中國的鋼鐵時代

供稿|毛衛民，王開平 / MAO Wei-min, WANG Kai-ping

自公元前約1000年起各文明地區先后出現人工冶鐵技術并推廣使用鐵器，至20世紀70年代中期是人類社會廣義的鐵器時代；至19世紀中期歐美爆發第二次工業革命之前的鐵器時代可稱為傳統鐵器時代，之后的階段通常被稱為鋼鐵時代[1]。其實，在傳統鐵器時代世界各地已廣泛地制造和使用鋼材，而鋼鐵時代的特征在于其是以近現代技術為基礎生產和使用優質鋼材的時代。與歐美國家相比，中國鋼鐵時代的開始和結束時間均有所滯后。

傳統鐵器時代中國的鋼材加工技術

相對于普通鐵器，傳統鐵器時代所生產鋼材的特征可以簡單地理解為：加工出雜質和有害成分更少、材質更加純凈、性能更加優良的高質量鐵器制品。傳統鐵器時期，中國在煉鐵、煉鋼方面的許多關鍵環節曾出現過領先于世界的重要技術。

傳統冶鐵的炭火加熱過程會使鐵器內含有過多的碳，導致所生產鐵制品呈現較高脆性。春秋戰國時期中國已經掌握改善脆性的方法：將冶鐵制品在高溫下再次加熱，一定程度地燒損制品中的碳或改變碳的形態，進而明顯降低脆性。如果加熱溫度提高到使鐵器處于半熔融狀態，攪動并吹入空氣，則可提高碳的燒損效率，這一方法被稱為炒鋼技術。后來炒鋼技術發展為大力攪拌液態的鐵水，使卷入的空氣——主要是空氣中的氧氣更充分地燒損多余的碳，同時還可一定程度排除鋼中雜質。明代的《天工開物》中記載了用長桿攪動鐵水炒鋼的過程，而且在炒鋼時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結合成鋼渣而上浮，并被排除，如此所制鋼材會更加潔凈[2]。《天工開物》于1637年首次出版，所記載的“生熟煉鐵爐”包括了高爐冶鐵、熔池煉鋼、煉鐵與煉鋼連續操作、鑄造、向鐵水中吹氧、造渣等一些列現代鋼鐵冶煉流程的主要技術環節，只是尚未使用現代冶煉設備。自東漢以來，中國的工匠以冶煉鐵條為原料，經過反復加熱、鍛打而制成鋼條。反復加工三十次稱為三十煉鋼，一百次則稱為百煉鋼，此技術總稱為百煉鋼技術。百煉鋼技術所制鋼刀堅韌、鋒利、經久耐用，如果用炒鋼原料制作，則質量更佳(圖1)。中國冶鐵制鋼過程中還率先使用水力驅動鼓風技術、活塞式風箱鼓風技術、把煤以及焦炭用于冶鐵等等。中國的這些制鋼技術都領先于當時歐洲及世界其他各地[2]；在11世紀初的北宋時期，中國的鋼鐵年產量已達到十幾萬噸的水平，處于世界絕對領先的地位[3]。

18世紀中期爆發了英國工業革命，最終以機器和蒸汽動力大規模取代人的體力勞動，使工業生產面貌得到革命性改變；工業產品表現出大批量、高效率、低成本、優品質等特征，開啟了歐洲工業化的進程。然而自北宋以來，中國的皇權統治者長期以來懼怕鐵器生產可能會引發地方勢力增強和民間反抗能力提升，不斷強化各種限制民間冶鐵生產的措施，極大打擊了中國鐵器技術和生產的發展，也使中國的鐵器年產量經常保持在1～2萬t的水平，以致從18世紀末期到19世紀末期的一百年間，中國的冶鐵業從領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)

鋼鐵時代的來臨

在英國工業革命的促動下，自19世紀中期歐美等國先后發明了煤氣機、內燃機、汽油機、柴油機、發電機、電動機等一系列由石油化工制品所產生的能源驅動或電力驅動的各種機器、汽車、火車、輪船、飛機等交通工具以及各種其他工業裝置，引發了第二次工業革命；旨在以石化動力和電力驅動的機器大規模取代人的體力勞動。傳統鐵器生產技術已無法滿足大量制造各種新型工業機器對鋼鐵的需求。1856年德國人西門子構想了一種高效煉鋼爐，1864年法國人馬丁基于這個構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年英國人貝斯麥發明了轉爐煉鋼法(圖2(b))，1878年英國的托馬斯改造了轉爐煉鋼技術，使其迅速在法國和德國得到推廣應用[2]。這些以大批量、高效率、低成本、優品質的方式為特點的鋼材生產新技術稱為現代鋼鐵生產技術。自此人類進入鋼鐵時代，法國政府建造的埃菲爾鐵塔就是進入鋼鐵時代的標志性成果(圖2(c))。鑒于鋼鐵材料在第二次工業革命進展過程中的關鍵作用，基于現代技術的鋼鐵產量也成為了衡量國家工業整體實力乃至兩次世界大戰期間國家整體戰爭能力的重要標志。

圖2 現代鋼鐵生產：(a)平爐(人民畫報1974年第2期)；(b)轉爐；(c)1889年法國用7000 t現代技術生產的鋼材建造的324 m高埃菲爾鐵塔[4]

自19世紀中期，中國清政府遭到西方列強接連不斷的入侵和掠奪，不得不戰敗求和、割地賠款，持續的打擊迫使清政府被動自強。晚清末年洋務運動興起，中國開始了歷史上第一次以全面引進西方技術為主的改革開放，不僅直接購置西方的機器、軍事裝備，而且也全面引進歐洲鋼鐵技術、設備和專家。1863年曾國藩派容閎赴美購買工業生產用的機器，相當于以引進的方式啟動了中國的第一次工業革命。貴州巡撫潘蔚于1890年在全面引進煉鐵設備的基礎上建成貴州青溪鐵廠并投產(圖3(a))，雖稍有產出，但因不懂技術、事故頻發、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年李鴻章在上海創辦的江南機器制造總局引進西方的煉鋼技術煉出了近代中國第一爐鋼[6]，相當于啟動了中國的第二次工業革命。湖廣總督張之洞于1894年主持建成漢陽鐵廠并投產(圖3(b))，但剛建成就因甲午戰敗賠款而陷入困境，后被日資控制，服務于日本需求。漢陽鐵廠的發展起起伏伏、歷盡磨難，最高曾年產鋼5萬t，終因經營不善于1924年停產[4]。

圖3 中國最早的現代鋼鐵生產設備

中國推動現代鋼鐵生產以及進入鋼鐵時代比歐洲晚了約30年，雖然花費了大量資金，引進了全套的技術、設備和專家，但因整體國力的孱弱、多災多難，鋼鐵生產始終處于低迷狀態。甲午戰爭戰敗于日本、遭受八國聯軍侵略、軍閥割據的戰亂、作為第一次世界大戰戰勝國的權益完全被日本攫取、日本侵華戰爭導致的重大毀傷等都嚴重遏制了中國鋼鐵工業的發展[4]；至1949年新中國成立之前，全國的鋼產量始終低于世界總產量的千分之一，完全無法發揮推動中國工業化進程的作用。

圖4 1985年一期建成投產的寶山鋼鐵公司現代化煉鐵廠(寶山鋼鐵公司供圖)

中國后發的鋼鐵時代

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

在這個階段，西方最先進的鋼鐵生產技術和裝備幾乎壟斷了中國工業市場，中國吞噬了西方大多數鋼鐵生產裝備的產能，最先進的鋼鐵技術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的生存和發展。從此民營資本大量涌入鋼鐵工業，使得中國的鋼鐵生產出現了爆發式的增長。自2013年起中國的年鋼產總量超過8億t，占全球產量的50%以上，中國的鋼產量比中國以外所有國家鋼產量的總和還高。

圖5展示了自20世紀以來至及21世紀初國內外鋼鐵年產量的變化。可以看出，中華人民共和國成立前中國的鋼鐵產量不論如何起起伏伏[4]在全世界范圍內都是微不足道的，中國鋼鐵技術在歷史上曾經的輝煌已不見蹤影。1978年的改革開放才使得中國鋼鐵生產發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發展需求而爆發出的對鋼鐵工業巨大的推動作用導致了中國鋼鐵業至少在產能上再現輝煌。

第二次工業革命的落幕

觀察國內外鋼鐵年產量的變化可以發現(圖5)，在全球經濟不斷發展的同時，自20世紀70年代中期，中國以外地區的鋼產量雖上下起伏，但大體保持在一個穩定水平附近，即整體不再明顯增長。由此可見，經濟的增長不再依靠鋼鐵產業的推動。這預示著鋼鐵時代的結束和一個新工業時代的開始。自20世紀70年代中期起大規模集成電路的發展日趨成熟；70年代初光纖技術進入工程化階段，70年代中期光纖傳輸容量有了大幅度提高；70年代起開始出現了網絡技術，并隨后形成了國際標準[7]。這些技術的成熟和規模化發展極大地推動了人類社會的信息化進程以及新增長模式下的經濟發展。因此，自20世紀70年代中期人類社會進入了信息時代，即現代社會進入了第三次工業革命時期[4]，人類的腦力勞動開始大規模地被計算機和互聯網等信息技術所取代，信息技術成為了推動經濟增長的主要動力。這種落幕和結束并不是說以機器取代人的體力勞動以及大量使用鋼鐵材料不再重要，而是說第二次工業革命和鋼鐵時代已經發展到如此的程度，以致不再能構成經濟發展中新增長部分的主要推動力，也難以再對經濟發展提供新的革命性貢獻；但并不能排除它們仍是社會經濟的重要甚至主要的物質基礎，也不能排除以往工業革命成果的拓展以及鋼鐵材料技術的更新與進步。

然而，在全世界其他地區主要是歐美地區第二次工業革命落幕和鋼鐵時代結束的時候，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化基礎以及早期階段低迷、蹣跚的工業化步伐(圖5早期階段)等，使得全面達到第二次工業革命的目標確實需要多花費一些時日。自改革開放以來，中國大規模地進行城市化建設和工業現代化改造，全面改善人民的居住條件，推動全國貧困地區的脫貧致富，廣泛建設城鄉交通體系和全國高速公路網，逢山鑿洞、遇水搭橋，這些建設過程都需要大量使用鋼鐵材料，進而彌補了百余年來中國在現代化發展上遺留的缺憾。至2010年以后中國鋼鐵生產才轉為較為平穩的發展模式(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也呈現出類似的趨勢，即其產量居世界第一位或超過世界其他地區的總產量，且自2010年以后開始保持基本穩定，不再迅猛增長(圖6中的虛線)。如圖5和圖6所示，2013年以后中國的基礎性工程材料轉入了一個平穩發展的階段。由此顯示出中國的經濟增長模式發生了轉變，鋼鐵產量不再是展示經濟新增長趨勢的主要標志。因此，中國的鋼鐵時代已經進入尾聲，面臨著從第二次工業革命進入第三次工業革命的轉換。

圖6 中國主要工程材料年產量的發展[4](國家統計局)：(a)有色金屬材料；(b)無機非金屬材料；(c)有機高分子材料

連接鋼鐵時代的后續工業革命

中國鋼鐵時代晚于歐美國家落幕，但這并不是簡單的時間上的滯后。中國并沒有像歐美國家那樣在鋼鐵時代之后才大規模推動信息技術的發展，而是自20世紀90年代末鋼鐵時代的爆發期就已經開始推進信息技術及以大規模集成電路和通訊光纖為代表的信息材料以持續加速度的形式發展(圖7)[4]，并與爆發式增長的鋼鐵生產緊密結合在一起，使得中國出現了不同于西方的鋼鐵時代末期。一個典型實例就是中國高鐵網絡的發展：目前中國的高速鐵路(圖8(a))運營里程超過3萬km，超過全世界總量的2/3[8]；高鐵建設時僅制作鋼軌每年需要消費數百萬噸高速鐵軌用鋼(圖8(b))，是鋼材應用的一大領域。鐵路的特殊網絡通信系統就像高鐵網絡的大腦和神經系統，精確而高效地操控著整個高鐵體系的開停調度、客貨運營[9]，任何微小的偏差都可能引發災難；只有在信息網絡嚴密的操控乃至智能操控下才有可能實現高鐵網的正常運轉，因此歐美的鋼鐵時代并未出現高鐵網建設。中國的高鐵建設領先于全球，是中國鋼鐵時代有別于西方的一個重要標志，為人們的高質量生活帶來便捷的同時也極大地推動了工業建設的高速發展。由此可見，第二次工業革命與第三乃至第四次工業革命并行發展的中國模式顯著縮短了中西方工業發展的差距。

圖7 中國大陸集成電路年產量和光纜年鋪設距離的變化(國家統計局)

圖8 中國的高速鐵路建設

自18世紀中期英國工業革命以來，西方已經完成了三次工業革命的進程，正步入以智能材料為物質支持的第四次工業革命階段。在各個工業革命階段，中國雖落后于西方世界但經過近幾十年改革開放時期的努力使得差距正不斷縮小。歸納前三次工業革命的時間進程，西方的第一、二、三次工業革命的時間階段分別為18世紀中期至19世紀中期、19世紀中期至20世紀70年代、20世紀70年代至21世紀前10年。而中國這三次工業革命的時間階段相對滯后的情況可認為是：第一、二次工業革命約分別起始于19世紀60年代容閎引進西方工業設備和19世紀90年代李鴻章創建江南機器制造總局煉鋼廠[6]。第一次工業革命結束于20世紀中期，之后中國的鋼鐵業穩固發展，第一次工業革命的作用被第二次工業革命取代。第二次工業革命結束于21世紀前10年。中國的第三次工業革命時間為20世紀90年代至今。圖9對中西方工業革命的步伐作了大致的比較，可以看出，與西方工業革命相比，中國的工業革命實際上是“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、智能材料發展方面已取得了積極的進展，在集成電路方面也在探索7納米比特電路技術[10]，但仍與世界先進水平存在明顯差距，需反思長期落后的歷史教訓，加倍努力。中國政府汲取了鋼鐵時代落后的教訓，2015年提出了2025中國制造的強國戰略，決心緊隨時代潮流、積極籌劃、系統性推進中國工業智能化進程。由此可見，中西方已經共處于工業文明時代。

圖9 中西方四次工業革命步伐比較

結束語

人類社會進入近現代工業化的鋼鐵時代以來，鋼鐵成為了關鍵性基礎材料。19世紀末期，在極為艱難的條件下中國借助洋務運動開始進入鋼鐵時代，但直至改革開放之前始終處于非常低迷的狀態。深入的改革開放使得中國的鋼產量迅速攀升，至21世紀20年代初期中國鋼鐵時代結束時，不僅全國鋼產量超越了全世界其他國家產量的總和，而且出現了鋼鐵時代與后續信息時代緊密結合的中國特色，為促進信息時代乃至智能時代發展奠定了良好的基礎。