鑄鐵夾雜物少，並可鑄器，它的發明是冶鐵技術史上的一次飛躍。西方開始用鐵的時間比我國早，但14世紀以前他們一直用塊煉鐵。在使用鑄鐵這件事上，西方比我國晚了一千八百年。而我國之所以能很早就煉出鑄鐵，主要是因為我國最先采用高爐冶鐵。我國冶鐵的高爐源於煉銅的豎爐。湖北大冶發現的春秋時期的三座煉銅豎爐，複原後爐高1.2—1.5、直徑0.7米。我國古代冶鐵的高爐與煉銅的豎爐基本上屬同一類型。漢代冶鐵的高爐，在河南、江蘇、北京及新疆等地一再被發現。其中結構相當先進的一座是河南鄭州古滎鎮1號高爐，複原後爐高4.5米，斷麵呈橢圓形，從短徑的兩側鼓風，克服了風力吹不到爐缸長徑之中心的困難。下部爐牆向外傾斜，形成62°的爐腹角，使邊緣爐料與煤氣的接觸仍較充分。全爐可能有四個風口，用四個皮橐鼓風。高爐容積約44立方米，日產量約0.5—1噸。在兩千年前是很傑出的成就了。
我國古代不僅冶煉出鑄鐵，而且還發展出一套以鑄鐵為基體的熱處理技術。鑄鐵性脆，韌性比較差。可是如果在高溫下將鑄鐵件長時間加熱，使鐵中的化合碳發生變化，就可以改變其質地與性能。其中有一種方法叫鑄鐵柔化（可鍛化）處理。經過這樣的處理後生成的可鍛鑄鐵（又叫展性鑄鐵），性能介乎鋼和鑄鐵之間，具有較高的強度。而我國在用鐵的初期已經這樣做了。洛陽水泥廠戰國早期灰坑中出土的鐵鏟，就已經被處理成可鍛鑄鐵。
由於退火溫度和處理方法的不同，可鍛鑄鐵又分白心可鍛鑄鐵和黑心可鍛鑄鐵兩種。白心可鍛鑄鐵具有較高的硬度和強度；黑心可鍛鑄鐵的抗拉強度雖較白心可鍛鑄鐵小，但更耐衝擊且具有韌性。洛陽水泥廠出土的戰國鐵鏟就是黑心可鍛鑄鐵。而白心可鍛鑄鐵在戰國時也已出現，石家莊出土的戰國鐵斧、易縣燕下都44號墓出土的燕國鐵等鑄件都具有白心可鍛組織。這兩種可鍛鑄鐵雖各有短長，但總的來說，黑心比白心要強些，生產周期和成本也要短些和低些；而在技術上，黑心可鍛鑄鐵的生產要比白心困難些。通過對出土物的金相鑒定發現，漢代的可鍛鑄鐵件多數是黑心組織，這和現代可鍛鑄鐵發展的趨向是一致的。
為什麼可鍛鑄鐵比普通鑄鐵強韌呢？讓我們再略作解釋。鑄鐵中的白口鐵以滲碳體為基本組織，又脆又硬，自不待言。就是灰口鐵，雖然因為含矽量較多（0.5%—3%），在冷卻速度較慢時，一部分碳會以片狀石墨的形式析出。但片狀石墨仍對基體有切割作用，故仍有脆性。而經過可鍛化退火後，鑄鐵中的石墨變成團絮狀，切割作用大為降低，遂獲得了較優的機械性能，塑性和韌性都大為提高。如河南南陽所出漢代鐵臿。過去曾認為白心可鍛鑄鐵是法國人在1722年發明的，被稱為“歐洲式可鍛鑄鐵”。黑心可鍛鑄鐵則認為是美國人在1826年發明的，被稱為“美國式可鍛鑄鐵”。我國戰國早期可鍛鑄鐵的發現，和秦漢以來可鍛鑄鐵的廣泛應用，表明我國在這項技術上領先西方兩千多年，我國才是可鍛鑄鐵的故鄉。
與製出可鍛鑄鐵的同時，又開始使用金屬範。河北興隆和磁縣之燕國和趙國鐵範的出土，表明我國這項發明的出現不晚於戰國。後來在南陽、鄭州、滿城、萊蕪等地又陸續出土了許多漢代鐵範。其中有比較複雜的多合範和雙型腔。而且範壁厚薄均勻，還使用了防止鑄件變形的加強結構和現代也不是太容易處理的金屬型芯。鐵範可以重複使用，鑄件規整，減少加工餘量，並降低成本。它的這些優點已被研究者屢屢提起。然而更值得注意的是，采用鐵範可以使鑄件較快冷卻，有利於得到白口鐵。下一步進行可鍛化處理時，無論準備生產白心可鍛鑄鐵或黑心可鍛鑄鐵，都要用白口鐵件作為坯件。所以鐵範鑄造可以被看作是當時生產可鍛鑄鐵的工藝流程中之一個環節上的必要的措施。當世界其他地區連鑄鐵都不能生產的時候，我國的鐵範鑄造是超越了幾個技術發展階段的先進事物。
我國古代還依托可鍛化技術生產出球墨鑄鐵，這種鑄鐵中的石墨呈分散的小球狀，對基體的切割作用很小，所以非常堅韌，甚至可以部分代替鑄鋼。河南鞏縣鐵生溝冶鐵遺址出土的一件西漢後期的鐵，經檢驗，含有相當於現代球墨鑄鐵的球狀石墨，形狀良好，有明顯的石墨核心和放射狀結構。就其球化等級而論，可以達到我國現行稀土鎂球墨鑄鐵部頒標準的1—2級。高溫金相研究表明，盡管它的矽含量與現代球鐵不同，但其石墨結晶致密，一直加熱到液相出現才中空脫熔，開花解體，表現出球狀石墨的形態穩定性。現代球墨技術是英國學者莫羅於二戰後的1947年首先公布的，是在灰口鐵中加入稀土金屬或鎂、釔等作為球化劑而製得。上世紀50年代初筆者在北京華北農業機械總廠看到廠裏夜間煉球鐵，當在鐵液中加鎂時，刺眼的亮光衝天而起，連暗夜中的雲朵都映射成白色的了。黑天白雲，留下的印象非常深刻，當時感到鐵包裏的球化反應是何等劇烈！雖然漢代匠師如何生產球鐵，技術上的若幹細節現在還不完全清楚，但大體上說，是將低矽的白口鐵通過退火的方法製得的。退火時不造成上麵說的那種緊張氣氛，風平浪靜而殊途同歸。漢代製球鐵的工藝真是巧妙異常。盡管現代人對球鐵的球化機理尚持有不同的論點，但公認球鐵中的石墨球應具有偏光效應，這是球鐵的重要特征。而鐵生溝西漢鐵中的石墨球的偏振光已經觀察證實，它與現代鎂球鐵、稀土鎂球鐵、釔基重稀土球鐵中的石墨結構並無區別。除鞏縣鐵生溝的鐵外，我國古代球鐵製品還在河南南陽瓦房莊漢代冶鐵遺址與澠池漢魏鐵器窖藏中發現。已經檢驗的有五例，產自漢魏時期的五個冶鐵作坊，時間從西漢後期到北魏，相去五百多年，說明絕非偶然出現。
上麵談的是冶鐵，下麵再說煉鋼。
西周末年的三門峽上村嶺虢國墓中既出塊煉鐵又出塊煉滲碳鋼，鐵和鋼並列在我國鋼的冶煉史的第一頁上。本來無論鋼或生、熟鐵都是純鐵和碳的合金。一般把含碳量小於0.1%的叫熟鐵，0.1%—2%為鋼，2%—6.67%為生鐵。原始的塊煉鐵的含碳量接近熟鐵，要滲碳增硬，才能成為鋼。但滲碳十分費工，在高溫下將坯料反複鍛打六至八個小時，不過滲入2毫米左右。河北易縣燕下都44號墓，是一座陣亡軍人的叢葬坑，墓內有人架二十二具，並有交叉疊壓完殘不一的武器多件。今以第12號劍為例，此劍帶有銅劍首，其餘部分長98.5、寬4厘米，是將塊煉鐵鍛成薄片，加熱滲碳折疊鍛打而成。在刃部有針狀馬氏體結構，表明此劍曾加熱至900℃以上淬火。馬氏體的硬度高，此劍中鐵素體部分的顯微硬度為150—180、淬火部分的硬度為530（公斤／平方厘米）。這些武器和遺骸一並埋入荒郊，不再回收。戰國晚期燕的國勢較弱，可是就連燕這樣的國家也不將這類鋼製品當作十分珍罕之物。如果拿到當時世界上的其他地區，可就是一把難得的寶劍了。
塊煉鋼製作的刀劍雖有相當高的硬度，但在增碳過程中沒有進行均勻化處理，所以往往出現含碳不均勻的分層現象，並且有時會含有大塊夾雜物。而河北滿城西漢劉勝墓出土的佩劍，金相檢驗的結果表明，其中雖然也有大共晶夾雜物，也是用塊煉鋼鍛成的，但鋼的質量卻有很大提高。這表現在共晶夾雜物的尺寸減小、數量減少，鋼件中不同碳含量的分層程度減弱，各層組織較均勻；這是由於在製作過程中增加了反複加熱鍛打的次數所致。比起塊煉鋼來，它在質量和製法上均有所提高；所以被當成另外的一類，俗稱“百煉鋼”。
可是，以塊煉鐵為原料鍛造“百煉鋼”，卻苦於用工量大、效率低。西漢中期以後，出現了用生鐵“炒”成熟鐵或鋼的新工藝。這是將生鐵在空氣中加熱到1200℃左右，對之鼓風，使它達到半熔融狀態，同時撒入礦石粉並進行攪拌，促使生鐵中的碳氧化。在攪拌過程中，由於碳的含量不斷降低，最終可以得到熟鐵。但如果有控製地把含碳量降到所需要的比例，適時停止攪拌，就可以得到鋼，稱為炒鋼。其中的夾雜物成分一致而且數量減少。炒鋼技術的出現打通了生鐵、鋼和熟鐵之間的界限，使冶煉者認識到，在含碳量遞減的過程中，隻要控製得當，可以完成前者向後者的轉換。炒鋼為使用簡單的方法大量生產鋼材成為可能。因為在發明溫度達到1600℃的平爐，使鑄鐵在液態下氧化脫碳成鋼以前，不能由直接冶煉法得到鋼。所以當1744年炒鋼在英國開始應用時，引起冶金界的震動，甚至稱之為“動搖大地”的巨變。
有了炒鋼，於是製“百煉鋼”時也用它作原料。這就消除了由塊煉鐵帶來的嚴重影響鋼的質量的那種大共晶夾雜物，更大大簡化了鍛打滲碳的繁慢工序。江蘇出土的新莽殘劍已是用炒鋼鍛成的。山東蒼山出土的東漢永初六年（112年）環首刀，也是用含碳較高的炒鋼為原料鍛成的。它的各部分含碳量均勻，夾雜物的長度比劉勝劍短很多。被視為具有成熟性的“百煉鋼”的早期標本。
不過“百煉鋼”這個名稱其實是從文獻和口頭習慣用語裏來的，雖然也參考了對出土鋼鐵製品所作的金相鑒定以及銘文中記載的工藝規格。但是，在我國早期金屬製品的銘文中沒有用“煉”字的，隻有對“湅”數的記載。而且這種銘文最先不是出現在鋼鐵製品上，而是在銅器上。在銅器銘文中，湅數最少的為“三湅”，也有“四湅”、“五湅”的。講究的銅器則為“十湅”，如《漢元延鼎銘》稱：“乘輿十湅銅鼎，容一鬥，並重十一斤三兩。元延三年（前10年），供工工強造，護臣武，嗇夫臣彭兼，椽臣豐，主守右丞臣放，守令臣賽省。”（《漢金文錄》卷六）再如《漢建武弩機銘》：“建武卅二年（56年）二月，虎賁官治十湅銅濡錌鐖百一十枚。工李嚴造，部郎□，彤朱，椽主，右史侍郎劉伯錄”（《考古學報》1964年第2期）。以上銘文中的“湅”字指銅的精煉。粗銅含有雜質，影響它的鑄造和機械性能，入爐重新熔化，使雜質造渣除去，可使銅的質量得以提高。但“湅”字的本義指絲帛的漂練，與冶金無關，因此在這裏它應與煉字的意義相通。鏡銘中有“湅冶銅錫去其宰（滓）”之語，說的正是這番意思。上引十湅鼎是禦用之器，銘文中不僅記有湅數，並標明該器的容量、重量、製造年份、製器工匠之名、監造官員之名等，體例很嚴格，所記湅數應當是可靠的。建武弩機是虎賁守衛宮廷所用兵器上的部件，質量要求高，銅材須精煉，所記湅數也不會是虛文。可是到了3世紀，在銅鏡銘文中“三湅”竟和“百湅”同時出現。甚至同一位工匠（師陳世）在同一年（黃龍元年，229年）中所鑄之鏡，有的標作“三湅”，有的竟標作“百湅”。鏡子的質地看不出有何變化，湅數卻無端增加了幾十倍。試看建武虎賁弩機僅僅十湅；鑄武器不過如此，鑄日用之鏡又何須多達百湅呢？所以後者顯然是一種誇張的、服務於商業目的的語言。
無獨有偶，在鋼鐵製品的銘文中也有記明“湅”數的，但隻見於鍛打的刀劍而不見於鑄造的容器。它們的數字都比較大，多為幾十湅。上麵提到的蒼山出土之刀，銘文中就說自己是“卅湅大刀”。這把刀的夾雜物有明顯的分層。檢驗者稱：“如以位於同一平麵的連續或間斷的夾雜物作為一層的標誌，由三個觀察者在100倍顯微鏡下，整個斷麵觀察到的層數分別平均為31層、31層弱及25層”（《考古學報》1975年第2期）。這種現象的形成應是將坯件折疊鍛打的結果。由於湅數與鋼刀的分層數基本一致，所以湅數可能是折疊打後的層數。不過應當強調指出的是，鋼刀銘文與銅器銘文中雖同樣標出湅數，但含義是不同的。刀銘中的湅字當為字之省。《說文·攴部》：“辟鐵也。”《文選·七命》：“萬辟千灌。”李善注：“辟謂疊之。”故鋼刀和銅器雖然都稱自己經過多少“湅”，卻分別指（折疊鍛打）和煉（熔化精煉）這兩種不同的工藝而言。由於在反複折疊鍛打的過程中，鋼件的含碳量在不斷變化，所以就像炒鋼時一樣，須由匠師適時地作出判斷，準確地加以掌握，斷難用固定的鍛打次數代表其質量標準。更不能無條件地認為湅數愈多，刀劍的質量就愈好，如清·朱駿聲說的“愈鍛愈善”（《說文通訓定聲·乾部》字下）。相反，如鍛打過度，脫碳過量，還會失去應有的硬度，以致不成其為鋼件了。