为了改善块炼铁质软的性能，除了冷加工锻打硬化外，在铁料中加入碳等合金元素可以增加其强度。在块炼铁发明不久，就有了处理铁使其在产品表面钢化而提高强度的技术。块炼铁在炼出后经过加热锻打，以挤出非金属夹杂物并最终锻成器物。在反复加热锻打过程中，因与炭火接触，碳渗入铁中，使之增碳变硬，形成渗碳钢，可用以制作兵器或工具。块炼渗碳钢有以下特点：钢中含有大块的条状氧化亚铁-铁橄榄石型硅酸盐共晶夹杂物；钢中含锰、磷、硅等元素很低且分布不均匀；钢的断截面显示固体表面渗碳形成的分层现象。块炼渗碳钢的使用，对冶铁技术的传播和发展起了重要作用。

公元前1800年的土耳其安纳托利亚的卡曼-卡勒赫于克（Kaman-Kalehöyük）遗址出土有已知世界上最早的块炼渗碳钢。早期的块炼渗碳钢，含碳量较低，组织不均匀，说明当时的渗碳处理不是有意进行的。公元前14世纪以后，块炼渗碳钢逐渐传入中国，在甘肃临潭磨沟遗址、新疆哈密焉不拉克墓地、河南三门峡虢国墓地、陕西韩城梁带村遗址发现有块炼渗碳钢产品，但公元前3世纪后由于用生铁作原料的炒铁技术的出现而逐渐减少。不受中国文化影响的地区，一直到14世纪还在使用块炼渗碳钢。