冶金史-正文━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

銅器時代──銅石并用時代

早期對天然金屬(銅、金、隕鐵)的使用

最早冶金

中國的早期冶金

青銅時代

中國商代以前的青銅器

商周青銅鑄造

其他金屬的使用

鐵器時代

鐵的發現和應用

中國冶鐵

中國鑄鐵的發明和發展

中國的生鐵煉鋼

中國鋼鐵生產設備、燃料和輔助材料

中國古代鋼鐵技術對其他國家的影響羅馬帝國時期的歐洲煉鐵技術

中國古代冶金的其他成就

鑄造技術

金屬表面裝飾技術

其他金屬及其合金

中國古代冶金發展的特點

近代冶金技術的發展

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在新石器時代后期人類開始使用金屬，經歷了銅─青銅（包括銅砷、銅錫、銅鉛和銅鋅合金，見銅合金─鐵（包括塊煉鐵、生鐵、熟鐵或鋼）幾個時代。世界各地進入銅器、鐵器時代的時間各不相同，技術發展的道路也各有特色。冶金技術和金屬的使用同人類的文明緊密聯系在一起。新石器時期的制陶技術（用高溫和還原氣氛燒制黑陶）促進了冶金技術的產生和發展。冶金技術的發展提供了用青銅、鐵等金屬及各種合金材料制造的生活用具、生產工具和武器，提高了社會生產力，推動了社會進步。中國、印度、北非和西亞地區冶金技術的進步是同那里的古代文明緊密聯系在一起的。16世紀以后,生鐵冶煉技術向西歐各地傳播,導致了以用煤冶鐵為基礎的冶金技術的發展，這一發展后來又和物理、化學、力學的成就相結合,增進了對冶金和金屬的了解,逐漸形成了冶金學，進一步促進了近代冶金技術的發展。

銅器時代──銅石并用時代

人類在新石器時代晚期開始利用天然金屬。此后逐漸以礦石為原料冶鑄銅器。此時以使用石器為主，也使用少量小件銅器，被稱為銅器時代或銅石并用時代。

早期對天然金屬（銅、金、隕鐵）的使用

在現在伊朗西部艾利庫什（AliKosh）地區發現公元前七、八千紀用天然銅片卷成的銅珠。在伊朗中部納馬克湖南部泰佩錫亞勒克（TepeSialk）發現了公元前五千紀的銅針。在克爾曼（Kerman）之南的葉海亞（Yahya）地區發現了公元前五千紀后期天然銅制成的銅器。

天然金雖然容易發現，但一般塊金尺寸較小，數量較少。砂金的利用則有待冶金方法的出現，所以出現較晚。目前世界上已發現的金制品最早的為公元前五千年。南美最早使用的金屬則為天然金。在秘魯，對金的加工始于公元前1500年，而用銅和銅銀合金則在公元前1000年以后。11～14世紀的金人反映了印第安文化。(見彩圖)隕鐵不如天然銅、金容易識別.，使用較晚。目前最早的隕鐵器是公元前四千紀的鐵珠和匕首（含鎳7.5～10.9％），出土于尼羅河流域的格澤（Gerzeh）和幼發拉底河流域烏爾（Ur）地方。

中國的最早隕鐵文物是商代中期（約公元前13世紀中葉）的藁城鐵刃銅鉞。（見彩圖）最早冶金

天然金屬的資源有限，要獲得更多的金屬，只能依靠冶煉礦石制取金屬。人類在尋找石器過程中認識了礦石，并在燒陶生產中創造了冶金技術。

礦石煉銅是人類文化發展的重要里程碑。最先使用的是氧化銅礦（如孔雀石），將氧化礦石與木炭混合加熱還原得到金屬銅。已知最早的人工冶煉的銅器出土于伊朗葉海亞（Yahya)地區（約當公元前3800年前），含有少量砷（0.3～3.7％），其中有的經過鑄造、冷加工和退火。與此同時，在埃及和美索不達米亞使用含鎳或含砷銅器。堿性砷酸銅礦與孔雀石相似，用它或硫砷銅礦冶煉砷青銅比較容易，鎳則往往與銅共生，容易煉成鎳銅。砷銅和鎳銅的使用延續了相當長的時間。中東的煉銅技術在公元前三千紀向歐洲和印度傳播，保持了含鎳和用砷的特點；在較晚的銅器中，如印度河流域哈拉帕（Harappa）文化,在公元前2500～前2000年也有含砷或鎳的錫青銅。已知的最早含錫青銅器，產于現伊拉克地方的烏爾第一王朝（公元前2800年），含錫8～10％。

中國的早期冶金

中國甘肅東鄉馬家窯文化的青銅刀（含錫6～10％）,是迄今發現的中國最早的青銅器物；約當公元前三千紀初期，與烏爾青銅同時。此外，馬廠文化的青銅刀約當公元前三千紀后期相當于印度河流域哈拉帕文化發展錫青銅的時代，和東南亞泰國北部嫩諾塔(NorNokTha)出土的錫青銅時代。錫青銅在中國的出現和發展與打分離煉渣，或者先行破碎，分選后燒結鍛造成錠，這種方法稱為塊煉鐵法。在底格里斯河上游豪爾薩巴德王宮出土的鐵錠長30～50厘米，厚6～14厘米，重4～20公斤。這個時期的鐵劍，有的較軟，有的則經過滲碳和反復疊打，并經過快冷或淬火變得更硬。不受中國文化影響的地區，一直到14世紀后期，都以這種方法作為重要煉鐵方法，也發展了一些卓越的工藝，如印度在公元300年左右鍛造出德里鐵柱（圖6）,高7.2米，重達6噸。在制鋼技術上,逐漸發展出用坩堝冶煉超高碳鋼（含碳1.5～2％）（印度Wootz鋼）或滲碳的高碳鋼和低碳鋼疊打，經淬火后獲得硬的刀刃，或用植物酸腐蝕得到各種花樣的大馬士革鋼（波斯制造后在大馬士革銷售）。中國冶鐵

春秋末期，中國的冶鐵技術有了很大突破，使中國在這一領域長期遙遙領先。迄今出土與上述塊煉鐵法相類似的中國早期鐵器有：①涇河上游甘肅靈臺景字坪，春秋中葉秦墓出土的銅柄鋼劍；②江蘇六合程橋春秋末葉楚墓出土的鐵條（圖7、圖8）；③湖南長沙出土的春秋末年的鐵削；④長沙戰國初期楚墓出土的鋼劍（見彩圖）。靈臺和長沙出土的鋼劍可能從固態還原的鐵，再摻碳鍛造而成，在公元前3世紀,這種滲碳鋼劍已出現在被斬首的士兵叢葬坑中，未被回收，從而可以判斷當時這種鋼劍價格不會很高。這種技術在中國大約沿用到西漢中期才為生鐵制鋼所取代。

中國鑄鐵的發明和發展

春秋末葉起生鐵在中國得到了日益廣泛的應用。此后利用生鐵經退火制造韌性鑄鐵和以生鐵為原料制鋼技術的發明，標志著生產力的重大進步。這兩大發明對戰國和秦漢農業、水利、經濟、軍事的發展起了重大作用，是促進中華民族的統一和發展的重要因素之一。

春秋晚期(約當公元前6世紀末葉)的生鐵器物出土的有江蘇六合程橋楚墓的鐵丸,湖南長沙楚墓的鐵臿,長沙楊家山楚墓的白口鐵鼎(圖9)。生鐵的出現是因為中國燒陶窯和冶銅爐爐溫較高，具備了高溫冶鐵的條件。鐵礦石在溫度較高的煉鐵爐中高溫還原并滲碳，得到含碳達到3～4％的液態生鐵。戰國初期出現了用熱處理方法,使白口鐵中與鐵化合的碳（Fe3C）成為石墨析出，發明了韌性鑄鐵的工藝（圖10、圖11）。這一工藝是用退火方法試圖降低白口鐵脆性的結果。在河南洛陽出土了戰國初年經退火表面脫碳的鋼面白口鐵錛，是當時已有退火操作的一例。在這基礎上延長退火時間就可以產生韌性鑄鐵。這一發明使鑄鐵得以大量、廣泛應用于軍事和農業生產。《孟子》記載了孟軻(約公元前390～前305年)的話“許子以鐵耕乎？”

戰國后期,發明了可以重復使用的鐵范(圖12)。到漢代發展為由鐵官制造鐵范,發給作坊，用以生產統一規格的鐵器。戰國時已用疊鑄方法生產銅錢，漢代以后，疊鑄方法進一步發展，并大量生產車馬器件等。社會的需求促進了生產，漢代大的高爐容積已達50立方米左右。河南鄭州附近古滎鎮漢代鋼鐵場遺址出土的兩座高爐，爐缸呈橢圓形，長徑4米，短徑2.7米，高（從積鐵估計）約6米。積鐵每塊重在20噸以上（圖13）,場址面積達12公頃。在當時的世界上,這種煉鐵技術是先進的，規模也最宏大。與當時中國以外地區使用塊煉鐵技術比較，生鐵產量大，成本低，生鐵的鑄件制作容易，因而在日常生活中得到廣泛使用，如制造爐、釜、鎖，甚至用以封閉墓門（如河北滿城漢代劉勝墓）。各地出土的漢代鐵器，除白口鐵、鐵素體或珠光體為基體的韌性鑄鐵件外，還有灰口鐵。漢代冶鐵場所還有以鑄造為主的作坊，大多設在城市附近。如河南南陽漢代冶鐵遺址，山東臨淄古冶鐵作坊遺址（見中國古代冶鑄遺址）。

中國的生鐵煉鋼

生鐵和韌性鑄鐵的大規模生產導致了生鐵制鋼的發明。在漢代先后發明了以下幾種生鐵制鋼的方法。

鑄鐵脫碳鋼

將含碳3～4％的低硅鑄鐵器在氧化氣氛中加熱,在適當條件下，特別是厚度不大的情況下,可以避免石墨的形成。早期煉鐵溫度較低，含硅量低，石墨析出較慢，有利于脫碳，使制造韌性鑄鐵的工藝發展成為鑄鐵脫碳成鋼的方法。這種鋼稱為鑄鐵脫碳鋼，它們有的不再加工，河南鄭州東史馬東漢墓出土的剪刀就是一例，其組織是球化珠光體而夾雜物很少，只有相當于鑄鐵中的夾雜（圖14、圖15）。另一類鑄鐵脫碳鋼是將生鐵鑄成薄板，脫碳后供鍛造用。古滎鎮漢代“河一”冶鐵遺址出土了許多這類鋼板。滿城漢墓和北京大葆臺漢墓出土了用類似原料加工成的鐵鏃、環首刀。

炒鋼

向熔化的生鐵鼓風，同時進行攪拌促使生鐵中的碳氧化。用這種方法可將生鐵制成熟鐵，再經過滲碳鍛打成鋼。也可有控制地把生鐵含碳量炒到需要的程度，再鍛制成鋼制品。這種鋼中含有的硅酸鐵夾雜物成分比較一致而數量較少。炒鋼技術始于西漢末年，到東漢已相當普及。江蘇出土新莽殘劍，徐州出土建初二年(77)五十煉鋼劍，山東臨沂蒼山出土的永初六年（112）三十煉鋼刀等所用的原料都屬于這一類型(圖16、圖17、圖18、圖19、圖20)。

公元2世紀末出現了“百煉”這一工藝名稱,留下了“百煉成鋼”的成語。在此之前,王充(27～97)《論衡》一書《率性篇》曾以鐵的反復鍛煉比喻人的性格鍛煉，但沒有提到“百煉”。曹操（155～220）在《內誡令》提到“百煉利器”，孫權(182～252)有以“百煉”命名的寶刀。初步可以認為百煉鋼是用炒鋼反復疊打變形，細化晶粒和夾雜物而成的，甚至可以用不同含碳鋼材復合組成。煉數大致相當于反復折疊鍛打后最后的層數。煉數增多,表明加工量加大，晶粒和夾雜進一步細化,質量提高。炒鋼技術的發明是煉鋼史上的一次革命。

灌鋼

中國生鐵制鋼技術自戰國初期到漢代經過幾百年的歷程，從塊煉鐵、滲碳煉鋼發展到生鐵固體脫碳煉鋼、炒鋼、煉制熟鐵，以及重新滲碳硬化或淬火硬化。在這個基礎上，發明了利用液態生鐵對熟鐵進行擴散滲碳煉鋼的方法。這一方法的最早記載見于《北齊書·綦母懷文傳》，稱為“宿鐵”，后世稱為灌鋼，又稱團鋼。這是中國古代煉鋼技術的又一重大成就。

中國鋼鐵生產設備、燃料和輔助材料

中國漢代的鋼鐵生產工藝其他方面的進步表現在：

①煉鐵高爐的擴大由于經濟、軍事等發展的需要，漢代生鐵冶煉的規模不斷加大，古滎鎮出土的“河一”高爐,爐缸面積達8.5平方米，日產生鐵估計在一噸左右。鑄造化鐵爐的規模也不斷增大。

②鼓風山東滕縣宏道院出土的漢代畫象石描繪了鍛造用皮囊，直徑約0.6米，長約1米。后來發展成為畜力鼓風的馬排、牛排，公元31年出現了水力鼓風的水排。

③熔劑古滎鎮漢代遺址的煉鐵爐渣流動性良好,渣和鐵完全分離,爐渣中含氧化鈣25％左右,氧化鎂2.5%左右。河南鞏縣鐵生溝漢代“河三”遺址曾發現石灰石。由此可以推論冶煉時曾加入堿性熔劑。

④燃料古滎鎮和鐵生溝煉鐵都使用木炭。無煙煤和煤餅則作為加熱爐或退火爐的燃料。根據現有化驗資料，五代已用煤煉鐵，煉鐵用焦炭則始于16世紀。

在中國，到南北朝（公元6世紀)時，除坩堝法和近代鋼鐵技術外，各種鋼鐵技術都已經得到應用。宋元時期，中國邊疆地區有煉制鑌鐵的記載，宋代進一步發展了用熟鐵中夾嵌高碳鋼的技術，如江蘇鎮江博物館所藏南宋咸淳六年（1270）印侍郎鐵刀，元大都出土的文物中也有這種鋼刀。明代以后亦有鋼表鐵里，或熟鐵鍛件（如鋤的刃口）進行液態生鐵淋口硬化的技術。

中國古代鋼鐵技術對其他國家的影響

中國冶金技術，特別是戰國秦漢以后的鋼鐵冶煉技術，不斷向外傳播。戰國時期傳到朝鮮，漢代進一步傳到日本。鐵制農具也在這個時期帶到了越南。張騫通西域以后，把生鐵的冶鑄技術帶到中亞和西亞。據《漢書·大宛傳》記載。從大宛（帕米爾以北，主要在今蘇聯費爾干納盆地至塔什干）一帶至安息（今伊朗）都不知鑄鐵，由漢代官兵教他們鑄器。羅馬博物學者普林尼（Pliny,27～97）對中國鋼鐵大加贊賞，認為最優良、最卓越的鋼是中國產品。

羅馬帝國時期的歐洲煉鐵技術

普林尼的著作中有用硬鐵塊(應為生鐵)擦涂熟鐵使之表面硬化的記載。在英國,曾發現公元2世紀的生鐵塊，含碳3.2％,硅1％,磷0.76％，硫0.49％。但在15世紀以前，生鐵并沒有在中國文明影響以外地區大量使用。

相當于漢代時期，歐洲和其他地區煉鐵的方法仍然是用固態還原得到的海綿鐵再鍛造成塊煉鐵。在羅馬帝國迅速膨脹時期(公元前一世紀末至公元一世紀末)，鐵和其他金屬的產量迅速增加。建于公元83年蘇格蘭英赫圖梯(Inchtuthil)地方的一座羅馬堡壘，存有90萬只不同尺寸的鐵釘,其中大的具有較高的含碳量(0.2～0.9％)，以承受較大的力。當時歐洲所用的煉鐵爐隨地區不同大致可分為三類：①地爐，從地面下挖，上有圓頂，側面鼓風，在爐頂加料和取料；②平地筑爐；③豎爐，有的可以排渣。

世界各地區不同時期的煉鐵技術可以通過對各地發現的爐渣的分析得到反映（見表）。從表中可以明顯看出，中國古代煉鐵技術所用的方法不同于其他地區。石灰熔劑的使用提高了爐渣中氧化硅、氧化鈣的含量，大大降低了渣的熔點和渣中的含鐵量，有利于獲得生鐵。

中國古代冶金的其他成就

鑄造技術

繼青銅器之后，中國古代廣泛使用了鑄鐵。只是在需要精細的飾物或大型高強度器件（如刀、劍、大錨）的情況下，才使用鍛造器件。中國古代的鑄師發展了一系列卓越的技術。

陶范和鐵范

中國和其他國家一樣，鑄造是從使用石范開始的，以后使用了銅范。商周青銅器大量使用陶范。它可用母模復制，便于大量生產。模和范經過焙燒，比較堅固，為青銅器的鑄造創造了優越的條件。中國鑄造技術的先進性還表現在戰國時期出現的用金屬模制作鐵范，然后利用鐵范進行大規模生產。這一先進技術實現了產品的規范化和批量生產（圖21、圖22）。

疊鑄

約在公元前2200年，西亞地區發明了一范多型，可以同時鑄造若干器件的石范。中國甘肅玉門出土的屬于火燒溝文化的石范（見彩圖），已能同時鑄造兩個箭鏃。戰國時用這種方法鑄造錢幣，后來進一步發展成多層范片相疊,一次鑄造多件的疊鑄方法(圖23、圖24)。這是繼鑄造生產規格化、批量化后，進一步提高工效的重大發展。

精密鑄件

陶范的使用和高度的鑄造技術水平，鑄成了音調準確的雙音編鐘,面積大而厚度很薄的銅鼓(見彩圖),細達0.1毫米的越國青銅劍劍首底部的環紋(見彩圖)。戰國初期還用失蠟法鑄造出曾侯乙墓尊盤這樣的精美制品。（見彩圖）

大型鑄件

豎爐冶煉的強化，提高了液態金屬的鑄造溫度；焙燒工藝的采用，提高了泥范的強度，為大型鑄件的生產創造了條件。中國早在商代就鑄造出許多重量在百公斤以上的各種銅器。唐代以后又發展為鑄造大型鐵件。如鐵鑊(江蘇揚州)、當陽鐵塔（湖北當陽，分段鑄造）、滄州鐵獅(河北滄州)、鐵人（河南登封、山西太原）等。到了明代出現了重達46.5噸的北京永樂大鐘，和分段鑄成整體重達76噸的河北正定銅佛。

金屬表面裝飾技術

從春秋時代開始，各種金屬表面裝飾工藝進一步發展。

錯金與鎏金

春秋中葉以后，開始在青銅器表面嵌鑲不同色澤金屬如銅片，后來發展為鑿有細紋和藝術化的文字（鳥篆），紋內嵌入金（銀）絲的錯金（銀）技術。(見彩圖)戰國初期（公元前5世紀）,中國發明了金（銀）汞齊鎏金（銀）的技術（見彩圖）。在歐洲，這一技術見于公元前半世紀的記載。表面著色和氧化

中國至遲在戰國初期，發明了將青銅器表面氧化成墨黑色的技術，或用以防銹，或作為花飾。湖北江陵出土的越王勾踐劍，許多地方出土的吳王劍和吳國劍都有黑色花紋。秦漢時期有些箭鏃、劍格也使用了這種技術。后來在銅器表面刻槽作畫，槽中用鎏金（銀）辦法“走金”或“走銀”；有的將表面著色；以及制出著名的云南烏銅器（圖25）。其他金屬及其合金

中國古代除了使用銅、錫、鉛、金、銀外，還發明了銅鎳合金（白銅）的冶煉技術，鋅的冶煉和水法煉銅的技術，發明了砷白銅和補牙用銀汞齊等技術。

白銅

原指銅鎳合金。東晉常璩所著《華陽國志》記載：“螳螂縣因山而得名，出銀、鉛、白銅、雜藥”。螳螂縣在今云南會澤巧家一帶，附近東川產銅，四川會理力馬河、青礦山有古鎳礦遺址。此后，至遲在明代將金屬鋅加入銅鎳合金得到似銀合金。含銅40～58％，鎳7.7～31.6％,鋅25.4～45％的合金被稱為白銅或中國白銅。白銅出口到歐洲，1822年蘇格蘭法伊夫（Fyfe）分析中國白銅，得知是銅、鎳、鋅合金，后來由德國進行仿制,發展成為重要電阻材料,稱為“德國銀”（銅25～50％，鎳5～35％，鋅10～35％）。

銅砷合金

含砷高的銅砷合金色白,具有較好延性。李時珍（1518～1593）、宋應星（1587～?）在著作中都記載了用砷冶煉白銅。在此之前宋代已有可以解釋為砷白銅的記載。在中亞、埃及和歐洲曾由于使用含砷或鎳的銅礦物為原料，在應用錫青銅以前使用含有少量鎳或砷的銅器，后來為錫青銅所取代。中國鎳白銅或砷白銅的發明與此不同，是有目的地加入含所需元素的礦物，冶煉成所需的合金。

鋅的冶煉

中國在冶金上的另一貢獻是金屬鋅的生產。中國明代以后稱鋅為倭鉛。中國在16～18世紀已經向歐洲出口含鋅99％的鋅錠。20世紀70年代，云南和貴州尚有古代流傳下來的與《天工開物》所記載相似的煉鋅方法──坩堝煉鋅法（圖26、圖27）。這個方法的基本原理在世界各國一直應用到電解制鋅法的出現。

膽銅法

漢初已有“曾（白）青得鐵化為銅”的記載，即硫酸銅（曾青）與鐵反應，可以析出銅。用此原理生產銅的方法稱為膽銅法，在北宋得到廣泛應用，并且有專著《浸銅要略》（已失傳）。這種方法一直到現在還在應用。

牙用銀膏

在牙科中應用銀汞齊是中國古代冶金的又一成就。唐代《新修本草》(公元659年)記載銀膏(銀錫汞合金)可以硬化,并用以補牙。這種合金的制成當與魏晉南北朝煉丹有關。1826年在法國開始應用補牙合金，1833年傳入美國。

中國古代冶金發展的特點

中國冶金的發展和西亞、中亞、歐洲走著不同的道路。

在中國,尚未發現早期使用含砷銅、鎳銅的階段。青銅冶煉的一個特點是銅錫合金和銅鉛合金同時并用，早在齊家文化（約公元前2000年）的青銅器中，就有了這兩種不同的合金。

在鋼鐵方面，世界上長期采用固態還原的塊煉鐵和固體滲碳鋼，而在中國，鑄鐵和用生鐵制鋼一直是主要的方法。由于鑄鐵和生鐵煉鋼法的發明和發展，中國的冶金技術在明代中葉以前一直居于世界先進水平。使用木風箱和焦炭煉鐵、生鐵煉鋼、鋅和鎳白銅的冶煉、永樂大鐘的鑄造等，都標志著古代中國冶金技術的卓越水平。

在另一方面，中國雖然是世界上主要產銻國，但迄今未發現文獻記載或出土的銻和銅銻合金。硫化銻是古希臘和羅馬時代作為服飾的化妝品。早期（公元前1800年以前）青銅偶有銻達15％。公元一世紀普林尼和戴奧斯科瑞德（Dioscorides）都曾提到銻礦石與木炭一起加熱過度時，成為“鉛”，即金屬銻。阿格里科拉（G.Agricola）在1550年所著的DeNaturaFossilium中提到用銻錫合金作為印刷字模。

中國古代另一個未曾使用的金屬是鉑。鉑以鉑砂狀態自然存在,中南美印第安人很早就使用鉑的合金,印加人在哥倫布1492年發現新大陸以前已煉出含鉑18～72％的合金。西班牙人侵入美洲后得識鉑的存在，成為歐洲人所熟知的第8個金屬（前7個金屬為金、銀、銅、鐵、錫、鉛、汞）并于1803年用于硫酸的濃縮皿。

近代冶金技術的發展

15世紀末至16世紀初，西歐社會生產力已經有了顯著發展，手工業技術不斷得到提高，風車、水車的發明并應用于鼓風、排水、提升,使礦冶業得到新的動力,大大提高勞動生產率。這一時期歐洲的礦冶技術詳細地記載于兩部名著中,即比林古喬（V.Biringuccio）的《火法技藝》（Pirotechnia）和阿格里科拉的《論冶金》(DeReMetallica)。產業革命開始以后,對金屬的需求大大增加，也促進了冶金工業的進一步發展。

15世紀初期，煉鐵高爐在歐洲迅速發展，主要特點是加強鼓風,加大爐身,增大燃料比。17世紀以后，爐身高達6～9米,日產鐵1噸左右。水力鍛錘也不斷加大，到19世紀已達600～700公斤。蒸汽機的發明(1755)改善了鼓風，達比(A.Darby)用焦炭代替木炭煉鐵成功(1709)，強化了冶煉過程，使鐵的產量迅速增長。尼爾森（J.B.Neilson）采用熱風煉鐵，焦比降低,而生產效率成倍提高（1828），進一步降低了燃料消耗，使煤鐵比從8.00（1829）降低到2.88（1833，風溫315℃）。

17世紀初，北歐和西歐開始用生鐵炒煉熟鐵。到18世紀中葉，英國開始（1744）大量用生鐵冶煉熟鐵，利用水力鼓風對熔化的生鐵進行脫碳，然后鍛造排渣，成為低碳熟鐵。這時鋼仍用固態還原得到的海綿鐵進行滲碳制取,少量的高級用鋼如鐘表發條、剃刀等的用鋼,則使用坩堝法煉制。19世紀中葉，英國有炒熟鐵爐3400座，每爐產鐵達到1.6噸。英國當時的熟鐵產量占中國以外的世界熟鐵產量的一半。除作為結構使用外，在1820年左右，用軋制的熟鐵鐵軌代替1767年開始使用的鑄鐵鐵軌和1808年開始使用的韌性（可鍛）鑄鐵鐵軌。

貝塞麥（H.Bessemer）在英國,凱利（W.Kelly）在美國嘗試向鐵水吹入空氣的方法進行煉鋼。貝塞麥開始時使用固定坩堝(圖28)，后來采用轉爐（圖29），于1856年取得了初步成功，但由于試驗所用的是低硫鐵礦，而其他鐵礦含硫較高，貝塞麥的專利開始時不能得到廣泛應用。馬希特父子(R.F.&D.Mushet)利用加錳鐵脫氧，并消除了硫含量高帶來的熱脆，使貝塞麥轉爐煉鋼完全取得成功，到1873年英國轉爐鋼產量已達50萬噸。轉爐鋼于19世紀中葉大量用于制造鋼軌。但是轉爐還面對著除磷的問題，即不能以高磷鐵作原料。托馬斯（S.G.Thomas）和吉爾克里斯特（P.C.Gilchrist）利用堿性爐襯和爐渣，即后世稱之為托馬斯法，于1879年解決了這個問題，所產的鋼被英國商業部批準用于建造大型橋梁。

西門子兄弟(K.W.&F.Siemens)用斯特林(Stirling)1916年創造的爐氣余熱再生方法（這種方法廣泛用于玻璃工業），于1855年發明了蓄熱室,提高反射爐爐溫,煉出液體鋼水，取代坩堝制鋼法（但在英國未能完全代替炒拌熟鐵爐）。1864年法國馬丁(P.┵.Martin)終于使這種爐子（后世稱為平爐）代替了炒鋼爐（圖30）。托馬斯轉爐煉鋼和平爐煉鋼是近代煉鋼工業的基礎。20世紀50年代初，利用德國杜雷爾(R.Durrer)及其學生在煉鋼轉爐頂部吹入氧氣代替空氣的方法發展成為最早的氧氣頂吹轉爐煉鋼的方法（LD法），在奧地利林茨(Linz)和多納維茨(Donawitz)的工廠投入生產；60年代進一步將底吹法應用于氧氣轉爐，成為氧氣底吹轉爐煉鋼法。70年代發展為頂底復合吹煉，和頂部或底部吹入煤粉增加熱量的方法。隨著科學技術和工業的發展，新的冶煉方法和精煉方法不斷出現。1866年德國發明了發電機，它的出現使電解法提純銅的工業方法得到實現(1869)，從而滿足電氣工業對高純銅的需要，也開創了電冶金這一新領域。埃魯(P.L.T.Héroult)在1899年首先用電弧爐煉鋼。雖然低頻感應爐早在1877年已經出現,但沒有得到發展;諾思拉普(J.K.Northrop)所發明的高頻感應爐煉鋼(1927)終于取代坩堝法成為高合金鋼生產的普遍方法，并使真空冶煉成為可能。

工業的發展促進了對新材料的需要，新的金屬不斷投入使用。繼鎢鋼（1882，后來發展為高速工具鋼）之后，相繼出現了高錳耐磨鋼和錳鋼(1887～1889)，接著又出現了轟動工程界的鎳鋼(1889)和耐蝕鉻鋼（見不銹耐酸鋼）。在非鐵金屬方面，包括輕金屬(鋁、鎂、鈦)，難熔金屬（鎢、鉬、鋯、鉿、鈮、鉭），稀土金屬、放射性元素等，在18、19世紀已經先后發現。

從19世紀初，戴維(H.Davy)成功地電解了熔融的氫氧化鈉、氫氧化鉀，得到金屬鈉、鉀(1807)，開創了熔鹽電解方法。1886年美國霍爾(C.M.Hall)和法國埃魯分別將氧化鋁加入熔融冰晶石，電解得到了廉價的鋁。經過將近一個世紀，鋁已成為用量僅次于鐵的第二大金屬。

鈦是另一個由于科學技術發展的需要進入工業生產的金屬。1791年發現鈦以后，1825年用鉀還原氟鈦酸鉀獲得金屬鈦，1910年用鈉還原法從四氯化鈦制得純鈦。40年代用鎂代替鈉作還原劑，并使鈦的大量生產和真空熔煉加工等技術逐步解決后，鈦及鈦合金的廣泛應用才得到實