酸化した鉄鉱石から有用な金属を取り出す「鉄の製錬」は、錫や銅の製錬よりも困難です。 これらの金属やその合金は、陶器の窯のような比較的簡単な炉で冷間加工や溶解して鋳型に入れることができますが、鉄の製錬には熱間加工が必要で、特別に設計された炉でなければ溶解することができません。 鉄は銅鉱石に多く含まれる不純物であり、鉄鉱石はフラックスとして使われることもあったので、人類が鉄の精錬技術を身につけたのは、青銅製の冶金技術が確立してから数千年後のことであっても不思議ではありません。 考古学的な証拠からは、紀元前3千年紀の青銅器時代の中東地域と考えられています。
鉄器時代とは、青銅製の武器や道具が鉄や鋼製のものに広く取って代わられた時代と定義されています。 鉄器時代とは、青銅製の武器や道具が、鉄や鋼製のものに広く取って代わられた時代を指します。 メソポタミアでは、紀元前900年には完全に鉄器時代に突入していました。 メソポタミアでは紀元前900年頃には鉄器時代に突入し、エジプトでは鉄器が作られていたが、紀元前663年にアッシリアに征服されるまでは青銅器が主流であった。 鉄器時代は、インドでは紀元前1200年頃、中央ヨーロッパでは紀元前600年頃、中国では紀元前300年頃に始まったとされている。
Ancient Near EastEdit
最古の製錬された鉄器の一つであるアナトリアのハッティック墓から発見された鉄の刃を持つ短剣は、紀元前2500年頃のものです。 紀元前1500年頃になると、メソポタミア、アナトリア、エジプトで非隕石性の鉄製錬成品が増えてきます。 紀元前1323年に亡くなったエジプトのツタンカーメンの墓からは、黄金の柄を持つ鉄製の短剣、ホルスの目、ミイラの頭台、職人の道具の模型16点など、19点の隕石性の鉄製品が発見されている。
東地中海では青銅器時代の鉄製品が多く発見されていますが、この時代は青銅器が主流だったようです。 紀元前12世紀には、サハラ以南のアフリカからインドにかけて、鉄の精錬や鍛造による武器や道具の製造が一般的に行われていました。
鉄はもともとブルームリーと呼ばれる炉で製錬されていました。ブルームリーとは、鉄鉱石の山にふいごで空気を送り込み、木炭を燃やす炉のことです。 炭から発生する一酸化炭素が、鉄鉱石の酸化鉄を金属鉄に還元するのです。 しかし、ブルームリーは鉄を溶かすほどの温度ではないため、鉄はブルームと呼ばれるスポンジ状の塊となって炉の底に溜まった。 これを何度も叩いたり折ったりして、溶けたスラグを押し出します。
青銅から鉄への変化と同時に、溶鉄に炭素を加える「浸炭」が発見された。 鉄の塊には炭素が含まれていますが、その後の熱加工でほとんどが酸化されてしまいます。 中近東の鍛冶屋は、錬鉄を木炭の中で加熱し、水や油で急冷すると、より硬い鉄になることを発見した。
鉄製錬の起源に関する説
鉄製錬の開発は、伝統的に青銅器時代後期のアナトリアのヒッタイト人によるものとされてきました。 ヒッタイトは鉄の加工を独占しており、その優位性に基づいて帝国を築いていたと考えられていたからです。 この説によれば、後期青銅器時代末期に東地中海に侵入してヒッタイト帝国を滅ぼした古代の海の民が、この知識を東地中海に広めたことになる。 この説は、ヒッタイトが独占していたとされる考古学的証拠がないことから、現在では学界の主流ではなくなっています。
最近の説では、青銅器時代末期に帝国が崩壊して、銅やスズの交易路が途絶えたことが、鉄技術の発展につながったとされています。 これらの金属、特にスズはあまり流通しておらず、金属労働者は長い距離を運ばなければなりませんでしたが、鉄鉱石は広く流通していました。 しかし、鉄器時代初期に青銅や錫が不足していたことを示す考古学的証拠は知られていない。 青銅器は豊富に残っており、これらの物は後期青銅器時代の物と同じ割合で錫が含まれています。
インド亜大陸編
インド亜大陸における鉄製冶金の歴史は、紀元前2千年紀に始まりました。 ガンゲティク平原の遺跡からは、紀元前1800年から1200年頃の鉄器が出土しています。 紀元前13世紀初頭には、インドでは大規模な鉄製錬が行われていました。 南インド（現在のマイソール）では、紀元前12世紀から11世紀にかけて鉄が使われていました。
インドのいくつかの遺跡から、紀元前600年から200年頃のスパイク、ナイフ、短剣、矢じり、ボウル、スプーン、鍋、斧、ノミ、トング、ドアの金具などの鉄製の遺物が発見されています。 ギリシャの歴史家ヘロドトスは、西洋で初めてインドでの鉄の使用について記述しています。 また、インドの神話書『ウパニシャッド』には、織物、陶器、冶金などの記述がある。
おそらく紀元前500年頃から、紀元後200年頃までには、南インドで高品質の鋼が坩堝（るつぼ）技術によって生産されていたと考えられます。 純度の高い錬鉄、木炭、ガラスをるつぼに入れ、鉄が溶けて炭素を吸収するまで加熱する方法である。
インドやスリランカでは、紀元前300年頃からウーツ鋼が作られていました。
ウーツ鋼は紀元前300年頃からインドやスリランカで生産されていましたが、その耐久性や刃の持ちの良さは古典古代から有名です。 アレキサンダーはポルス王に贈り物を選ぶように頼まれた際、金や銀ではなく30ポンドの鋼鉄を選んだと言われています。 ウーツ鋼はもともと、鉄を主成分とし、さまざまな微量元素を含む複雑な合金でした。 最近の研究では、その品質は金属の中にカーボンナノチューブが形成されたことによるものではないかと言われている。 ウィル・デュラントによると、この技術はペルシャ人に伝わり、ペルシャ人からアラブ人に伝わって中東に広まったという。
スリランカでは、紀元前300年頃からモンスーンの風に吹かれて炉を作り、鉄を生産していました。
スリランカでは紀元前300年頃から、モンスーンの風を利用した炉で鉄を生産していました。炉は丘の頂上に掘られており、風は長い溝によって通気口に導かれました。 これにより、炉の入り口には高圧力のゾーンが、炉の上部には低圧力のゾーンができました。 この流れによって、蛇腹式の炉よりも高い温度が得られ、質の良い鉄ができたと考えられている。 スリランカで作られた鉄は、地域内やイスラム圏で広く取引されていました。
世界有数の冶金学上の珍品として、デリーのクトゥブ・コンプレックスにある鉄柱があります。 この柱は錬鉄（Fe98％）でできており、高さは約7メートル、重さは6トン以上あります。 この柱は、チャンドラグプタ2世ヴィクラマディティヤによって建てられたもので、1600年もの間、豪雨にさらされてきたにもかかわらず、比較的腐食が少なくて済んだとされています。
中国編
中近東から中国に溶鉱炉を使った鉄加工が広まったかどうかについては、歴史家の間で議論があります。 一説には、中央アジアを経由して冶金学が伝わったとも言われています。 2008年、甘粛省のMogou遺跡で2つの鉄片が発掘されました。 これらは紀元前14世紀のもので、シワ文化の時代に属するものであり、中国独自のものであることが示唆されている。
中国で最も古い鉄器は、紀元前9世紀末に作られたブルームリーと呼ばれる鉄器です。 古代中国では、鋳鉄は戦争、農業、建築などに使われていました。 紀元前500年頃、南方の呉の国の金工職人が1130℃の温度を達成しました。 この温度で、鉄は4.3％の炭素と結合して溶ける。 この温度で鉄は4.3％の炭素と結合して溶け、液体の鉄を鋳型に入れることができます。この方法は、鉄を一つ一つブルームから鍛造するよりもはるかに手間がかかりません。
鋳鉄は脆くて道具を打つのには適していませんが、空気中で数日間加熱することで鋼や錬鉄に脱炭することができます。 中国では、このような鉄の加工方法が北上し、紀元前300年頃には、中国全土で鉄がほとんどの道具や武器の材料として使われるようになっていました。 河北省にある紀元前3世紀初頭の集団墓地には、武器や装備を持った数人の兵士が埋葬されていました。 この墓から出土した遺物は、錬鉄、鋳鉄、マレアビライズド鋳鉄、焼き入れした鋼など様々で、わずかに装飾用と思われる青銅製の武器があっただけです。
漢の時代（紀元前202年～紀元220年）。 漢の時代（紀元前202年～220年）、政府は鉄工を国家専売とし、河南省に1日数トンの鉄を生産できる大型溶鉱炉を次々と建設しました。 この頃、中国の冶金学者は、溶かした銑鉄を空気中で炭素がなくなるまでかき混ぜて、ハンマーで叩いて（鍛えて）細かくする方法を発見していた。 銑鉄は「生鉄」、鍛鉄は「煮鉄」と呼ばれています。 紀元前1世紀には、中国の冶金学者が錬鉄と鋳鉄を溶かして、炭素量が中間の合金、すなわち鋼を作ることを発見していた。 漢の始皇帝である劉邦の剣もこの方法で作られたと言われています。 当時の書物の中には、鉄を加工する際に「硬軟の調和」という言葉が出てくるが、これはこのことを指しているのかもしれない。 漢の時代の古都・万（南陽）は、鉄鋼業の一大拠点であった。 中国人は本来の鍛鋼法に加えて、5世紀頃にはインドから中国に伝わったウーツ鋼の製造法を取り入れていた。 漢の時代には、高炉のふいごに水力（水車）を使ったのも中国が初めてだった。 これは西暦31年、中国の機械技師であり政治家でもあった南陽県令の杜士の発明として記録されている。
11世紀の宋では、不均質な粗悪な鋼を作る「ベルガネスク法」と、冷風の下で鍛造を繰り返して部分的に脱炭素する現代のベッセマー法の前身となる2つの方法で鋼を製造していたことが確認されています。 11世紀になると、中国では製鉄業による木炭需要のために大量の森林伐採が行われるようになった。
鉄器時代のヨーロッパ編集
鉄の加工は紀元前10世紀後半にギリシャに伝わりました。 中央ヨーロッパで鉄器時代を示す最古のものは、ハルシュタットC文化（紀元前8世紀）の遺物です。 紀元前7世紀から6世紀にかけては、鉄器はエリートだけの贅沢品でした。 しかし、紀元前500年以降、ラ・テーヌ文化が台頭してくると、北欧やイギリスでも鉄の加工が行われるようになります。 中央・西ヨーロッパでの鉄加工の普及は、ケルト人の拡大と関連しています。
ローマ帝国の年間鉄生産量は84,750トンと推定されていますが、紀元前1世紀には、ノーリック鋼はその品質の高さで有名になり、ローマ軍が求めていました。
サハラ砂漠以南のアフリカ
不確実性はあるものの、一部の考古学者はサハラ以南のアフリカ（おそらく西アフリカ）で鉄の冶金が独自に発達したと考えています。
ニジェール東部のテルミットの住人は紀元前1500年頃に鉄を精錬していました。
ニジェールのアイール山地の地域でも紀元前2500年から1500年の間に独自に銅を精錬した形跡があります。
ニジェールのアイール山地では、紀元前2500年から1500年の間に独立した銅の製錬の痕跡があります。
鉄製錬の炉やスラグを含む考古学的遺跡は、現在のイグボランドに当たるナイジェリア南東部のヌスカ地域の遺跡でも発掘されています。レジャの遺跡では紀元前2000年頃（Eze-Uzomaka 2009）、オピの遺跡では紀元前750年頃（Holl 2009）となっています。 中央アフリカ共和国のGbabiri遺跡では、還元炉と鍛冶屋の工房から鉄製の冶金の証拠が得られており、それぞれ紀元前896〜773年、紀元前907〜796年とされています。 同様に、ナイジェリア中央部のノク文化では、紀元前550年頃、あるいはそれよりも数世紀前に、ブルームリータイプの炉での精錬が見られます。
また、タンザニア西部では、ハヤ族の祖先が1300～2000年前（紀元前300年頃かそれ以降）に、炉の中の温度が1300～1400℃になるように「予熱」という複雑なプロセスを経て、炭素鋼を作っていたという証拠があります。
鉄と銅の加工は、大陸を南下して紀元200年頃にケープに到達しました。鉄の使用が普及すると、それを採用したバントゥー語圏の農村に革命が起こり、サバンナの広い農地に進出した際に遭遇した石器を使用する狩猟採集民の社会を追い出し、吸収しました。 技術的に優れたバントゥ系の人々は、アフリカ南部に広がり、富と権力を得て、道具や武器用の鉄を大量に工業生産するようになりました。
東アフリカにおけるブルームリー式の炉の最古の記録は、紀元前7世紀から6世紀にさかのぼるヌビアでの鉄と炭素の製錬の発見で、特にメロエには古代のブルームリーがあったことが知られており、ヌビア人やクシュ人のために金属製の道具を生産し、彼らの経済に余剰をもたらしました。
中世イスラム世界
鉄の技術は、イスラム黄金時代の中世イスラムにおいて、いくつかの発明によってさらに進歩しました。 中世イスラムの黄金時代には、水や風を利用して金属を生産するための様々な機械が発明され、その中には歯車式の製粉機や鍛造機も含まれていました。 11世紀には、西はスペインや北アフリカ、東は中東や中央アジアまで、イスラム世界の各州でこれらの工業用製粉機が稼働していた。 また、10世紀には鋳鉄の文献があり、11世紀にはアユビー王朝やマムルーク王朝で溶鉱炉が使用されていたことが考古学的に証明されており、中国の金属技術がイスラム世界に伝播したことが示唆されています。
イスラム教徒の技術者が発明した歯車式の挽き臼は、金属鉱石を粉砕して取り出すのに使われました。 イスラム世界の挽き臼は、水車と風車の両方が使われることが多かった。 水車を挽き臼に応用するために、ハンマーの上げ下げにはカムが用いられた。
中世の中近東で生産された最も有名な鋼の一つが、900年から1750年にかけてシリアのダマスカスで主に生産されていた、刀剣製造用のダマスカス鋼です。 これは、インドのウーツ鋼をベースにした「るつぼ鋼」という製法で作られた。 この製法は、現地で生産された鋼を用いて中東で採用された。 具体的な製法は不明だが、刃体の中に板状や帯状の微粒子として炭化物が析出している。 炭化物は周囲の低炭素鋼よりもはるかに硬いので、刀匠は析出した炭化物で硬い材料を切る刃を作り、軟らかい鋼の帯で刀全体の強靭さと柔軟性を保つことができたのです。 ドレスデン工科大学の研究チームは、X線と電子顕微鏡を使ってダマスカス鋼を調べ、セメンタイトナノワイヤーとカーボンナノチューブの存在を発見しました。 ドレスデン工科大学のメンバーであるPeter Paufler氏は、これらのナノ構造がダマスカス鋼に独特の特性を与えており、これは鍛造プロセスの結果であると述べています。