生鐵是如何變成鋼的？
常聽人說恨鐵不成鋼，鐵怎麼能成了鋼呢？
一定要答這個題，也算對得起當年背了一周的《工程材料》，這句話是很有道理的！但我看到的幾個答案都說反了，鍊鋼是把鐵裡面的碳元素含量降低而不是提高。
先拍一張鐵碳相圖：
這張圖橫軸代表C元素的濃度，縱軸代表溫度，圖中所示為不同溫度不同成分下的合金成分。
先看橫軸：越往左，碳元素濃度越低、鐵元素濃度越高，最左側代表一點兒碳也不含的純鐵，最右側代表的是一種合金相
，其碳元素的濃度為6.69%。
我們通常接觸到的鐵不是左側的工業純鐵，而是工業生鐵，即圖中的亞共晶白口鐵，其碳含量在2.11%到4.3%，而「鋼」指的則是碳含量介於0.02%至2.06%之間的鐵碳合金，還可以根據需要，添加不同的合金元素可製成合金鋼、不鏽鋼等特種鋼材。
所以，鍊鋼，是通過在高溫條件下，讓生鐵裡面的過量的碳元素與氧氣反應消耗掉！具體原理和工藝控制流程可以根據鐵碳相圖來講，不過目測不會有人感興趣。不過可以看一下鐵碳相圖裡面出現的位置，它代表鐵碳合金處於液態，溫度高達1150~1500℃，可見，鐵要變成鋼，需要怎樣的煅煉啊！
我們生來都如生鐵一般，充滿雜質，銹跡斑斑。只有經歷重重磨難與考驗，方能拋棄雜念，鑄成信念。。。【編不下去了。￣へ￣
總之，鐵就是這麼變成鋼的。以上。關於鋼與鐵的區別， @果程C已經講得很清楚了，補充點化學史方面的內容，供全面參考；
因為最近在寫作化學趣史，主要參考資料是袁翰青老師的一些考據，袁先生的作品總體來說還是很客觀，既不像李約瑟那麼捧，也不像當今的很多學者一味抹殺中國古代的科技發展；冶金作為化學的衍生學科，當然也是重點內容。
進入正題：
中國的「鋼」出現得非常早，可以追溯到西漢時期，所以中國諺語中出現鋼並不奇怪。
西漢時期，由於鼓風技術的提升，火焰溫度可以穩定地達到1200度以上，而從生鐵中脫碳，也正是需要在這樣的高溫條件下才能進行。
炒鋼，是中國人發明的一項重要技術。這種技術其實沒什麼神秘的，就是反覆加熱反覆鍛造，使生鐵中的碳和氧元素轉化並脫除，最終的產品被稱之為百鍊鋼；但這一技術也確實體現古代中國人開了外掛，因為此後一千多年這個技術都是中國人獨佔。實際上，漢代對匈奴的軍事逆轉，除了良馬抹平了速度差距以外，更重要的就是武器比匈奴精良太多，鋼在那個時代太超前了；《漢書》記載陳湯的話是這麼說的：「夫胡兵五而當漢兵一，何者？兵刃樸鈍，弓弩不利。今聞頗得漢巧，然猶三而當一」，明確說匈奴之所以五個才能打得了漢軍一個，就是裝備問題。實際上，別說銅了，就是生鐵在百鍊鋼面前也是渣渣，何況據考證當時匈奴大量使用的材料是牛羊骨。所以化學史的很多研究專家至今非常好奇，中國人並不是第一個發現鐵，用鐵歷史比兩河流域晚了近千年，但僅用兩百年的時間就有了這麼大的進化，最根本的原因是什麼尚不清楚。
但是生鐵未必最終都能煉成鋼，除了冶煉技術以外，也跟鐵本身的品質有很大關係，其中可能含有硫、錳等多種元素，同樣的技術，可能效果更好，也可能就不行。所以我們在看幹將莫邪之類的故事時，經常會看到鑄劍不成，有可能就是古代冶金技術的真實反映，但古人可能會將此腦補出很多問題，比如上天懲罰什麼的。
從鐵到鋼要經過很多捶打，與國人「成才」的思想一致，孟子那段「天將降大任」其實就是這個意思，所以將這個過程比喻成人的成長並不奇怪。
感覺所有答案都沒有get√題主的點。實在是忍不住跳出來答。
生鐵和鋼的區別 @果程C的答案生鐵是如何變成鋼的？ - 果程C 的回答已經說得很清楚了。
但是！！！
審題啊！題目是：
我們知道「恨鐵不成鋼」出自《紅樓夢》，是一句熟語。《紅樓夢》的成書年代在清朝，這句熟語應該也是說的清朝以前的事情。所以題主要問的是古代的生鐵怎麼變成鋼的？
據《中國科學技術史:礦冶卷》：
現代的鍊鋼方法，都是使生鐵在液體狀態下氧化脫碳而成鋼液稱為液體鍊鋼。古代達不到這樣高的溫度(約需1600C左右)，只能採取較低溫度的工藝：如塊煉滲碳鋼、炒鋼等。若把生鐵加熱到一定溫度，在固體狀態下進行比較完全的氧化脫碳，可得到高碳鋼、中碳鋼、低碳鋼，這種方法稱為鑄鐵固體脫碳成鋼法，也是脫碳工藝高度發展的結果。公元前5世紀，在生鐵退火和韌性鑄鐵的基礎上，發明了鑄鐵脫碳成鋼的工藝，這是中國古代一種獨特的生鐵鍊鋼方法。
西漢時期發明的炒鋼技術，是較早把生鐵變成鋼的技術。（在歐洲，這個技術18世紀中葉始於英國，一直使用到1930年左右）
（西漢）炒鋼既可以生鐵為原料，在空氣中有控制地氧化脫碳，然後反覆加熱鍛打成鋼；也可以將生鐵在半熔融狀態下炒成熟鐵，然後加熱滲碳，鍛打成鋼。
來來來，我們先看看這個炒鋼的設備——炒鋼爐。
是的，你沒有看錯！這就是炒鋼爐！你的內心崩潰不崩潰！好吧，《中國科學技術史:礦冶卷》上是這樣描述炒鋼技術的：
炒鋼爐結構較簡單，就地向下挖成罐形爐膛，內塗耐火泥，操作時先將燃料點燃，待火旺後，加人碎塊生鐵料，堵塞爐門，從爐口鼓風，加熱到1100~1200℃生鐵熔化，再加人鐵礦石作氧化劑，同時，用木棍或鐵棍用力攪拌，增加空氣中的氧與生鐵的接觸，使生鐵中的碳氧化，碳逐漸降低，硅、錳等雜質氧化後與氧化亞鐵生成硅酸鹽夾雜。由於含碳量減少，爐料呈半熔融狀態，取出團塊鍛打，擠出夾雜，製成坯料或直接鍛成器物。炒鋼可把生鐵炒成熟鐵，再經過滲碳成鋼，亦可有控制地把生鐵炒到需要的含碳量，鍛製成鋼製品。
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古代的文獻上是怎麼記載的呢？
宋人蘇頌《本草圖經》：「初煉礦用以鑄瀉器者為生鐵。再三銷拍，可作鍱者為鑐鐵，亦謂之熟鐵。」（《重修政和經史證類各用本草》卷四《玉石部》引)。
再三銷拍，就是反覆鍛打，即炒鋼過程。
晉、隋間著作的《夏侯陽算經》卷中《稱輕重》節，有下列兩個算術題：
(1)現在有生鐵6281斤，要煉黃鐵，每斤損耗5兩，問能煉得黃鐵多少？
答：黃鐵4318斤3兩。
(2)現在有黃鐵4318斤3兩，要煉為鋼鐵，每斤損耗3兩，問能煉得鋼鐵多少？
答：鋼鐵3508斤8兩10銖5累。
古代1斤是16兩，黃鐵應該就是熟鐵。從6281斤生鐵變成約3508.5斤鋼，這個過程，其工作量之巨，工作強度之大，怕是其他行業難以相比吧？有人可能有疑問這是數學著作，怎麼能當真呢？我們知道古人是很淳樸的，正是由於當時冶鐵工匠對這兩種工藝比較熟練，在操作過程中損耗的比例大體上差不多，已能掌握一定的規格，因而能夠把它作為算術。否則，重新隨便舉個曬穀子晾豆子的例子不就結了嘛。這也不是孤證。據黃展岳、王代之調查，流傳在雲南的土法煉鐵採用三段法，先把生鐵炒煉成毛鐵要損耗六分之一，再由毛鐵鍛打成熟鐵要損耗五分之一，也就是說，由生鐵炒煉成熟鐵，大約要損耗三分之一。熟鐵變成鋼還有大概五分之一呢。
明代宋應星《天工開物》卷十四記述了煉鐵爐和炒鋼爐串聯使用：「若造熟鐵，則生鐵流出時，相連數尺內低下數寸，築一方塘，短牆抵之。其鐵流人塘內，數人執持柳木棍排立牆上，先以污潮泥晒乾，舂篩細羅如面，一人疾手撒灧，眾人柳棍疾攪，即時炒成熟鐵。其柳棍每炒一次，燒折二三寸；再用，則又更之。炒過稍冷之時，或有就塘內斬劃成方塊者，或有提出揮椎打圓後貨者。若瀏陽諸冶，不知出此也。」
大致意思就是，如果生產熟鐵，就在生鐵鐵水流出爐子的時候，在幾尺內地勢低幾寸的地方挖築一個方塘，用矮牆圍起來。鐵水流進塘內，幾個人就拿著柳樹棍子並排站在矮牆上，把稀泥晒乾篩成細粉末，一個人就灑，其他人就快速攪動，就炒成了熟鐵。……（翻譯了當沒翻譯還未必準確好喪氣(╯‵□′)╯︵┻━┻）那是鐵水啊，一千多攝氏度啊，用木棒攪啊！辛苦不辛苦？！
-下面才是我最想講的，期待不期待？-不期待！（看到這兒都看困了吧。）我馬上要講的是百鍊鋼！
大家經常聽到「 千錘百鍊」、「百鍊成鋼」，就是說的它——百鍊鋼！題主的問題答案也呼之欲出：生鐵是經過千錘百鍊才百鍊成鋼的！「恨鐵不成鋼」就是說沒經過無數打擊鍛煉，加工性能和使用性能都是戰五渣！
雖然我們可能只聽說過「百鍊劍」「百鍊刀」，但歷史上有九煉、三十煉、五十煉、七十二煉、八十煉、百鍊共存的事實，應該認為「煉」的含義已經代表了一定的工藝和產品的質量。古代工匠們在實踐中發現反覆加熱鍛打，會使鋼件變得更加堅韌，很自然地會把反覆加熱鍛打定為正式工序，成為鍊鋼工藝中不可缺少的部分，這樣可使鋼的組織緻密，成分均勻，夾雜物減少細化，從而能顯著提高鋼的質量。
……
徐州五十鍊鋼劍銅鐔內側，刻有銘文「直千五百」，應當是這把鋼劍的價錢。據記載，公元69年，東漢永平十二年，粟價每石30錢，則此鋼劍可購粟50石。以當時一般人每月吃糧一石半計，用購買這把鋼劍的錢去買粟，可供一個人吃二年零九個月，可見百鍊鋼製品是較值錢的。
恨鐵不成鋼，也是形容一個人沒有價值。
話說，像現在普碳鋼也才兩千三四百塊錢一頓，鋼價簡直不如白菜價，所以還是不要恨鐵不成鋼了，應該恨自己怎麼就進了鋼鐵行業這個坑！
另，現代鍊鋼工藝，可部分參考什麼是冶金工程？ - 知乎用戶的回答。
鋼是鐵和其他元素結合成的合金，主要是碳。
純鐵較軟，摻入碳可以改善其硬度和強度，碳含量在0.2%至2.1%之間，就是通常我們所說的鋼了。
在不同的加熱溫度下，鐵可以溶解不同量的碳元素，形成不同的結構，經過淬火退火等工藝，可以得到不同性能的鋼材。
通常來說，碳含量高，則硬度好，耐磨；碳含量低，則較軟，可塑性好。
就像冰棒，奶油的，水果的，都是水摻了不同量的香精，冷卻凝固而成的。@孫亞飛
提出一些不同意見，反駁部分見P.S.
如果出現錯誤，希望大家幫忙指正。後續問題也會進行補充。
炒鋼的原料是生鐵，操作要點是把生鐵加熱到液態或半液態，利用鼓風或撒入精礦粉等方法，令硅、錳、碳氧化，把含碳量降低到鋼和熟鐵的成分範圍。
炒鋼因在冶煉過程中要不斷地攪拌好像炒菜一樣而得名。
中國最早的鋼鐵冶煉技術應該是塊鋼法和生鐵冶煉法，然後是炒鋼，後百鍊鋼，最後形成了灌鋼工藝。
塊練法說白了就是拿一塊鐵，燒熱了反覆鍛打（並沒有具體溫度限制，只要軟了就錘兩下）。使用木炭作燃料，熱量少，加上爐體小，鼓風設備差（基本靠吹和扇），因此爐溫比較低，不能達到鐵的熔煉溫度，所以煉出的鐵是海綿狀的固體塊，稱為「塊煉鐵」。但是問題來了，不夠硬！於是強大的古人（約春秋時期，存疑，但不晚於戰國末期）折騰出了淬火工藝！
這是個節點啊！
不知道為啥，前面倆哥們的答案都沒有提到鋼的淬火，在燕下都遺址，考古人員挖出來的兵器都是淬火的。
生鐵冶煉，和塊練法的區別在於爐溫，生鐵冶煉法的溫度達到1100攝氏度到1200攝氏度。學過高中化學的人知道，碳是有還原性的，被還原的鐵價被降低（這裡是固態的礦石），形成的化合物熔點下降。在這個溫度形成了液態，古人很高興啊（約春秋時期，存疑，但不晚於戰國末期），於是得到了液態的生鐵，液態意味著什麼，意味著鑄造，意味著可以不用錘一天就可以得到你想要的形狀。打個比方，錘一把劍可能還沒什麼，比較曲面不是那麼多，錘一個犁呢？這裡的鑄造估計是澆鑄法。
（此處來一句題外話，方便沒啥概念的同學理解。只是為了說明，不是上述兩種技術的還原。我小時候媽媽的店旁邊有個打鐵的大爺，我經常去他那兒玩，他打鐵的技術優點類似塊練法，就是一塊大鐵塊（也有可能是鋼）燒熱，然後放在一個機器下面，那個機器有點像是老式打樁機，就是一直梆梆往下敲的那種，然後那鐵塊就可以完成塑形啦，塊練法大概就是這樣。生鐵冶煉優點像是現在的鑄造廠的方法，就是燒成鐵水，然後鑄造。）
那麼問題又來了，不管是塊練還是生鐵冶煉，這兩種方法就算用水淬火，也無法從根本上提升合金的硬度。（合金和純固態鐵相比可以提升硬度，但下降了熔點）@果程C 的答案已經解釋了現代的鋼鐵理論，但是古人當時是沒有那麼先進的思想的，檢驗東西好不好，只能用了才知道。這時候炒鋼法出現，炒鋼法的原理前面介紹了。其好處在於進一步降低鋼的碳含量，同時配合了冷鍛技術和碎火技術（冷鍛技術一會兒講）。西漢初期就已經可考的出現了炒鋼法。（徐州獅子山楚王陵）炒鋼法我個人看來可以看作是生鐵冶煉法的一個後續步驟，相當於把生鐵冶煉法得到的生鐵進行二次冶煉，改進爐體工藝和鼓風工藝，讓碳能更充分的和空氣中的氧反應，形成相對低碳的鋼。為什麼這時候能出現炒鋼法？之前生鐵冶煉時候不行？因為燃料！塊鋼法和生鐵冶煉法，因為燃料直接是柴薪，極限溫度基本是1200度。但是漢代已經出現了煤炭練鋼，用煤炭的好處在於可以進一步提升爐內溫度。但是煤炭煉鐵最成熟時期是北宋。
但是炒鋼法仍然有它的極限。由於爐內溫度和鼓風工藝的限制，煉出來的鋼仍然沒有達到古代軍事家心裡想要的削鐵如泥的硬度，因為碳含量下不去了。於是出來百鍊鋼法，曹操的軍隊好的兵器，比如趙子龍搶來的那把青缸寶劍就是百鍊鋼煉出來的。曹操一共只有五把。為啥呢，因為百鍊鋼真的很麻煩啊！它的原理是，用炒鋼法冶煉出來的鋼，進行進一步鍛打。貼一段百度百科的話，有不合適聯繫我。
沈括《夢溪筆談》卷三雲:「予出使至磁州，鍛坊觀煉鐵，方識真鋼。凡鐵之有鋼者，如面中有筋，濯盡柔面，則麵筋乃見，鍊鋼亦然。但取精鐵鍛之百餘火，每鍛稱之，一鍛一輕，至累鍛而斤兩不減，則純鋼也，雖百鍊，不耗矣。此乃鐵之精純者，其色清明，磨瑩之，則黯然青且黑，與常鐵迥異。亦有煉之至盡而全無鋼者，皆系地之所產。」此「精鐵」指百鍊鋼原料，應是含碳量稍高，所含夾雜不十分多的鐵碳合金。「一鍛一輕」，應是不斷去除夾雜，氧化鐵皮不斷產生並脫落之故。「累鍛而斤兩不減」應是相對而言的。「煉之至盡而全無鋼」可能是含硫較多、產生熱脆的緣故。這是我國古代文獻中對百鍊鋼工藝和原理記述得最為詳細的一段文字。可見「百鍊」即是百鍛，其中心環節是反覆鍛打，「百鍊鋼」就是去除夾雜後的一種「純鋼」。從現代技術原理看，反覆鍛打除了排除夾雜外，還可均勻成分、緻密組織，有時亦可細化晶粒，從而極大地提高材料質量。許慎《說文解字》雲:「鍛，小冶也。」這是很有道理的。有學者認為「百鍊」的中心環節是滲碳，百鍊鋼是一種滲碳鋼；又有學者認為「百鍊」的中心環節是脫碳，百鍊鋼是一種生鐵脫碳鍊鋼，這都是一種誤解。我們以為百鍊過程中，金屬含碳量雖可能有些變化，但此非百鍊的目的。
具體什麼晶體什麼的我就不是很了解了，各位看官勿噴。但是可以確定的是，雖然百鍊鋼工藝複雜，但是從事實上提升了鋼鐵的硬度。
到了南北朝時期，出現了灌剛法，發明者不明，但陶弘景的著作中就已經提到了這一冶煉辦法。具體工藝它是由生鐵和熟鐵合在一起冶煉得到的一種含碳量較高、且質地均勻的優質鋼。可以說，灌剛法是炒鋼法後的進一步的加工。
北齊著名冶金家綦母懷文在灌剛法的基礎上發明了雙液淬火。對於含碳量比較高的鋼，理想的淬火介質應該是:當工件在比較高的溫度650～400℃，具有較大的冷卻速度，在低溫300～200℃，具有較慢的冷卻速度。這就需要採用雙液淬火法。綦毋懷文先用動物尿、後用動物油進行雙液淬火，能夠造出品質很高的「宿鐵刀」。
雙液淬火法，即在工件的溫度比較高的時候，選用冷卻速度比較快的淬火介質，以保證工件的硬度；而在溫度比較低的時候，則選用冷卻速度比較小的淬火介質，以防止工件開裂和變形，使其有一定的韌性。
歷史在這裡出現了一個拐點，綦母懷文的方法的對象已經從刀刃到身同一材質過渡到了刀刃刀身不同材質的刀具。當時刀刃用了灌剛法的鋼，刀身用普通炒鋼法的鋼的刀具已經流行。這意味著成本的下降，戰爭的規模可以更大。
而灌剛法的意義在於，生鐵取代了碳成為一種滲碳劑，由於生鐵可以在爐內達到較高溫度，可以加速向熟鐵滲碳，加快了冶煉速度，同時，生鐵中的碳一部分進入熟鐵中，生鐵也變成了鋼。而在高溫下，生鐵中的其他金屬（例如錳，硅等）和碳一起進入熟鐵中，和熟鐵中的氧化物進行反應。提升金屬純度，最後也是最重要的一點。這種方法的工藝相對簡單，只要把生鐵和熟鐵進行一定比例的混合熔煉即可得到大批量的鋼，工人在短時間內就可以掌握這種方法，降低了鍊鋼門檻。這樣一套生產流程在唐宋時期主見成行。而地處西北的党項民族也很逆天，直接進一步改進了冷鍛技術，發明了雙箱鼓風箱，他們的武器的硬度遠超當時北宋武器的硬度。可以說這也是党項人可以在河西走廊地區生存兩百餘年的重要原因。（相關文獻可以見法國國家圖書館館藏伯希和文獻，德國柏林印度藝術博物館裡希特霍芬文獻，大英博物館斯坦因文獻，瑞典民族學博物館斯文赫定文獻，俄國聖彼得堡東方研究所文獻，上述文獻反應了西夏當時的冶煉工藝和水準是出於世界前列的。）
到了明朝，煉鐵工匠直接把生鐵（液態）和熟鐵（液態）混合冶煉，雖然與灌剛法原理一致，但是減少了再融化過程，可以說，是一條生產線了！此時還出現了煉焦工藝，由焦取代碳稱為冶煉原材料。
最後補充一下先秦的兵器情況，很多人都說，秦能統一六國，武器層面是因為使用了鐵兵器，這話不假。但是很多人忽略了秦人的另一項逆天技術，表面鍍鉻，把兵器的表面硬度直接提升一個檔次。有興趣的可以查一下表面鍍鉻在歐洲何時才出現。P.S.漢帝國能夠在河西戰場擊敗匈奴主要還是靠冠軍侯霍去病的先進戰術思想可能也和馬鐙有關，和百鍊鋼沒什麼關係。現存可靠最早的百鍊鋼是東漢中平年間的文物，漢武帝時期炒鋼法才差不多剛剛興盛，百鍊鋼沒有大規模裝備。霍去病用輕騎兵大規模迂迴突襲技術擊敗了匈奴在河西走廊的武裝力量，可以說這種思想簡直就是和德國施里芬旋轉門計劃異曲同工，和蛙跳也有幾分相似。（另注，馬鐙最早出現在西漢壁畫中，所以說可能和馬鐙有關）
既然大家都已經說出了鋼和鐵的區別，那我就來說一下具體工藝。
任何冶鐵都是從鐵礦石開始，從三氧化二鐵中，利用C的還原性，當然也就是煤，從鐵礦石中奪取氧，生成二氧化碳，煉成鐵以後，鐵中就帶有大量的C，這樣的鐵疏鬆，並沒有什麼卵用，也稱為麵包鐵，是現代工業冶鐵的第一步。
之後的步奏略有不同，中國古代是通過在空氣中擊打，就是電視里我們看到的叮叮咚咚的，利用空氣中的氧氣，氧化鐵中的C元素，成為二氧化碳，降低C含量得到鋼。
現代通過向爐中吹氧氣和區域熔煉的方法得到鋼，但是C含量並不是越少越好，純鐵質軟，在機加工中容易損壞刀頭。
看到有人說通過淬（zhan）火來降低C含量的，必然只是看了電影亂說，如果學過材料，看的懂cct曲線就該知道，淬火是為了快速冷卻到馬氏體相變區，得到更多的馬氏體，馬氏體的性能比珠光體好，所以要進行淬火，淬火併不會改 變材料的成分。
以上，如有不妥，望指正，，，，
~~~~~~~~割哥咯
是cct曲線不是ccc啦，第一次收到贊好開心，在實習路上用手機打的，好多錯別字大家也都忍了，材料專業狗謝謝大家
通常鋼和鐵的分類是以含碳量來分的。碳高為鐵，低為鋼。從鐵礦石到粗鐵是經高爐還原的，其中還原劑和燃料都是煤，所以鐵中不可避免含有巨量的碳還有其他雜質。所以鐵要變成鋼需要進行吹氧脫碳過程，脫碳過程中上浮的一氧化碳還會帶出各種雜質，如果要求高還可以添加各種合金元素：鉻，鎳，釩，鈮等。也可以近一步精鍊：真空吹氬精鍊，真空脫氧等。所以鋼相較於鐵最大的區別就是具有良好的塑性和韌性，可以進行後續壓力加工：鍛造，軋制。但是鑄鐵只能進行簡單的機械加工：車削，銑，刨等。
這句話我覺得要放在一定條件下理解，古代是沒有那麼多的冶煉技術的，所以鑄鐵是一鍛打就碎了，而鋼可以鍛打成各種器型的。換用一句俗話說鑄鐵就是爛泥扶不上牆
不是恨純鐵成不了鋼，是恨生鐵成不了鋼，請大部分答案注意一下…不會就別硬答了…
看樣子知乎是真沒啥學冶金的人玩啊！講起
鋼和鐵的區就要回憶鐵碳相圖。鐵和鋼的區別主要是含碳量的不同工業上碳低於0.0218的成為工業純鐵。0.0218-0.77成為亞共析鋼，0.77-2.11稱為過共析鋼。含碳量高於2.11的成為鐵，同時又分為亞共晶白口鑄鐵，共晶白口鑄鐵等。
言歸正傳題主想問鐵怎麼變成鋼，通過前面的介紹大家應該都知道了，主要就是降低含碳量，主要是通過吹氧使鐵水中的c氧化成氣體。鍊鋼過程的任務主要是四脫二去二調整。
四脫，脫碳，脫氧，脫磷，脫硫。
二去，去夾雜氣體，和去非金屬夾雜物。
二調整，調整鋼液溫度和鋼液成分。
而鍊鋼的方法大概分為三類：平爐鍊鋼，轉爐鍊鋼，電爐鍊鋼。
平爐鍊鋼在1960年前都是主要的鍊鋼方法平爐鍊鋼是用平爐以煤氣或重油為燃料，在燃燒火焰直接加熱的狀態下，將生鐵和廢鋼等原料熔化並精鍊成鋼液的鍊鋼方法。由於技術落後早就被淘汰，現在鞍山鋼鐵公司還保留了一台爐子作為一種展示用品。
轉爐鍊鋼是現在最常用的鍊鋼方法，轉爐顧名思義爐子可以轉動。加入鐵水和廢鋼，吹氧。利用反應本身的熱加熱鐵水。需要吹氧，加入造渣劑，合金化等過程來得到符合生產要求的鐵水。
電爐鍊鋼，需要插入電極產生熱量。比起轉爐他的優點是可以控制氣氛，得到更高品質的鋼，缺點是耗電。但是由於現在爐外精鍊水平的進步，轉爐可以得到和電爐一樣品質的鋼。能想到的就這些，如果題主對鍊鋼過程中其他反應有疑問可以私信我。 蹲著拉屎寫完這篇有味道的答案腿都麻了。本人學渣如果上面金屬學熱處理和鍊鋼工藝學的知識有錯誤也歡迎各位同行指教。 好開心終於自己學的知識也能用在知乎，好開心好開心 (∩_∩)
想簡單了解工藝流程的知友可以戳以下鏈接觀看模擬動畫，視頻前1分20秒就介紹了鍊鋼的過程。
寶鋼鋼鐵產品工藝流程 - 騰訊視頻
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非冶金專業鋼鐵愛好者前來回答，如有錯誤，還請指正。
上面的回答把鐵和鋼的區別基本說清楚了，我來簡單講一講工藝上的步驟。
- 前言
- 鐵水預處理
- 轉爐鍊鋼
- 電爐鍊鋼
- 爐外精鍊
- 前言
鍊鋼的任務可以概括為「四脫、二去、二調整」，即：
「脫C，脫O，脫P，脫S；
去氣（H2和N2），去夾雜；
調整成分，調整溫度」
工業上，鋼鐵生產可分為長流程和短流程兩種。
長流程工藝：
煉鐵原料→進入高爐冶煉得到鐵水→鐵水預處理→進入轉爐，吹煉去除雜質→鋼水進入鋼包中，二次精鍊→凝固成鋼坯→軋製成鋼材
短流程工藝：
廢鋼破碎、篩分→預熱後進入電弧爐→利用電能熔化廢鋼→去除雜質→出鋼，二次精鍊→凝固成鋼坯→軋製成鋼材
現代鋼鐵聯合企業一般採用長流程工藝，而小鋼廠則以電爐鍊鋼為中心，採用短流程工藝。
- 鐵水預處理
從高爐里生產出的鐵水含有P、S、Si 等有害元素，會影響最終鋼材的品質。如果直接進入轉爐吹煉，脫除效果不佳，比如一般轉爐的脫硫率只有30~40%。另外過多的有害元素還會加重轉爐吹煉的負擔，影響經濟效益。
一般在鐵水轉運過程中即進行脫S、P、Si 操作，就是往魚雷罐車或其他盛鐵水容器中加入脫硫劑（電石、石灰、鎂）、脫硅劑（燒結礦粉、鐵礦石粉等）、脫磷劑（蘇打灰、燒結礦粉）。加入方法大體分為機械攪拌法和噴吹法。機械攪拌法容易理解，噴吹法就是用噴槍以惰性氣體為載體，將脫硫/硅/磷劑吹入鐵水底部，攪動鐵水與脫硫/硅/磷劑充分混合，達到脫除的目的。噴吹法的脫硫效率一般能達到80%。
- 轉爐鍊鋼
要說轉爐鍊鋼，不得不提轉爐。顧名思義，轉爐可以傾動爐體，而且能連續迴轉360°，可以停留在任何位置，可以滿足兌鐵水、加廢鋼、取樣、出鋼和倒渣等操作的要求。
轉爐鍊鋼是以鐵水和廢鋼為主原料，向轉爐熔池吹入氧氣，靠雜質元素的氧化放熱升高鋼液溫度，30~45min內完成一個周期的快速鍊鋼法。
轉爐鍊鋼原料
金屬料：鐵水、廢鋼
造渣材料：活性石灰、螢石、白雲石（通過調整爐渣成分及性質可以控制鋼液中雜質元素的氧化和還原過程，爐渣還可以吸收鋼液中上浮的夾雜物及反應產物）
氧化劑：氧氣
冷卻劑：廢鋼、氧化鐵皮（調整冶煉終了的鋼液溫度）
增碳劑：電極粉、焦炭粉
轉爐冶煉的過程如下：
上一爐鋼出鋼完畢，濺渣護爐，倒盡爐渣，堵出鋼口，兌鐵水加廢鋼，搖正爐體，降槍吹煉，開吹同時加入第一批渣料，開吹4~6分鐘後，第一批渣料化好，再加入第二批渣料。如果化渣不好，則需加入第三批螢石渣料。當吹煉達到所鍊鋼種要求終點範圍時，停吹，倒爐取樣，測溫，快速分析鋼水成分，當溫度和成分滿足要求，即出鋼（否則需補吹）。出鋼時，當鋼水流出總量的1/4時，向鋼包中加脫氧劑（Al、Al-Mg-Si、Al-Si等），進行脫氧合金化出鋼，至此，一爐鋼冶煉完畢。（濺渣護爐：利用高速氮氣射流衝擊熔池表面，將MgO飽和的高鹼度爐渣噴濺塗敷在爐襯表面，形成一層具有一定耐火度的濺渣層，是維護轉爐爐襯的主要手段。）
- 電爐鍊鋼
通常所說的電爐鍊鋼是指電弧爐鍊鋼，而生產中通常採用鹼性電弧爐鍊鋼。電爐鍊鋼也是採用傳統氧化法冶煉工藝去除鋼液中的雜質，按操作過程可以分為：補爐、裝料、熔化、氧化、還原、出鋼六個階段。
- 補爐。噴補爐內易損的部位。
- 裝料。採用爐頂料罐裝料（廢鋼），分1~3次加入。要求下緻密、上疏鬆、中間高、四周低。
- 熔化。首先使電極與鋼鐵料做瞬間接觸，而後拉開一定距離，電弧便開始燃燒起弧。利用電弧產生的高溫熔化廢鋼。熔化期開始吹氧助熔並提前造渣。
- 氧化。去除鋼中的磷、氣體和夾雜物。
- 還原。脫氧、脫硫、合金化、調溫。
- 出鋼。
- 爐外精鍊
爐外精鍊就是按傳統工藝，將在常規鍊鋼爐中完成的精鍊任務，如去除雜質、成分和溫度的調整和均勻化等任務，部分或全部地轉移到鋼包或其他容器中進行。爐外精鍊有以下任務：
- 鋼水成分和溫度的均勻化；
- 精確控制鋼水成分和溫度；
- 脫氧脫硫脫磷脫碳；
- 去除鋼中氣體（氫氮）；
- 去除夾雜物及夾雜物形態控制。
爐外精鍊技術是幾十種精鍊技術的統稱，由於各廠條件和冶鍊鋼種不同，在冶金功能、設備機構、操作方法等方面都各不相同，但基本手段不外乎以下幾種：
- 渣洗。由鍊鋼爐產生的鋼水在鋼包內通過鋼液對合成渣的沖洗，進一步提高鋼水質量的一種爐外精鍊方法。
- 真空。利用抽真空的方法降低鋼水處理容器中的氣體壓力，去除鋼中氣體和非金屬夾雜物。
- 攪拌。不多解釋，主要包括氣體攪拌、電磁攪拌、機械攪拌。
- 加熱。對出爐鋼水進行再加熱，有燃料加熱、電阻加熱、電弧加熱、化學加熱等。
- 噴吹。用氬氣或其他氣體作載體，將不同類型的粉劑噴入鋼水中進行精鍊。
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這個回答草稿存了很久，就像前面有的回答里說到的那樣，生鐵變成鋼的過程不是三兩句話能解釋清楚的，反應原理是一回事，工藝流程又有各種不同的變化。本人姿勢水平有限，感興趣的朋友還是建議去看看《鋼鐵冶金概論》。
四脫 二去 二調整
脫碳，氧，磷，硫
去夾雜，去氣體
調成份，調溫度
作為全國最大的不鏽鋼商大明金屬的一份子，我看見這個問題必須吐槽一下，鍊鋼鍊鋼，不用鐵煉難道用塑料煉啊。
鋼鐵的差異豈是一句「碳含量不同」就可以解釋的？子不聞乎「台上一分鐘，台下十年功。」？
冰山一角。
我一直想吐槽的就是鋼明明是摻了雜質的鐵。
首先，鐵和鋼的區別在於含碳量的不同，鋼含碳量在0.0218%~2.11%之間，生鐵含碳量在2.11%~6.69%之間，熟鐵也就工業純鐵含碳量小於0.0218% 我們工業上鍊鋼一般都是將生鐵經過一系列過程變成鋼。所以恨鐵不成鋼中的鐵是指生鐵(pig iron)哦 鐵鍊鋼的簡單過程就上張圖吧
處理順序: 鐵水預處理→轉爐、電爐→二次精鍊→連續鑄鋼
既然了解了原理，那再看看出處和歷史。這句話出自清代曹雪芹《紅樓夢》的第九十六回：「只為寶玉不上進，所以時常恨他，也不過是『恨鐵不成鋼』的意思」。
我國古代鍊鋼技術至遲發明於春秋晚期。由先秦到西漢中晚期，主要制鋼工藝是塊鐵滲碳法；由漢代到明清，主要又是炒鋼法和灌鋼法，其次還有百鍊鋼法和炒鐵滲碳法，漢魏南北朝時還有「鑄鐵脫碳鋼」，漢代還有坩堝鍊鋼法。炒鋼工藝主要生產一般的可鍛鐵（包括鋼和熟鐵），灌鋼工藝主要生產含碳較高的刃鋼，百鍊鋼是對普通炒鋼的再加工。
因為鐵買了《鋼鐵是怎樣煉成的》，
，
，
，
並背誦全文
冶金工程專業來答。
看了幾個答案，鐵碳相圖也可以解釋，但是它的主要作用還是在鐵組織的轉變與溫度碳含量的關係上。
說的簡單點，高爐煉鐵，轉爐鍊鋼。
就是把酸性球團狂和弱鹼性燒結礦以及渣按照一定配比加入高爐在高溫下練出含碳量約為4%的鐵水，這就是高爐煉鐵，主要為還原反應。
把高爐練出的鐵水加入到轉爐里，再添加一定量的廢鋼，再加入配好的渣就可以去除大部分雜質以及碳，出來的就是鋼水了，這就是轉爐鍊鋼，主要為氧化反應。
明早要考《爐外精鍊》，現在看會書。有什麼問題請評論。
《中國古代科技成就》，中國青年出版社
[ 轉自鐵血社區 中國古代冶金技術的成就
-
中國歷史 ]
十一 冶金鑄造
中國古代冶金技術的成就
自然科學史研究所 何堂坤
生鐵和柔化處理技術
生鐵
我們通常說的「鐵」分「生鐵」和「熟鐵」兩種，包括「鋼」在內，
都是以鐵(Fe)和碳(C)兩種元素為主的一種合金。人們通常把含碳量在百分
之○·○五以下的叫熟鐵，百分之○·○五到百分之二·○的叫鋼，百分
之二·○到百分之六·六七的叫生鐵。
人類早期煉得的熟鐵通常叫塊煉鐵，它是鐵礦石在八百到一千攝氏度
左右的條件下，用木炭直接還原得到的。出爐產品是一種含有大量非金屬
夾雜的海綿狀固體塊。塊煉鐵和生鐵比較起來，有如下幾個缺點：一是它
不能從爐里流出，取出鐵塊時，爐膛要受到不同程度的破壞，不能連續生
產，生產率比較低，產量比較小。二是成形費工費時。三是所含非金屬夾
雜比較多，要通過反覆鍛打才能排除。四是含碳量往往比較低，因而很軟。
生鐵的冶煉溫度是一千一百五十到一千三百攝氏度，出爐產品呈液態，可
以連續生產，可以澆鑄成型，非金屬夾雜比較少，質地比較硬，冶煉和成
形率比較高，從而產量和質量都大大提高。由塊煉鐵到生鐵是煉鐵技術史
上的一次飛躍。
我國鋼鐵冶煉技術的發展道路和世界各國是不完全相同的。國外一般
是先有塊煉鐵，經過長期緩慢發展之後才有生鐵。歐洲許多地方的塊煉鐵
是公元前1000 年前後發明出來的，但是直到公元十四世紀才有生鐵。我國
卻不是這樣。我國冶鐵術大約發明於西周時期，比歐洲晚，可是它一經發
明，不久就出現了生鐵，後來者居上，使我國成為世界上最早發明並使用
生鐵的國家。
1964 年，江蘇六合程橋鎮出土一件春秋晚期的鐵塊，經鑒定是白口生
鐵。這是到現在為止我國出土並且經過科學分析的最早生鐵實物。戰國中
晚期，鐵器在我國農業、手工業生產中佔據了主導地位。據不完全統計，
目前出土的戰國鐵質生產工具大約十六種左右，其中多數是生鐵和它的柔
化處理件，塊煉鐵處於輔助地位。這表明這時我國生鐵生產已經有了比較
大的發展。
我國生鐵技術發明比較早的原因是多方面的，我們以為在技術上至少
應包括以下幾點：一是我國冶銅術中很早就使用了比較強的鼓風裝置。二
是很早就對冶煉用的原料進行了比較好的選擇和處理。三是很早就發明了
比較高大的冶煉豎爐。一般認為，我國生鐵技術的發明和發展同青銅技術
有密切的關係。
可鍛鑄鐵
可鍛鑄鐵原是白口鐵經高溫退火得到的一種高強度鑄鐵，具有一定的
塑性和衝擊韌性。依熱處理條件的差別，又可分成白心可鍛鑄鐵和黑心可
鍛鑄鐵兩種：白心可鍛鑄鐵以脫碳為主，又叫脫碳可鍛鑄鐵；黑心可鍛鑄
鐵以石墨化為主，又叫石墨化可鍛鑄鐵。
國外的白心可鍛鑄鐵是公元1722 年由法國人首先發明的。公元1826
年，美國人又發明了黑心可鍛鑄鐵。此後一個相當長的時期里，人們都把
白心可鍛鑄鐵叫做「歐洲式可鍛鑄鐵」，把黑心可鍛鑄鐵叫做「美洲式可
鍛鑄鐵」。其實，這兩種可鍛鑄鐵，我國早在兩千多年前都已經發明了。
洛陽水泥製品廠戰國早期灰坑遺址出土過一件鐵鏟，鏟體基本鏽蝕，
只在銎(qióng)部(裝柄的孔)有部分金屬殘留，在金相顯微鏡下顯示了黑
心可鍛鑄鐵組織，基體是鐵素體，上面分布著團絮狀退火石墨。這是到現
在為止世界上經過科學分析的最早的鑄鐵可鍛化退火處理件。戰國中晚期
後，可鍛化處理工藝有了比較大的發展，主要表現在：第一，分布地域更
廣了。在北方，目前經分析過的有河北易縣燕下都遺址的鐵钁、鐵鋤、鐵
鐏等，在南方有湖北包山出土的空首斧、湖南長沙出土的鐵鏟等。第二，
部分器件已經處理得比較好，器件斷面基本上是可鍛鑄鐵組織，中心沒有
白口鐵殘餘，如燕下都的鐵鐏等。漢代到南北朝時期，鑄鐵可鍛化技術發
展到比較成熟的階段：一是使用範圍有了進一步擴展。近年在山東薛城、
河南南陽、澠池和鞏義市，北京清河和大葆台，湖北銅綠山等地，都發現
了這類器件。南陽瓦房庄出土的農器有十二件，經過分析，九件是普通可
鍛鑄鐵，兩件是鑄鐵脫碳鋼，只有一件是白口鐵。二是技術水平有了進一
步提高。凡處理過的器件，中心很少有白口鐵組織殘留，石墨發育比較好，
形態多和現代可鍛鑄鐵相當。這些可鍛鐵中，有白心的，也有黑心的，多
數是農具。
鑄鐵可鍛化處理有十分重要的意義。在常溫下，碳在鑄鐵中主要有兩
種存在形式：一是化合態，主要是滲碳體；二是自由石墨態，有條狀、團
絮狀、球狀石墨等。碳的存在形式不同，同一成分的鑄鐵，性能也是不盡
相同的。白口鐵中，碳全部以滲碳體形式存在，因滲碳體硬度很高，塑性
極低，所以白口鐵性硬而脆。通過可鍛化處理，白口鐵中的碳或以自由石
墨態形式析出，或因氧化而去除，從而使材料強度提高，硬脆性減少，綜
合機械性能得到改善。戰國中期以後，我國在農業、手工業中這樣廣泛地
使用了鐵器，可鍛鑄鐵的發明和發展是起了重要作用的。
球墨可鍛鑄鐵
球墨可鍛鑄鐵因所含石墨呈球狀而得名。它有比較高的強度、塑性和
韌性，鑄造加工性能也比較好。
1974 年，河南泥池發掘了一個北魏鐵器窖，裡面藏有從漢代到北魏的
鐵器四千多件，種類有生產工具、兵器、日用器皿以及鑄范、鐵材等。有
一件鐵斧、整體經過脫碳退火處理，器件斷面大部分相當於含碳百分之
○·四的中碳鋼，沒有石墨析出。但在銎的底部發現有球狀石墨，直徑是
二十微米，分布在平均厚度約三·二毫米、總長五十毫米的U 形斷面上，
共約三十顆，外形比較規整。這類具有球狀石墨的鑄件在南陽瓦房庄、鞏
義市鐵生溝等兩漢冶鑄遺址也有發現。特別值得指出的是鞏義市鐵生溝一
件漢代鐵钁，它的石墨發育良好，有明顯的核心和放射性結構，和現行國
家球墨鑄鐵標準一類A 級相當。從現有研究資料看，這種球狀石墨應是白
口鐵退火過程中得到的。
在國外，鑄態球墨是1947 年後使用了加進球化劑的方法才得到的。
多年來，人們一直試圖用白口鐵退火的方式來獲得球狀石墨，但是難度很
大。我國古代生鐵含硅量長期偏低，在低硅的情況下，我國人民不但生產
了大量具有絮狀石墨的可鍛鑄鐵，而且生產了部分球墨可鍛鑄鐵，這在世
界冶金史上是十分罕見的，實在難能可貴。
中國青銅出現較早，在約公元前3000年甘肅東鄉林家馬家窯文化時期的遺址中已經有青銅刀和冶煉青銅的銅渣。中國目前發現的最早的金屬實物是約公元前4675±135年的陝西臨潼仰韶文化半坡類型姜寨遺址第一期的黃銅器物。見《中國金屬文化史上的「紅銅時期」問題》（《中國社會科學院研究生院學報》 1987年01期 ）和《中國早期黃銅混合礦冶煉工藝的模擬探索》（《南方文物》2010.4），這些文章都可以在百度上搜到。中國由於地理位置的原因，與世界其他地區文明交流不便、交流較少，這是個不太有利的地方，基本靠的是單打獨鬥。不像北非、西亞、南歐等地區互相接近、沒有難以逾越的地理阻隔，各文明之間交流方便、交流也較多。再加上中國周邊的民族文明程度較低，尤其是北亞、東北亞那幫韃子小棕黑，幫不上什麼忙不說，還凈使壞，破壞中國文明進程。
煉 鋼 技 術
炒鋼
炒鋼因在冶煉過程中要不斷地攪拌好像炒菜一樣而得名。
炒鋼的原料是生鐵，操作要點是把生鐵加熱到液態或半液態，利用鼓
風或撒入精礦粉等方法，令硅、錳、碳氧化，把含碳量降低到鋼和熟鐵的
成分範圍。炒鋼的產品多是低碳鋼和熟鐵，但是如果控制得好，也可以得
到中碳鋼和高碳鋼。
炒鋼工藝大約發明於西漢。近年在河南鞏義市鐵生溝、南陽瓦房庄等
處都發現過漢代炒鋼爐遺址。鞏義市遺址斷代是西漢中期到新莽，瓦房庄
遺址使用時間比較長，由西漢中期到東漢晚期。另外，鐵生溝還出土了一
些炒煉產品，經分析，有的含碳量是百分之一·二八，有的是百分之○·○
四八。文獻上關於炒鋼的記載最早見於東漢《太平經》卷七十二，書中說：
「使工師法治石，求其鐵，燒冶之，使成水，乃後使良工萬鍛之，乃成莫
邪耶。」這「水」應指生鐵水。「萬鍛」應指生鐵脫碳成鋼後的反覆鍛打。
炒鋼的優點是成分可適當控制，生產率比較高，質量也比較好。在現
代，人們常把由礦石直接制鋼的工藝叫一步冶煉或直接冶煉，而把先由礦
石冶煉成生鐵、然後再由生鐵鍊鋼的工藝叫兩步冶煉或間接冶煉。炒鋼的生產過程也分兩步：先煉生鐵，後鍊鋼。因而在某種意義上說，炒鋼的出現便是兩步鍊鋼的開始，是具有劃時代意義的重
大事件。它進一步促進了我國古代鐵器的廣泛使用和社會生產力的發展。十八世紀中葉，英國發明了炒鋼法，在產業**中起了很大的作用。馬克思懷著極大的熱情給予了很高的評價，說不管怎樣讚許也不會誇大了這一革新的重要意義。
百鍊鋼
「百鍊鋼」以一種含碳量比較高的炒煉產品作為原料，操作要點是反
覆加熱鍛打，千錘百鍊。現在見到的最早百鍊鋼實物是東漢晚期的製件。
1961 年日本大和櫟本東大寺古墓出土一把東漢靈帝中平年間(公元184 年
到189 年)的紀年鋼刀，上有錯金銘文「百練清剛」字樣。「練」就是「煉」，
「剛」就是「鋼」。在文獻中，「百鍊鋼」一詞最早也見於東漢晚期。曹
操作寶刀五枚，稱譽是「百鍊利器」；陳琳(？—217)《武軍賦》說：「鎧
則東胡闕鞏，百鍊精鋼。」這些實物和文獻都說明了百鍊鋼工藝已經興起。
除百鍊鋼外，我國古代還有「卅鍊鋼」、「五十鍊鋼」等說。1974 年，山
東蒼山出土過一把東漢安帝永初六年(公元112 年)大鋼刀，上有錯金銘文
「卅湅大刀」字樣；1978 年徐州銅山出土一把東漢章帝建初二年(公元77
年)大鋼劍，上有「五十湅」字樣；在文獻注錄中還有東漢和帝永元十六
年(公元104 年)「卅湅」金馬書刀等物。看來，標以「煉數」的制鋼工藝
至遲在東漢早期就已產生。
宋代沈括《夢溪筆談》卷三曾對百鍊鋼的工藝操作作了比較詳細的記
載，說把「精鐵」鍛煉一百多火，一鍛一稱一輕，待到斤兩不減，就成「純
鋼」了；「凡鐵之有鋼者，如面中有筋，濯盡柔面，則麵筋乃見。」沈括
所說的「精鐵」，不應是生鐵，也不是現代意義的熟鐵，由建初「五十湅」
長劍、永初「卅湅大刀」等器物的科學考察，以及有關文獻來看，應是含
碳量稍高的一種炒煉產品。這種炒煉產品所含非金屬夾雜是比較多的。一
鍛一稱一輕，是因為逐漸排除這些夾雜，氧化鐵皮不斷產生並脫落了。說
最後「斤兩不減」，這是相對來說的，實際上，不斷地加熱鍛打，氧化鐵
皮不斷地產生又脫落，重量總要不斷減輕的。滲碳和脫碳都不是百鍊過程
的主要環節。百鍊鋼工藝的主要操作是反覆加熱鍛打。鍛打可以去除夾
雜，減小殘留夾雜的尺寸，使成分均勻，組織緻密，有時也可以細化晶粒，
從而使材料強度大大提高。曹植(192－232)在他的《寶刀賦》中稱讚百鍊
鋼刀能「陸斬犀革，水斷龍舟」，沈括在《夢溪筆談》卷三中說百鍊鋼「其
色清明，磨瑩之，則黯黯然青且黑，與常鐵迥異。」這都說明了百鍊鋼性
能的優良。
百鍊鋼是在塊鐵滲碳鋼反覆鍛打的基礎上，伴隨著炒鋼技術、刀劍工
藝的發展而興起的。「十煉」，「三十煉」的說法在公元前一世紀的西漢
後期就已出現，最初是用在煉銅上的。魏晉時期百鍊鋼發展到了鼎盛的階
段，之後，雖因一些技術和社會的原因而有所減弱，但一直沿用到了明清
時期。百鍊鋼製作比較艱難，成本比較高，主要用來製造寶刀、寶劍等一
類貴重器物，它凝聚著我國古代勞動人民的勤勞和智慧，一定程度上反映
了當時金屬冶煉和加工技術的先進水平。
鑄鐵脫碳鋼
鑄鐵脫碳鋼是用熱處理方法製作出來的。它的操作要點是先生產出白
口鐵鑄件，然後在氧化性氣氛中脫碳退火，使含碳量降低到鋼的成分範圍
以下，不析出或很少析出石墨。它的金相組織同近代的鋼和熟鐵相似。
鑄鐵脫碳技術大約可以追溯到戰國早期。洛陽水泥製品廠戰國早期灰
坑遺址出土過兩件鐵錛，對其中一件的銎部作了金相分析，知道它的表層
已經脫碳，稍里是珠光體，中心是白口鐵組織。這表明鐵錛進行過不完全
的脫碳退火處理，應屬鑄鐵脫碳鋼的前身或早期階段。經秦、漢、魏、晉
到南北朝時期，這項技術發展到相當成熟的階段，主要表現在：第一，進
行這種處理的器物更多了。近年在北京大葆台、河北武安和河南澠池、南
陽瓦房庄、鄭州古滎鎮、魯山望城崗等處都有發現，種類有鐵斧、鐵剪、
鐵鏟、鐵小刀、鐵鑿、鐵笄、鐵犁、鐵鏵等成形件，以及梯形和長方形的
小鐵板等半成品件。第二，多數器件的整個斷面都已經脫碳成鋼或熟鐵，
中心再沒有白口鐵組織殘餘，沒有或只有微量石墨在晶粒間界析出。第
三，部分器件在整體脫碳成鋼或熟鐵後，經過局部鍛打、刃部滲碳或其他
加工，獲得了更加良好的使用性能。第四，鑄鐵脫碳鋼主要用作手工業工
具的斧、剪以及農具的鐮一類鋒刃器，而一般可鍛鑄鐵主要用作農具的
鋤、钁、鏟一類，至於鐵釜、鐵范、軸承一類生活用器、生產工具和交通
用具，多用白口鐵和灰口鐵製作，說明當時人們對這些材質的性能已經有
了相當認識，也說明鑄鐵脫碳鋼技術、可鍛化處理技術已經達到比較高的
水平。南北朝時期以後，由於炒鋼等冶煉工藝和加工工藝的發展等，鑄鐵
脫碳鋼技術、可鍛鑄鐵技術逐漸失去了它們在生產中的重要地位，唐代以
後就很少看到了。
鑄鐵脫碳鋼的發明具有十分重要的意義。古代一般是沒有鑄鋼的，而
鍛鋼生產率很低，加工成形比較難，所含雜質比較多。我國古代利用生鐵
生產率比較高、容易成型、夾雜比較少的優點，通過脫碳退火的辦法，得
到一種組織和性能同近代鑄鋼相近的鑄件，這是我國古代冶金技術上的一
項重大發明。
灌 鋼
所謂「灌鋼」，用宋代蘇頌的話來說，就是「以生柔相雜和，用以作
刀劍鋒刃者」。「生」就是生鐵，「柔」應是一種可鍛鐵，只從含碳量看，
應包括現代意義的鋼和熟鐵。所以依蘇頌所說，灌鋼是由生鐵和可鍛鐵在
一起冶煉得到的、用來製作刀劍鋒刃的一種含碳比較高、質量比較好的
鋼。
灌鋼發明時間似可追溯到漢魏晉時期。東漢末年王粲(177－217)的
《刀銘》中說：「灌襞已數、質象已呈。」西晉張協《七命》中說：「乃
煉乃爍，萬辟千灌。」「辟」同「襞」，意思就是「疊」，指鋼鐵材料的
多層積疊，多次摺疊。「灌」應指「灌煉」，就是「灌鋼」。
南北朝時期，灌鋼工藝有了一定的發展，南朝梁代陶弘景說灌鋼是「雜
煉生鍒作刀鐮者」。既然灌鋼已用作刀、鐮一類普通生產工具和生活用器，
可見它的生產已經比較普遍。北朝東魏北齊間的綦毋懷文用灌鋼製造了一
把大鋼刀，叫「宿鐵刀」，「斬甲過三十札」，非常鋒利。
在歷史上，灌鋼有過好幾種不同的操作工藝。一種是把生鐵和柔鐵片
捆在一起，用泥封住，入爐冶煉，如沈括《夢溪筆談》卷三所說：「用柔
鐵屈盤之，乃以生鐵陷其間，泥封煉之，鍛令相入，謂之『團鋼』，亦謂
之『灌鋼』。」
一種是把生鐵放在熟鐵(可鍛鐵)片的上面，生鐵先化，滲
淋到熟鐵中，如宋應星《天工開物》卷十四所說：「用熟鐵打成薄片如指
頭闊，長寸半許，以鐵片束包尖緊，生鐵安置其上，又用破草履蓋其上，
泥塗其底下，洪爐鼓韝，火力到時，生鋼先化，滲淋熟鐵之中，兩情投合。
取出加錘，再煉再錘，不一而足。俗名團鋼，亦曰灌鋼者是也。」
一種是「蘇鋼」，它是灌鋼發展的高級階段，灌鋼的優點在這裡得到了最充分的
表現。
蘇鋼操作的要點是：先把熟鐵料放到爐里鼓風加熱，後把生鐵的一端
斜放到爐口裡加熱。當爐溫達到一千三百攝氏度左右時，護里生鐵不斷熔
滴，熟鐵料已經軟化，便用鉗子鉗住生鐵塊，使鐵水均勻地澆淋到熟鐵料
上。澆淋完畢後，停止鼓風，夾出鋼團，砧上錘擊，去除夾雜。一般要滲
淋兩次。蘇鋼冶煉高明的地方有兩點：一是熟鐵組織比較疏鬆，所含氧化
夾雜比較多，硅、錳、碳含量比較高，灌煉時氧化反應比較劇烈，有利於
渣、鐵分離。二是熟鐵所含鐵氧化物和生鐵中的碳作用後，部分鐵可被還
原出來，提高了金屬收得率。
灌鋼以生鐵和可鍛鐵作為原料，灌煉操作在生鐵熔點以上進行，因此
生產率比較高，渣、鐵分離比較好；人們可以通過控制原料配比和鼓風等
操作來控制產品成分，因此產品質量也比較好。在公元1740 年坩堝液態
鍊鋼法發明以前，世界上制鋼工藝基本上屬於固態冶煉和半液態冶煉，
渣、鐵分離比較難。像灌鋼這樣，成分比較容易控制，渣、鐵分離也比較
好，在古代制鋼技術中是十分罕見的。
有色冶金「六齊」
「六齊」是我國古代配製青銅合金的六條規定，見於《考工記》一書，原文如下：
「金有六齊：六分其金而錫居一，謂之鐘鼎之齊；五分其金而錫居一，謂之斧斤之齊；四分其金而錫居一，謂之戈戟之齊；三分其金而錫居一，謂之大刃之齊；五分其金而錫居二，謂之削殺矢之齊；金錫半，謂之鑒燧之齊。」
郭沫若（1892—1978）認為，《考工記》原是齊國的官書。「六齊」的「齊」同「劑」，原是調劑、配合的意思。「金」指赤銅。「六分其金而錫居一」就是六分銅一分錫，「金錫半」就是一分銅半分錫。所以「六齊」中各「齊」的含錫量分別是：「鐘鼎之齊」百分之一四·三，「斧斤之齊」百分之一六·七，「戈戟之齊」百分之二○，「大刃之齊」百分之二五，「削殺矢之齊」百分之二八·六，「鑒隧之齊」百分之三二·二。
「六齊」的成分配比規定是我國古代青銅技術高度發展的表現，它是許多試驗資料的反映和歸納。現有考古資料表明，我國早在夏代（公元前二十一世紀到公元前十六世紀）就掌握了紅銅冷鍛和鑄造技術，夏末商（公元前十六世紀到公元前十一世紀）初就有了青銅冶煉和鑄造，商代中期以後就創造了高度發展的青銅文化。目前出土的青銅器中，既有大批禮器、兵器、日用器，也有部分生產工具（包括手工業工具和農具）等。渾厚莊重的司母戊大鼎、技術高超的四羊尊等都是青銅器的精品。兵器都剛強鋒利；響器的聲音悅耳悠揚。這些都說明我國人民很早就有了豐富的合金知識。
「六齊」的成分配比規定和現代科學的基本原理是完全相合的。我們知道銅錫合金的含錫量是百分之十四左右的，色黃，質堅而韌，音色也比較好，所以宜於製作鍾和鼎。銅錫合金含錫量是百分之十七到百分之二十五的，強度、硬度都比較高，所以宜於製作斧斤、戈戟、大刃和削殺矢。斧斤是工具，既要鋒利，又要承受比較大的衝擊載荷，所以含錫量不宜太高，否則太脆。戈戟、大刃、削殺矢都是兵器，都需要鋒利。戈戟受力比較複雜，對韌性要求比較高，所以在兵刃中含錫量最低。大刃（刀劍）既需要鋒利，也要求一定的韌性以防折斷，所以含錫量比較高而又不太高。削殺矢比較短小，主要考慮銳利，所以在兵器中它的含錫量最高。銅錫合金含錫量是百分之三十到百分之三十六的，顏色最潔白，硬度也比較高。色潔白，就宜於映照；硬度高，研磨時就不容易留下道痕。所以這種銅錫合金宜於製作銅鏡和陽燧。
有一點需要指出的是，除了鐘鼎外，「六齊」規定成分和考古實物科學分析的成分基本上是不相符合的，原因是：「六齊」並不是生產經驗的總結，而是一種試驗資料的反映和歸納；人們在生產實踐中已對「六齊」成分作了適當的修正。
「六齊」的產生有極大的技術意義和社會意義。它是世界上對合金成分和性能的關係的最早認識。在古代世界中，我國青銅技術的產生並不是最早的，但發展很快。除資源等方面的原因外，在技術方面至少有兩點：首先是我國很早就掌握了金屬冶煉所需要 的高溫技術：其次是很早具有了水平比較高的合金技術。世界上不少國家在公元前二三千年就進入了青銅時代，但發展緩慢。我國卻不是這樣。我國人民一旦發明了冶銅技術，很快就具有豐富的合金知識，並且迅速地把整個青銅技術推到更高的階段，建立了世界上最光輝燦爛的青銅文明。
鋼鐵中的碳含量決定了鋼或鐵的用處，碳含量實際指的是Fe3C的含量。Fe3C是硬質相，越多就越硬，但是也越脆。所以鑄鐵硬而脆。鋼的碳含量不是很高，所以既有良好的強硬度，又有良好的塑韌性。
當然，不同的鋼有不同的用處，而且現在我們所說的鋼不單單指的是碳鋼，更多的是合金鋼，比如大家熟知的不鏽鋼，是碳鋼裡面加了大量鉻，鎳，來提高鋼的耐腐蝕性。還有的工模具鋼，耐熱鋼，低碳超高強度鋼等，都是通過添加合金元素來提高鋼的性能，只有要求不高時，為了節約成本才用碳鋼。
熱處理的方法也會影響鋼的性能。
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