炼钢技术的新成就 我们的祖先曾利用天上掉下来的陨铁，来作为青铜器的刃部，这在殷墟发掘里，已经获得确切的证明。后来人们渐渐知道利用熟铁了，但由于当时冶炼技术的限制，主要是火力不够，熔化铁矿石有困难，炼成的熟铁缺乏碳素，质地柔软，硬度不够，还不能取代青铜器。冶炼技术的进一步发展，铁矿石能够熔化了，这就得到了生铁。生铁含碳素过多，质地脆硬，耐磨的性能虽强，但只可以用来铸造农具，还不能用来制造武器。熟铁比起生铁来又难熔化得多，用炼生铁的方法来炼熟铁，由于火力不够强，熟铁未曾熔化，却在高温下吸收了百分之零点二五至百分之一点七的碳素，这就产生了渗碳钢。再加以淬、锻等工序，挤出铁中所含的杂质，就成质量较纯的钢铁。这种钢铁的产生，才能在武器方面取青铜器而代之。
我国钢铁的应用在武器方面，应该说开始于春秋后期，《越绝书》里提到楚王派风胡子到吴国去请欧冶子和干将作铁剑[1]，《史记·范雎列传》里也讲到由于楚国的铁剑锐利，士兵的战斗意志也更强了[2]。铁剑就是指经过锻炼制成的钢剑而言。《吴越春秋》里也提到干将作剑，“使童男童女三百人鼓橐（风箱）装炭，金铁乃濡”[3]。说明由于鼓风炉的改进，已经能够产生出渗碳钢，又经过锻炼，挤去杂质，就能炼出纯钢了。两汉时期，好的钢刀，已经能够“斫坚刚，无变动之异”（杨泉《物理论》）[4]。在武器方面，完全奠定了钢铁的统治地位。
三国时期，炼钢的技术在继续提高。曹丕制成百辟宝剑三把，百辟宝刀三把，匕首三把，都是经过精炼制成的[5]。诸葛亮命蒲元铸刀三千口，锐利非常，“以竹筒内铁珠满中，举刀断之，应手虚落”[6]，可见冶炼技术已经很高了。
东晋南朝时期，江南一带炼钢的技术也有所提高。南齐建武元年（公元494年），有上虞（今浙江上虞南）人谢平以作刚朴著名，刚朴就是不成器形的钢材[7]。齐梁时人陶弘景云：“钢铁是杂炼生（生铁）（熟铁）作刀镰者”（《重修政和证类本草》卷4《铁精》条引）。所谓杂炼生，把生铁和熟铁混杂起来冶炼。“洪炉鼓鞲，火力到时，生钢（铁之讹字）先化，渗淋熟铁之中，两情投合，取出加捶，再炼再捶，不一而足”（《天工开物·五金篇》）。这样就成为质量较纯的钢铁。这种炼法，费功较少，成本较低，因此不独可以制刀剑，也可以制镰刀，对发展生产是有积极意义的。梁武帝天监四年（公元505年），政府的官冶又发明一种百炼的横法钢，由此可见，江南在冶钢技术方面有显著的提高。
在北方，十六国时期，大夏赫连勃勃造百炼钢刀，刀上有龙雀大环，快利非常[8]。北魏、东魏时期，相州有牵口冶（今河南安阳水冶），制成的钢刀，锐利无比[9]。北齐时，綦母怀文能造宿铁刀，“斩甲过三十甲”[10]，可想见其锐利程度。西魏、北周在同州夏阳（今陕西韩城南）山区，置立铁冶，“每月役八千人，营造军器”[11]。所造成的兵器，也非常精利。由此可见，北方在炼钢技术方面也有显著的进步。
机械发明 三国时，魏有马钧，字子衡，扶风（郡治槐里，今陕西兴平东南）人，官至给事中。他是一位“巧思绝世”（《太平御览》卷752引《马钧别传》）的发明家。他的发明对农业和手工业生产的发展都有促进作用。旧的织“绫机，五十综者五十蹑，六十综者六十蹑”，比起《西京杂记》里的“机用一百二十蹑”，固然已经简化，但马钧还是“患其丧功费日，乃皆易以十二蹑”（《三国志·魏志·杜夔传》注引《马钧别传》）。织绫机经过这样改进，生产效率提高了四五倍。马钧住在洛阳城里，附近有一个土坡，可以作园圃，但是缺乏水来灌溉。马钧制造一种翻车，能够源源不断地引水灌溉园圃，而且轻便灵巧，儿童也能运转。这种翻车就是龙骨水车，它在当时是世界上最先进的生产工具之一，后来就推广到广大农村里去了。
西晋时，杜预（公元228—284年）发明连机水碓。水碓的前身就是杵臼，早先人们用杵一起一落地在臼里舂米，效率很低，又费力气。后来有了改进，人们在木杆上装上石杵，拿架子架起来，用脚踏另外一头，使石杵在石臼里舂米，这种工具叫做碓。再进一步就不用脚踏而利用水力来带动碓舂米，这就是西汉末年出现的水碓，所谓“役水而舂，其利乃且百倍”（《太平御览》卷829引桓谭《新论》）。魏晋之际，水碓的施用，极其普遍[12]。杜预更在这样的基础上作了改进，创造了连机水碓，利用水力带动好几个碓同时舂米。它的动力机械是一个大的立式水轮，安装在溪流或江河的岸边。水轮的长轴上装有一排滚角不动的短横木，好似一排角相不同的凸轮，当流水冲击水轮使它转动时，轴上横木一个接一个地打动一排碓梢，使碓舂米。这样的装置，可以使水力平均利用，减少消耗，增加效率。
与杜预同时人刘景宣又发明了用畜力拉的“连转磨”。本来在东汉末年，如许靖“以马磨自给”（《三国志·蜀志·许靖传》），用牲畜来牵引磨，已很普遍。到了魏晋之际，刘景宣发明了连转磨，“奇巧特异，策一牛之任，转八磨之重”（《太平御览》卷762引嵇含《八磨赋》）。这种磨的主要构造是中间一个巨轮，所谓“巨轮内建”，用畜力牵引，轮轴直立在臼里，上端有木架管制，所谓“方木矩”，不使倾倒。在轮的周围，排列着八部磨，轮辐和磨边都用木齿相间，构成一套齿轮系。牲畜牵引轮轴，八个磨就同时转动，可以节省不少的劳力。以后经过长期的改进，南朝在齐武帝永明（公元483—493年）中，祖冲之“于乐游苑造水碓磨”（《南史·文学·祖冲之传》）；北朝在北魏孝明帝（元诩）正光（公元520—524年）中，崔亮于洛阳“张方桥东，堰谷水，造磨数十区”（《北史·崔亮传》）。碓和磨都是粮食加工的主要工具，到那时都已经利用水力来发动了，这就进一步提高了生产效率，也给人民生活带来了不少方便。
后赵石虎时（公元334—349年），尚方令解飞又发明了“舂车”和“磨车”。舂车“有舂车木人及作行碓于车上，动则木人蹋碓，行十里，成米一斛。又有磨车，置石磨于车上，行十里，辄磨一斛”（《太平御览》卷752引《邺中记》）。据说这种车只要一个人去管理就行了。
石虎时，还有一种巧妙的“司里车”，刘裕攻下长安时得到这辆车，带回江南，称为“记里鼓车”。它是一种两轮马车，车上有木人，双手执鼓锤，车中置一鼓，“车行一里，木人辄击一槌”（《宋书·礼志》）。它的构造方法是利用车轮的转动，带动车体上四种不同的齿轮。当车行一里，即轮转百周时（古法车轮一周合三步，一百转则为三百步，即一里），最后的齿轮转了一周，由于关捩拨动作用，车上的木人即击鼓一次，这样就便于统计车行的里数。这种以齿轮机械的原理来记录里数，在当时是一种重要的发明。
东汉时，张衡曾制造了一辆指南车，汉末丧乱，其器不存。魏明帝青龙（公元233—236年）中，马钧又试制成了一辆，后又失传。后赵时，石虎命解飞造过指南车。后秦时，姚兴也命令狐生造成指南车。当时指南车的形制，据说是“车上有木仙人，持信幡，车内人恒指南”（《太平御览》卷775引《述征记》），“车虽回转，所指不移”（《宋书·礼志》）。但是制造得不十分精巧，“虽曰指南，多不审正。回曲步骤，犹须人功正之”。南朝宋昇明（公元477—479年）中，萧道成辅政，命祖冲之重造，冲之造车成，“其制甚精，百屈千回，未尝移变”（《宋书·礼志》）。
祖冲之还发明了千里船，曾于新亭江试航，“日行百余里”（《南史·文学·祖冲之传》）。这些科学发明，标志着当时中国的科学技术水平居于世界的先进行列。
* * *
[1] 《越绝书·外传·记宝剑》：楚王……于是乃令风胡子之吴，见欧冶子、干将，使人作铁剑。欧冶子、干将凿茨山，泄其溪，取铁英，作为铁剑三枚：一曰龙渊，二曰泰阿，三曰工布。
[2] 《史记·范雎蔡泽列传》：〔秦〕昭襄王曰：“吾闻楚之铁剑利而倡优拙。夫铁剑利则士勇，倡优拙则思虑远。……”
[3] 《吴越春秋》卷4：干将者，吴人也，与欧冶子同师，俱能为剑。……莫邪，干将之妻也。干将作剑，采五山之铁精，六合之金英……而金铁之精，不销沦流。……于是干将妻乃断发剪爪，投于炉中。使童男童女三百人，鼓橐装炭，金铁及濡，遂以成剑。阳曰干将，阴曰莫邪。
[4] 杨泉《物理论》：“古有阮师之刀，天下之所宝贵也。阮之作刀……以水火之齐，五精之陶，用阴阳之候，取刚软之和。……三年，作刀千七百七十口。……其刀平背狭刃，方口洪首，截轻微绝丝发之系，斫坚刚无变动之异。世不吝百金精求，不可得也。其次有苏家刀，虽不及阮家，亦一时之利器也”（《太平御览》卷345引）。按杨泉是三国时东吴人。他所说的“古”，可能指的是东汉时期。从他的话里，可以看到汉代锻炼的钢刀，“斫坚刚无变动之异”，这说明当时炼钢技术已经达到较高的水平。
[5] 曹丕《典论》：建安二十四年二月壬午，魏太子丕造百辟宝剑。又云：选兹良金，命彼国工，精而炼之，至于百辟。其始成也，五色骇炉，巨橐（大风箱）自鼓。……以为宝器九，剑三，刀三，匕首三。
[6] 《艺文类聚》卷60引《蒲元传》：君性多奇思，于斜谷为诸葛亮铸刀三千口。刀成……以竹筒内铁珠满中，举刀断之，应手虚落。因曰神刀。金屈环者，乃是其遗范。
陶弘景《刀剑录》：蜀主刘备令蒲元造刀五千口，皆连环，及刃口刻“七十二炼”，柄中通之。
[7] 《太平御览》卷665引陶弘景曰：“又有一百炼刚（钢）刀……顷来有作者十余人，皆不及此。作刚（钢）朴是上虞谢平，凿镂装治是右尚方师黄文庆，并是中国绝手。以齐建武元年甲戌岁八月十九日辛酉建于茅山造（指钢朴），至梁天监四年乙酉岁，敕令造刀剑形，供御用，奇丽绝世。别有横法刚（钢），公家自作百炼。黄文庆因此得免隶役，为山馆道士也。”
[8] 《晋书·赫连勃勃载记》：改元为凤翔（公元413—417年）……又造百炼钢刀，为龙雀大环，号曰“大夏龙雀”。铭其背曰：“古之利器，吴楚湛卢。大夏龙雀，名冠神都。可以怀远，可以柔逋。如风靡草，威服九区。”世甚珍之。
[9] 《魏书·食货志》：其铸铁为农器兵刃，在所有之。然以相州牵口冶为工，故常炼锻为刀，送于武库。
[10] 《北齐书·方伎·綦母怀文传》：怀文造宿铁刀，其法，烧生铁精以重柔铤，数宿则成刚（钢）。以柔铤为刀脊，浴以五牲之溺，淬以五牲之脂，斩甲过三十札。今襄国冶家所铸宿铁柔铤，乃其遗法，作刀犹甚快利，但不能截三十甲也。
[11] 《周书·薛善传》：又于夏阳诸山置铁冶，复令善为冶监，每月役八千人，营造军器。善亲自督课……甲兵精利。
[12] 《三国志·魏志·张既传》：出为雍州刺史。……是时太祖（曹操）徙民以充河北，陇西、天水、南安民相恐动，扰扰不安，既假三郡人为将吏者休课，使治屋宅，作水碓，民心始安。
《太平御览》卷762引《魏略》曰：司农王思弘作水碓，免归田里。
《晋书·魏舒传》：任城樊人也。少孤，不为乡亲所重，从叔父衡使守水碓。
《太平御览》卷762引王浑表曰：洛阳百里内，旧不得作水碓，臣表上先帝，听臣立碓，并搀得官地。
《太平御览》卷762引王隐《晋书》曰：刘颂为河内太守，有公主水碓三十余区，所在遏塞，辄为侵害。颂表上封诸碓，民获便宜。
《太平御览》卷762引王隐《晋书》曰：石崇有水碓三十区。
《太平御览》卷762引《晋书》曰：王戎……水碓四十所。