在科学还没有诞生的古代，无论是农业、商业还是手工业，都处于“靠天吃饭”的状态中。一个国家的某项事业是否兴旺，首先取决于该国有没有从事这种事业的自然条件。所以，凭借便利的交通和较少的人口，雅典可以用古代海商业来支持国家经济，而离东地中海商业要道相对较远，人口相对较多的罗马就不能；雨量适中，土地肥沃的中国可以发展出发达的农业，而极端干旱，遍地沙漠的阿拉伯就不能；银储量极多的阿兹特克可以将银作为货币和普通的饰物，而缺乏银矿的中国显然不能。
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冶铁业也不能例外，虽然铁在地球上是一种常见的金属，但本国铁矿脉的大小、铁矿石的质量好坏、铁矿开采的难度，仍然是制约一个国家冶铁工业的首要自然资源条件。铁资源质量好、数量大的俄罗斯、印度、澳大利亚、巴西，是铁矿石的重要出口国；英、法、德、三国之所以能够建立起发达的资本主义工业，重要的原因在于它们都是铁资源丰富的国家；而历史上的名刀，其原料必然来自铁矿石质量优越的地区，如印度、日本。
在铁兵器使用初期，人们都还没有熟练掌握冶铁技术，谈不上用专门的冶金工艺来改善铁器性能，这时，铁矿石质量的好坏便直接决定了铁兵器质量的好坏。对于世界上其他文明古国来说，这不是一个问题，因为铁矿是相当常见的，并且，世界铁矿的一般水平是富矿占矿产总量的５０－６０％左右，也就是说，一般人们开两个矿，就会遇到一个富矿。富矿的矿石含杂质少、易于锻造、制出的铁器性坚韧，对于制造铁兵器相当有利。即使是块炼铁，也能够压倒青铜兵器（各文明古国的青铜兵器都没能够发展到象中国那种水平）。所以各文明古国接受了先进文明传来的冶铁技术之后，在本国富铁矿的支持下，都很快的用铁兵器取代了铜兵器。
中国却与众不同。其自然资源具有这样几个特点：贫矿、难选矿、综合矿多，富矿、易选矿、单一矿少。而铁资源正是最好的例子：蕴藏量虽多（探明储量５０１亿吨），但易采易选的贫矿多、需综合利用的多组分矿石多、富铁矿资源少、可直接入炉的高炉富铁矿不到探明总储量的３％！并且矿石普遍含有较多杂质，如硫、磷等，甚至有少数矿石含有铀元素，硫会使铁变脆，在稀土族元素被利用到冶铁业之前，一直是该行业的梦魇。
现在就战国时期主要的几个大国境内的铁资源情况作逐一介绍，以使网友们了解铁器取代铜器时期华夏人所面临的特殊困难：
楚所在的湖南，１９９２年底探明储量中，高炉富铁矿仅占综合保有储量的０．９１％，在工业储量中仅占０．８６％。难选的沉积变质赤－磁铁矿及赤铁矿贫矿占 72% 。
韩国所在的河南，探明储量10.98亿吨， 保有储量10.63亿吨，其中96.2%为贫矿。185 处铁矿中，富矿产地仅９处，储量3672.3万吨，贫矿石＋需选的高炉高硫、高炉高磷矿石共计占矿石总量的99.74%，平炉富矿仅274.3万吨，只占矿石总量的0.26%。矽卡岩型铁矿位于安阳、林县、桐柏、沁阳等地，矿石相对较富，成为韩、楚两国素称锋利的铁兵器的重要原料产地。
燕所在的河北：１９９０年底，累计探明储量82.9亿吨，其中工业储量（A+B+C级）42.5亿吨，贫矿 77.1亿吨，占总量的 99.6%，但易采、易选、具有较高开采价值，在开矿技术原始的古代，这成为燕国制造铁兵器的一个优势。富矿保有量仅 0.3亿吨，占总量的 0.4%。
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吴、越及后来的楚国的辖地浙江，全省探明储量 9850.4吨， A+B+C级储量 4681.3万吨，Ｄ级储量 5169.1万吨，保有储量 7454.2万吨，其中 A+B+C级 2440.1万吨，Ｄ级5014.1 万吨。该省的铁资源较少。
秦国所在的陕西，全省探明储量 6.50亿吨，其中0.2%为富矿，富矿占资源总蕴藏量的 1.33% 。并且陕西铁矿多位于秦巴山地，开采不易。这就是嬴政陵出土铁兵器仅相当于铜兵器数量万分之一的重要原因。
中国缺乏富铁矿的现状是由中国地质发育的特点决定的。首先，中国缺少形成大型风化壳型矿的物质基础，目前在南方尚未发现形成该类型铁矿所需的１８－２５亿年前的地层。在北方该时代地层很不完整，支离破碎，面积不大；其次中国发现的大量贫铁矿虽形成于２５亿年前，但变质很深，抗风化力强，缺少长期风化淋滤的地质环境。只有新疆存在３８亿年前的地层，面积占全疆１／４，还有可能找到大型富铁矿。不过这跟中国铁兵器取代铜兵器的历史没有一点关系。
目前世界上拥有富铁矿最多的前苏联地区、澳大利亚、巴西、印度，都具有大型、特大型风化壳型优质富铁矿。在历史上，印度是大马士革钢的产地。而苏联的钢甲在二战中是世界闻名的。
很显然，在没有科学的古代，中国人是无法象现代这样选矿的，也不可能利用商业引进数量足够的铁矿石。唯一的办法只有尽量利用现有的贫矿。对于农具和工具来说，中国铁主要的问题：脆，并不是太大的缺点。因为农具要对付的不过是土地和草木，折断的危险很小；工具中很多对付的也不过是木头，即使用于金属加工的工具，如在铜器上刻画的铁刀，也不会遇到横向的冲击力，折断的危险同样很小，并且铁凿、铁刀之类工具，要求能破开石头或割入铜器，硬度的要求才是第一位的。而且，下面还要讲到，中国人还对生铁技术进行了有效的改进。
但兵器则不然，对于剑、戈、戟等武器来说，它们经常彼此碰击，因此不能够脆，必须坚韧。然而，中国贫铁矿中的杂质，使得铁器的机械性能极差，在块炼铁时代，这个缺点更加显得突出。因此在中国人还没有发展出足够先进的冶铁技术之前，中国地区只能利用极少数富矿中的矿石来锻造兵器，在这种情况下，战国时期及以前的铁兵器不可能普及，它们只是战争舞台上的配角。
本节参考书：
《中国自然资源丛书》 中国自然资源丛书编撰委员会 编著中国环境科学出版社１９９４年开始出版综合、矿产、湖北、湖南、河北、河南、浙江、陕西诸卷
青年文库之《中国地理知识》分册 第３１６－３２０页、第３３０－３３３页 《矿产知识》分册
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《失落的文明》丛书 巴比伦 古希腊古罗马犹太王国各卷
《中国地图册》 地图出版社１９６６年第一版 １９７９年１２月第四版１９８１年１２月山西第１１次印刷
《世界地图册》（压膜本）地图出版社编制出版 １９７２年７月第２版 １９８２年８月西安第４次印刷
剑胆琴心——中国青铜剑第一网 网址：jdqx21cn.nease.net
中国人为改变命运而进行的努力
恩格斯说：“最初的铁往往比青铜软，所以石器只是慢慢消失的。”这是欧洲的情况，而在中国，铁工具和农具普及较快，兵器却普及较慢。
中国绝大多数的铁矿石品质都很恶劣，但偶然遇到富矿而打造出来的铁兵器的锋利坚固，仍给中国人以很深的印象（这成为那些铁剑传奇的最初来源），他们开始尝试着使用铁兵器。为了使铁兵器变得像传说中的神剑那样优秀，工匠们进行了不懈的努力。
铁（繁体字为“鐵”）音ｔｉｅ３，化学元素［周期系第Ⅷ族（类）元素］符号Ｆｅ，原子序数２６，银白色。相对密度７．８６。延展性良好。纯铁的磁化和去磁都很快。含杂质的铁在潮湿空气中易生锈。溶于稀酸，浓硝酸或冷的浓硫酸能使铁纯化。加热时能同卤素、硫、磷、硅、碳等非金属反应，但同氮不能直接化合。氮化铁需在氮气中加热生成。铁的化合价一般为＋３价和＋２价。重要矿物有磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿、黄铁矿、铬铁矿等。中国铁矿储藏量丰富，但贫矿占绝大多数。纯铁可以用氢气使纯氧化铁还原而得。工业用铁是将铁矿石、焦炭和助燃剂（如石灰石等）置于高炉中冶炼而得，其中常含有碳、硫、磷、硅等元素。根据含碳量不同，可分为生铁（亦称“铸铁”含碳２％以上）、工业纯铁（含碳量一般在０．０２５％以下）和钢（含碳量在０．０２５％－２％之间）纯铁用于制造发电机和电动机的铁芯，铁粉用于粉末冶金，钢铁用于制造机器和工具。铁及其化合物还用于制磁铁、药物、墨水、颜料、磨料、染料等。铁是铁器时代之后经济建设和军事建设最重要的金属，并且是生命必须的微量营养元素。
生铁：含碳２％以上的铁碳合金，由铁矿石在高炉内冶炼而成。除碳外，还含有硅、锰及少量磷、硫和其他元素。特点是性硬而脆、不能展延、锻造。
熟铁：又称锻铁，含碳０．２％以下。由铁矿石用碳直接还原，或由生铁经过溶化并将杂质氧化得到的产物。前者冶炼温度很低，采用较早，后者温度较高，但生铁去碳后由于熔点增高而变稠。两者都不易使杂质同铁完全分离，所以固体中常含有少量的渣，在加工之后显示纤维组织。特点与生铁正好相反：较软，但延展性佳。
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钢：含碳含碳量在０．０２５％－２％之间的铁基合金的总称。常含有锰（一般含量０．１％～２％）、硅（一般含０．４％以下）、磷、硫（两者一般各不超过０．０５％）等杂质。不含合金元素的钢称为碳素钢。含有一种或以上合金元素的钢称为合金钢。钢兼具硬度和延展性，是最理想的冷兵器材料。
自然界中没有天然铁块，人类最初使用的是陨铁，陨铁就其性能来说，并不理想。而且来源没有保证，显然不能取代青铜。中国在前１３世纪已经有了铜柄陨铁刃的大斧，但之后４个世纪都没有其他铁器发现，证明了陨铁不被人重视。
后来，两河流域的人们使用了块炼铁技术。此法以地炉、竖炉为之。地炉的直径一般为４０厘米，深２０厘米。冶炼时铺一层木炭，铺一层铁矿石，再铺一层木炭，这样一层一层地堆积起来，然后将木炭点燃，冶炼后取出全部炉料，经过锻打分离炼渣，或者先行破碎，分选之后烧结锻造成锭。铁矿石中的铁一般呈氧化物状态。在一定温度下，铁矿石中的氧化铁与还原剂（木炭及其它燃烧物所产生的一氧化碳）接触，便可逐渐还原为铁。大约５００－６００度以上开始还原，到１０００度左右，就可以得到含碳量很低的固体铁块。这种铁块是软的、海绵似的熟铁块，结构疏松，表面有很多孔隙。孔隙中夹有矿石本身存在的许多氧化物，需要在锻铁炉中烧红后，经过不断锻打，才能挤出一部分或大部分杂质，取得较纯的熟铁块，锻造成各种铁器。
块炼铁无论是在外国还是在中国都首先被运用在兵器上。目前出土的中国最早的铁剑的时代是西周晚期，因此可以审慎的把中国块炼铁技术出现的时间定在西周早期，只是由于前面说过的原因，这项技术长期没有推广，铁兵器开始受到中国人重视是在几百年后的春秋晚期。
在块炼铁多次加热中由于同炉火接触而触碳变硬，人们由此逐渐总结出了块炼铁渗碳增成钢的经验，即“块炼钢”冶炼技术。渗碳、反复叠打、快冷或淬火都可以使钢铁变硬。在１４世纪之前，块炼铁／钢法一直是中国文化圈以外用铁民族普遍采用的炼铁方法。
中国最初使用的也是块炼铁法，但在前六世纪左右已经发明了生铁铸造法。目前发现最早的生铁制造物是江苏六合县东周墓出土的铁丸。最早的铸铁器是在长沙窑岭一座春秋战国期间墓中出土的由麻口铁铸成的铁鼎。
生铁由铁矿石和木炭在高大的炉内通过高温熔炼而成。在冶炼过程中铁矿石（各种氧化铁）在一定温度下与高温还原剂（木炭及其燃烧产物一氧化碳）接触，就可以逐步的还原出金属铁。还原生成的固态铁吸收碳后，熔点也随之降低。当含碳量达到２％时，熔点降至１３８０摄氏度。当含碳量达２％时，熔点达到至低点１１４６摄氏度。利用鼓风技术使炉温升高到１１００－１２００摄氏度以上，可得到液态铁水流集于炉底，其上覆盖的一层铁渣保护铁水不再被氧化。铁水从炉底流出冷却成块，就是生铁。
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生铁含碳量较高，质硬而脆，最初只能用来铸造一些粗笨的东西，如铁鼎之类。锤锻则易坏。显然，用它来制造兵器是不可能的。
在得到块炼铁技术后不久就发展出了生铁铸造技术是中国的特有现象。罗马人也曾偶然炼出过生铁，但却把它当作废品抛弃了。大概其他国家看不上这种不能做兵器的脆铁，而中国人意识到了它在生产方面的巨大作用。并且中国的青铜铸造技术也是比较先进的，其中对生铁铸造十分有用的是鼓风技术。最早的鼓风工具是一种用牛皮制成的大皮囊，叫做“橐”。人们手拿橐的把手，使它一张一合，把风鼓入炉中，把炭火吹旺，使金属熔化。开始是一人一橐，通过一个进风管鼓风。大约在春秋末期，又发明了多管鼓风方法，就是把许多橐排起来，通过几个进风管，一起向炉里鼓风。这种多管鼓风工具就叫做“排橐”。中国人很聪明的把青铜铸造术“嫁接”到冶铁上面，使生产力得到了极大提高。后来又出现了用畜力代替人力的鼓风机具，叫做“马排”。但是所花费的畜力也相当可观，据古书记载，熔化一次矿石，需要上百匹马来拉鼓风机。耶元31年，南阳太守杜诗召集工匠，组织设计、制造了水排，即水力鼓风机。水排能够节省人力、畜力，降低建立大型冶炼场的成本。鼓风技术的出现和改进对于提高炉温是不可缺少的。
不过正如前面所说，生铁铸造兵器是不可能的，解决的办法有三种。
第一种是两河流域的老办法：块炼钢技术。这是最可靠、最成熟的一种办法。中国人利用了它。１９７６年在长沙杨家山春秋晚期墓中出土的钢剑，是这种技术的证明。它长３８．４ｌ厘米，宽２－２．６厘米。从剑身断面上可以看出反复锻打的层次，中部由７－９层迭打而成。这是用块炼铁打成片后进行固体表面渗碳，使两面形成高碳层，中间夹着低碳层，经过对折锻合，并用若干片迭搭锻打成长剑，钢的含碳量为０．５％－０．６％，金相组织均匀，可能进行过热处理。这把剑的制作工艺可以使我们联想到同期中国的复合剑。
第二种是钢铁热处理技术。早期生铁为白口铁，其中的碳都以硬度很高的化合态的渗碳体形态存在的，使生铁性硬而脆，铸造性能好，但强度不够，为克服其脆性，战国早期创造了白口铁柔化处理技术。所谓“柔化”就是将生铁铸件进行退火处理，即将生铁铸件加热到高温，保持较长的时间缓缓冷却，就会适当降低其硬度和脆性，增加其可塑性和冲击韧性，从而得到可锻铸件。依处理条件不同可以分为白心韧性铸铁和黑心韧性铸铁。前者是在大约７５０摄氏度左右的较低温度下进行退火脱碳处理而得到的白心韧性铸件，也叫做脱碳可锻铸铁；后者是在９００摄氏度左右较高退火温度和３－５天较长退火时间处理下，使渗碳体石墨化而生成的黑心韧性铸件，也叫石墨化可锻铸件，石墨以团絮状存在。
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这种经退火而使铸件柔化的技术，既保持了生铁易于铸造的优点，又增强了铸件的强度及韧性，刚柔结合，大大增加了铁器使用的寿命，使生铁的广泛运用成为可能，加快了铁器代替青铜器的历史过程，战国中晚期，这种工艺较普遍的应用到农具和兵器的生产上，大冶铜绿山、河北易县燕下都出土的铁锤、斧、锄、镢、锛、（钅尃）、（钅尊）等礼器、用具、工具、农具，是钢铁热处理技术这时已经存在的证据。
中国人在生铁技术上的天才是令人惊讶的，我们可以比较一下，在世界上第二个发明白心韧性铸铁的是法国，在１７２２年；而黑心韧性铸铁是由美国第二个发明的，在１８２６年。
然而，经过热处理的生铁，终究也只是生铁，还是不很合适制造兵器，对于兵器来说，最理想的是材料是钢。中国人很快又发现：含碳量高的白口生铁铸件，在氧化性气氛中脱碳退火，将含碳量降低到钢的范围，而不析出或很少析出石墨，也可以得到钢。铸铁脱碳钢技术在战国初出现，洛阳水泥制品厂出土的战国早期铁锛，就属于铸铁脱碳钢技术早期的产品。
问题依然存在：块炼渗碳钢件或退火过分的铸铁脱碳钢件，坚硬程度可能不足，这就迫使人们在实践中摸索出钢的淬火处理工艺，钢的应用和淬火是分不开的。战国晚期，淬火技术得到运用。所谓淬火，指钢件加热到高温之后使之急速冷却（常见的是浸入冷水或冷油中）经淬火处理的钢件，质地就变得坚硬，如是兵器，刃部将更锋利。淬火的冷却剂，起初都用水，后来拓展到动物脂肪和尿。尿中含盐分，冷却能力比水强；用脂肪淬火，高温时冷却快，低温时冷却慢，，用这两样东西淬火，可能得到性能良好的钢件制品。燕下都的铁兵器都经过淬火处理。
如上所述，到了战国后期，制造兵器的钢铁的冶炼技术难关已经逐步被攻克，中国铁矿石品质低劣的困难初步被克服。铁兵器普及已经不存在大的问题了。这时，铁兵器终于可以与铜兵器一较短长。但自然资源条件这个问题再一次显示了它的威力。还是因为铁矿石的品质问题，经过多次改进的中国铁兵器在生产性能上已经超过铜兵器，但在锋利程度上还不能完全压倒成熟的铜兵器。很显然，不在质量上进一步提高，铁兵器的优势就不能完全发挥。
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