacts with the ones from some other shipwrecks，it indicates that the iron bars，as semi-finished products，were used for manufacturing knives，which are not likely to be weapon ones specifically for the military，but for the use in everyday life or daily self-defense. This research provides valuable information and clues for the exploration of the mining and metallurgy industry of iron and the metal trade in the Song Dynasty. It also provides reliable evidence for the studies on the related issues to the trade of iron and the spread of the Chinese metallurgy on the Maritime Silk Road.

Keywords：Archaeometallurgy；Nanhai I；Ship-borne Iron Artefact；Iron Bar；Iron Wok；Palan Chopper

（執(zhí)行編輯：楊芹）

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[1]作者席光蘭系北京科技大學(xué)科技史與文化遺產(chǎn)研究院博士研究生、國家文物局水下文化遺產(chǎn)保護(hù)中心文博館員；萬鑫系國家文物局水下文化遺產(chǎn)保護(hù)中心助理館員；林唐歐系廣東海上絲綢之路博物館文博館員。

[2]李慶新：《南宋海外貿(mào)易中的外銷瓷、錢幣、金屬制品及其他問題——基于“南海Ⅰ號”沉船出水遺物的初步考察》，《學(xué)術(shù)月刊》2012年第9期。

[3]李慶新：《南宋海外貿(mào)易中的外銷瓷、錢幣、金屬制品及其他問題——基于“南海Ⅰ號”沉船出水遺物的初步考察》。

[4]國家文物局水下文化遺產(chǎn)保護(hù)中心等編著《“南海I號”沉船考古報告之二——2014～2015年發(fā)掘》，文物出版社，2017，第109～110頁。

[5]余永寧：《金屬學(xué)原理》，冶金工業(yè)出版社，2000，第106～108頁。

[6]華山：《宋代的礦業(yè)工業(yè)》，《山東大學(xué)學(xué)報》1959年第2期。

[7]陳衍德：《宋代福建礦冶業(yè)》，《福建論壇》1983年第2期。

[8]李自立：《宋代礦冶業(yè)研究》，鄭州大學(xué)碩士學(xué)位論文，2000。

[9]《宋會要輯稿》食貨33之4，中華書局，1957，第5376頁。

[10]胡維佳：《中國科學(xué)技術(shù)史綱·技術(shù)卷》，遼寧教育出版社，1985，第289頁。

[11]胡維佳：《中國科學(xué)技術(shù)史綱·技術(shù)卷》，第289頁。

[12]中國冶金史編寫組：《我國古代煉鐵技術(shù)》，《化學(xué)通報》1978年第2期。

[13]楊菊、李延祥、趙福生等：《北京昌平馬刨泉長城戍所遺址出土鐵器的實驗研究——兼論炒鋼工藝的一種判據(jù)》，《中國科技史雜志》2014年第2期。

[14]柯俊、吳坤儀、韓汝玢等：《河南古代一批鐵器的初步研究》，《中原文物》1993年第1期。

[15]黃維：《從宋代鐵錢探討用煤煉鐵》，北京科技大學(xué)碩士學(xué)位論文，2006。

[16]國家文物局水下文化遺產(chǎn)保護(hù)中心等編著《“南海I號”沉船考古報告之二——2014～2015年發(fā)掘》，第494～500頁。

[17]國家文物局水下文化遺產(chǎn)保護(hù)中心等編著《“南海I號”沉船考古報告之二——2014～2015年發(fā)掘》，第514～516頁。

[18]William M.Mathers and Michael Flecker，Archaeological Report：Archaeological Recovery of the Java Sea Wreck，Pacific Sea Resource，1997，pp.66-67.

[19]陳高華、吳泰：《宋元時期的海外貿(mào)易》，天津人民出版社，1981，第54～55頁。