我国从冶铁术发展的初期，块炼铁和生铁这两种冶铁技术，可能大体是在同一个历史时期发展起来的。中国古代的工匠在生熟铁并用的冶铁技术的基础上，逐渐认识了钢，掌握了钢的性能和各种钢的生产方法。

钢和生铁有着不同的化学成分，因而性能也有着很大的差异，钢中的“五大元素”都比生铁低得多，特别是含碳量，因而钢有好的综合性能，其强度与硬度都较高韧性也较好，因此我国古代钢的生产特别发达。本文从春秋至西汉中期、西汉后期至东汉两个时期进行研究，下面一起来看看这两个时期炼钢技术的进步吧。

一、春秋至西汉中期

这一时期钢铁技术的主要成就，是块炼渗碳钢和铸铁柔化术的发明。块炼渗碳钢早在春秋战国时期，古人便已采用了炼钢方法。最初块炼铁极度柔软，只能做削、锥等小件工具。钢便是以这种海绵状块炼铁为原料，再经过热渗碳，碳由表及里的渗入，然后反复进行锻打，就这样就形成了渗碳钢。

中国早期用海绵状的块炼铁，或熟铁采用渗碳的方式来炼钢，无需特定设备，亦无需复杂的技术易于实现，因而就成为了我国最早的炼钢方法。这在生铁与钢之间是一个飞跃式的发展。钢的出现对于一些性能要求高的器物来说，有了技术上的重大突破。

不仅适宜兵器类器物其性能的要求，增加了其锋利性与坚韧性，也满足了当时农具的强度需要，人们可以更加轻松，利用农具进行生产劳作。河北易县燕下都出土了战国时代的一些渗碳钢器物，如钢剑、钢戟、钢矛等。经过检验均是含有碳含量各不相同的钢制物件。

早期的铸铁，由于都是高碳低硅的白口铁，碳在铁中以碳化铁的形式存在，质地又脆又硬，使用时很容易崩裂。因此为了增加韧性，工匠们发明了铸铁柔化术，在高温下将白口铁胚件进行脱碳处理，或者韧化处理。实物检验表明，战国到西汉的铁工具，大都经过柔化处理。

可以毫不夸张地说，没有铸铁柔化术的发明与推广，生铁在我国古代的广泛使用是全然不可能的。这一发明在冶金史上的重要地位，及对我国古代社会生产力的发展，起到了巨大的作用。同时随着炉温的升高和熔铸技术的改进，西汉前期已经能够生产灰口铸铁，用来铸造车用轴承等机械构件。

当然经过韧化的铸铁件，仍然存在缩孔、气孔等特征性铸造缺陷，不能进行锻造，用作韧性和耐冲性能要求较高的手工工具，特别是刀、剑一类的武器是不适宜的。迄今为止在经过检验的春秋战国，到汉魏时期的铁器中，用韧性铸铁来做砍劈式武器的比较少，已经发现的韧性铸件，多数用于农具，也有做手工工具的。

这一事实说明，古代冶铁工匠在工艺和材质的鉴别、选用上已经达到了较高的水平。由此可见在西汉以前，锻件与铸件是分别用块炼铁与生铁作为原料的。

二、西汉后期至东汉

西汉后期铁兵逐渐代替了铜兵，进入完全的铁器时代，关键在于制钢术取得了重大的突破。我国古代除了块炼钢，主要是以生铁为原料，发展了炒钢、百炼钢和匀碳制钢等多种制钢技术。炒钢由铸铁件的脱碳处理，进而将成形铁板经过脱碳成为成形钢板，这种新颖的制刚技术是出现在西汉时期。

它的进一步发展，导致工匠特意在高温环境下，通过对生铁料的炒炼，进而在氧化作用下，脱碳成为熟铁或钢。这样就产生了一个飞跃，即从铸铁脱碳处理的范畴，转变成为生铁炒炼成钢，或熟铁炒钢的新技术。所谓“炒钢”，即在冶炼过程中不断地搅拌，如“炒”一样。

它是将液态或半液态生铁，在鼓风（或加入氧化剂如精矿粉）的氧化条件下，使碳、硅、锰氧化，这样把碳和硅、锰的含量降低，炒钢多为低碳钢或熟钢，也有是先把生铁炒炼成含碳量很低的熟铁，再用表面渗碳来增碳。

考古专家们在巩县铁生沟处，发现了另一处汉代冶铁遗址，并发现了一座炉体积小、上部已损毁的地炉式炒铁炉，构造极其简单，从地面向下挖坑作为炉膛，在炉膛内涂上一层耐火泥。炉内仍然残留着尚未进行炒炼的铁块，炉壁已成灰色。在考古人员发现的另一处遗址中，也出现了与之类似的炒铁炉和含碳量不同的铁料。

说明在汉代生产规模扩大，和军事需要的推动下，这一技术在西汉后期已经产生。因它具有较高的生产率，易于操作并获取原料，因此具备极强的优越性，能为社会输送大量经济、质地优良的钢料。如此一来自炒钢出现之后，及至东汉时期，铜兵便完全取代了铁兵。

在我国古代文献，《太平经》中，便详细记录了“炒钢”的相关内容，内容如下：“有急乃后使工师击冶石，求其中铁，烧冶之使成水，乃后使良工万锻之，乃成莫耶。”这是东汉晚期的著作，从这段话便可以看出炒钢技术，从西汉到东汉已经相当成熟。

在炒钢的过程中，采用了以下技术：通过对矿石的冶炼，使之转变为液态生铁，经反复搅拌使之氧化为熟铁或钢，后进行多次锻打。这种炒钢工艺，一直流传到我国明清时代。百炼钢意即“百炼”，即反复锻打而成，“百”言、“炼”实指锻，即反复锻打可“百炼”成钢。

百炼钢是基于块炼铁发展而来的制钢方法，在高温下块炼铁经多次折叠锻打，进一步渗碳后，变成了原始的百炼钢。西汉前期刘胜墓书刀、钢剑，就是用百炼钢制成的，这是百炼钢的初期阶段。炒铁技法诞生之后，将采用该方式炒成的熟铁或钢当作原料，能够更好地提升质量，并渐渐发展为一种具备完整工艺，具有良好的操作规范。

从已经发现的古代钢制品来看，东汉前期百炼钢技术的运用，就已经相当普遍，而至东汉末年，便发展到了相当成熟的阶段，当时炼的工艺有“三十炼”、“五十炼”、“百炼”等区别。由于百炼钢制作较为艰难、劳动量较大、产量很低，因而主要用于宝刀、宝剑一类名贵器物，所制宝剑也因炼数不同而得名。百炼钢技术在生产上应用较少。

年考古人员在山东苍山东汉墓处，发现了一把长.5厘米，刀身处刻有“永初六年五月丙午造卅湅大刀吉羊”十五字金错铭文字样的环首钢刀，据鉴定这把钢刀的刃部组织均匀细密，含碳量在0.6%～0.7%之间，夹杂物较少，它便是以炒钢为原料而制成的百炼钢刀具。

环首钢刀在东汉时期极度盛行，又被称作“书刀”，由于它的一面常常刻有错金的马形纹样，因此被称作“金马书刀”，常被皇帝用于赏赐臣下，官僚以及儒生常将之系于腰间，或将之作为陪葬品使用。在考古中，也发掘了“五十炼”钢制品。一把无首、锋部稍残的钢剑于年在江苏徐州铜山县驼龙山汉墓出土。

剑身长度以及通长相应为88.5、厘米，宽1.1～3.1厘米，脊背厚0.3～0.8厘米。从中不难得知，它是采用“五十湅”工艺制造而成。另有从我国传入的铁刀，于年被发现于日本的一处古墓中，其上印有错金铭文：“（东汉灵帝）中平五月丙午，造作支刀，百炼清刚，上应星宿，（下）辟不（详）。”

据文献记载在东汉末年，曹操下令打造“百炼利器”，五把宝刀中自留两把，其他宝刀均留给三个儿子，“以辟不祥，慑服奸宄”，曹植为此还写下了一篇著名的《宝刀赋》，并对五把百辟刀的冶炼、刀况、发放情况作了详细的交代，代表了当时制剑的最高水平。

匀碳制刚应当采用具有良好淬透性、较高硬度的中、高碳钢来制作剑、刀，或其他工具的锋刃。脱碳制钢碳份不容易控制，经常是得到熟铁或者低碳钢。渗碳制刚费时费力、效率很低。这就必须得探索一种新的制刚方法，用以满足对刃钢的需要。《北齐书》讲綦毋怀文造宿铁刀：“其法烧生铁精，以重柔铤，数宿则成钢。”

均是在高温环境下将生、熟铁进行集中冶炼，进而使生铁内含有碳份进一步扩散，并在碳以及氧化的共同作用下分离渣铁，进而获取具有较高含碳量、有着纯净质地的钢铁。它的发明还可以追溯到东汉时期。《后汉文·刀铭》中王粲叙述了制作宝刀的整个过程。

其中的“灌”、“襞”、“灌襞已数”，分别是指灌炼、钢材的多次积叠与折叠、多次灌炼。从中不难得知，东汉末年人们便通过灌钢来制作刀剑，该工艺在东汉末年，便已发明甚至更早。灌、襞又见于晋张协的《七命》中：“销逾羊头，镤（鍱）越锻成，乃炼乃铄，万辟千灌；丰隆奋椎，飞廉扇炭。”、“销”、“镤”唐李善引许慎说为生铁、熟铁。“鍱”《广雅》释为铤。

李善注：“辟谓叠之，灌谓铸之”。“万辟千灌”虽是艺术的夸张，却包含了客观的事实，便是指多层积叠多次灌炼，和宿铁法是很相像的。可见当时对于这种炼钢技术已经有了相当的认识。估计到了北齐，技术有所进步，得以减少灌注的次数，数宿即成。已接近宋代的“灌钢”之法，可以说当时已经出现了早期形式的灌钢。

三、总结

汉代时期人们对矿产原料的产状与分布规律，有了相当程度的认识，他们在了解相关矿产知识的前提下，根据不同矿的特殊性，总结出一套采矿方法，让一系列复杂的工程问题如采掘、运输、井巷支护、通风、排水、提升、照明等都得到了初步的解决。

在冶铁术方面，如坩埚的流传、高炉的采用、鼓风设备的改进、燃料以及矿石的使用等方面，都有进一步的改进与创新，炼钢术与铸造加工工艺在这一时期也飞速发展。本文讲述了春秋至西汉中期与西汉后期至东汉这两个时期炼钢技术的进步并详细讲述了各种制钢法的运用。