汉代工农业生产和军事活动的需要，使各种制钢技术得到蓬勃发展。西汉前期刘胜墓所出钢剑，经检验是由块炼铁渗碳反复锻打而成的，由于锻打次数增多，钢的质量比战国燕下都钢剑有明显提高。到了东汉时期，又出现了以炒钢为原料的经“三十炼”的金马书刀和钢刀。《汉金文录》着录的永元错金书刀，铭文为“永元十六年（公元104年）广汉郡工官。卅炼史成长荆守丞主”。1974年山东苍山县出土的东汉钢刀，铭文有“永初六年（公元112年）五月丙午造卅炼大刀吉祥”，为接近共析成份（碳含量千分之八）的高碳钢锻成。稍后一些时期，在东汉中平年间（公元184—189年）又出现具有“百炼清刚”铭文的百炼钢刀。
另一卓越的制钢工艺——铸铁脱碳成钢，则是从高度成熟的铸铁柔化术衍变而来。通过长期反复的实践，汉代冶铁工匠对于生铁的机械性能随着碳份的高低而变化这一点已有深入的认识。在实践上，他们能够把碳含量达4％左右或更高的铸铁，经过脱碳使内层也消除白口铁的组织，通体都成为高碳钢。这样，就创造了一种在固态下通过高温脱碳处理，把生铁变成钢的先进工艺。郑州东史马出土的东汉铁剪和南阳东汉铁戟等，就是这样制成的。由于生铁在浇注过程中，非金属和金属夹杂物可上浮撇去，金属组织较为纯净。因此，铸铁脱碳后所得到的钢，和现代碳素滚珠轴承钢的质量相近。这种制钢工艺从目前资料看，是我国所独有，很有独创精神。
西汉时期钢铁技术最重大的成就是炒钢（或炒铁）的发明。它是在地面上挖出缶状炉缸，内层涂以耐火泥，上置顶盖，做成炒钢炉。冶炼时，将生铁料烧成熔融或半熔融状态，鼓风吹炼并加搅拌，使成为熟铁，或在有控制地脱碳的条件下成为低中碳钢以至高碳钢。流传至今的传统炼钢工艺仍沿用了这种方法。因为它以生铁为原料，价廉易得，生产率高，因此和其它制钢方法相比，有极大的优越性。它的出现和逐步推广改变了整个冶铁生产的面貌，是钢铁发展史上有划时代意义的大事情。炒钢技术及热锻制钢，大大促进了百炼钢的发展，使之进入成熟阶段。巩县铁生沟和南阳瓦房庄都出土有炒钢炉，说明炒钢技术可能在西汉中期或稍迟时已经发明。东汉时期铁器种类增多，锻铁器比铸铁器有明显增加，铜兵器全被铁兵器取代，社会生产力也较西汉有提高，这和炒钢的发明和推广是分不开的。
制钢术的进步，需要更多的生铁作原料，从而促进炼铁技术的发展。巩县铁生沟似已试用煤来冶铁。用煤作燃料是冶铁技术提高的重要因素。在鼓风技术方面，东汉时期以水力为动力，创制了“水排”鼓风装置，在钢铁史和机械史上都有重大的意义。从南阳地区诸冶铁遗址的实地调查看，有些炼炉即建在河边，很可能采用水力鼓风。南阳自战国以来即以冶铁着称，南阳大冶孔仅曾任西汉大司农和大农丞领盐铁事等要职，境内又有丰富的水利资源，“水排”在这里产生是很自然的。
魏晋的铁范、生铁范铸术和铸铁柔化术等在汉代的基础上又有新的发展，百炼钢已相当成熟，魏、蜀、吴三国都用之锻制刀剑。曹操曾令工师制作“百辟利器”，曹丕《典论·剑铭》说：“选兹良金，命彼国工，精而炼之，至于百辟”，制成的刀剑有美丽的纹理，文似灵龟，“采似丹露”，“理似坚冰”，“曜似朝日”。《太平御览》卷346引《刀剑录》称：“蜀主刘备令蒲元造刀五千口，皆连环，及刃口刻七十二湅”。《古今注·舆服》称：“吴大帝有宝剑三……一曰百炼，二曰青犊，三曰漏景”。陈琳《武军赋》称：“铠则东胡阙巩，百炼精刚”。《晋书》记述赫连勃勃命将作大匠比干阿利造五兵之器，“射甲不入，即斩弓人，如其入也，便斩铠匠，又造百炼刚刃为龙雀大环，号曰大夏龙雀”。由此可见，一些少数民族也已掌握这项技术，并用于铠甲和兵器制作。
此外，在制钢技术方面出现了新的突破。《重修政和经史证类备用本草》卷四十五“石部”引陶弘景语：“钢铁是杂炼生鍒作刀镰者”，这是最早明确记载用生铁和熟铁合炼成钢（即灌钢）的文献资料。东汉王粲《刀铭》：“灌辟以数”，晋张协《七命》：“乃炼乃烁，万辟千灌”，这些词句似乎表明类似的工艺在汉末、晋代已经出现。
北齐的綦母怀文用灌钢法造宿铁刀，“其法，烧生铁精以重柔铤，数宿则成钢。以柔铁为刀脊，浴以五牲之溺，淬以五牲之脂，斩甲过三十札”。“生”指的是生铁，“柔”指的是熟铁。先把含碳高的生铁溶化，浇灌到熟铁上，使碳渗入熟铁，增加熟铁的含碳量，然后分别用牲尿和牲脂淬火成钢。牲畜尿中含有盐分，用它作淬火冷却介质，冷却速度比水快，淬火后的钢较用水淬火的钢硬；用牲畜的脂肪冷却淬火，冷却速度比水慢，淬火后的钢比用水淬火的坚韧。由此可知，当时不但炼钢技术有较大的发展，淬火工艺也有了提高。灌钢法在坩锅炼钢法发明之前是一种先进的炼钢技术，对后世有重大的影响。
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