Теоретически можно было использовать и теллурическое, т.е. земное самородное железо (его появление, преимущественно в базальтовых скалах, объясняется взаимодействием оксидов железа с органическими минералами). Но практически использование теллурического железа невозможно, ибо оно встречается крайне редко, причем в мельчайших зернах. Метеоритного железа значительно больше. Метеоритную природу тех или иных железных изделий металловеды определяют по повышенному содержанию никеля: если никеля более 4%, то сырье считают метеоритным, ибо в метеоритном железе в среднем содержится от 5 до 10% никеля, тогда как в рудном — не более 0,2%.

В связи с высоким содержанием никеля метеоритное сырье обрабатывалось преимущественно холодной ковкой — по аналогии камнем, и из него делали в основном единичные украшения. Однако последние годы в науке появилось вполне обоснованное мнение, что некоторые изделия из метеоритного железа были получены результате применения горячей ковки.

По последним данным, наиболее ранние железные изделия появились на Ближнем Востоке и датируются еще V тыс. до н.э. Это предметы из одного из погребений культуры Самарра в Северном Ираке: 14 небольших изделий типа бусинок или сферических шариков с семипроцентным содержанием никеля — вещи, несомненно сделанные из метеоритного железа, а также какой-то четырехсторонний инструмент, который, по мнению исследователей, был сделан из рудного железа (это, конечно, исключительный случай). Существенно больше изделий относится к периоду раннего бронзового века. Изделия из метеоритного железа, датируемые к. IV — н. III тыс. до н.э., происходят из Египта (в частности, бусы из Герца — поселения додинастического периода — и из Медумы — могильника того же периода), а также из Месопотамии, где в ряду наиболее ранних вещей надо указать кинжал с клинком из метеоритного железа, с рукоятью, окованной золотом; он происходит из царского могильника Ура (из гробницы Мескаламдуга, датируемой сер. III тыс. до н.э.). Весьма ранние железные вещи происходят и из Малой Азии: это метеоритная булава или навершие из Трои периода 2600–2400 гг, а также вещи из погребений могильника Аладжа-Гююк периода 2400–2100 гг. до н.э. (в их числе железный кинжал с окованной золотом рукоятью, лезвие которого, ранее считавшееся метеоритным, не так давно было подвергнуто металлографическому анализу, показавшее у крайне низкое содержание никеля, что говорит в пользу его рудной природы; метеоритные булавки с золотой головкой, подвеска и несколько фрагментов изделий). В ряду наиболее ярких ранних вещей из метеоритного железа находятся и известные вещи из гробницы Тутанхамона, датируемой около 1375 г. до н.э.: кинжал с железным клинком и золотой рукоятью, железная вставка в золотой браслет («око Гора») и вставленные в деревянную основу тонкие магико-хирургические железные инструменты.

2-ая, важнейшая стадия процесса в освоении железа — это открытие и совершенствование сыродутного процесса, позволявшего восстанавливать железо из руд. Этот процесс осуществлялся в специальных печах, куда загружались железная руда (гематит или магнетит) и древесный уголь, разжигавшийся при подаче воздуха, имеющего атмосферную температуру (отсюда название «сыродутный»). Первоначально сыродутный процесс осуществлялся в ямах, обложенных огнеупорной глиной или в каменном очаге, затем стали строить шахтные печи из камня или кирпича, с использованием глины или земли. Сыродутные печи могли работать на естественной яге (в особенности если они сооружались как небольшие пещеры в клонах холмов), но с развитием металлургии все чаще применялось накачивание воздуха мехами через керамические сопла. В открытые ямы этот воздух поступал сверху, в печи — через отверстие, оставленное в нижней части конструкции.

Сначала разжигали уголь, насыпанный на дно горна или печи, затем сверху загружали попеременно слои руды и того же угля. В результате горения угля выделялся газ — окись углерода, которая, проходя через толщу руды, восстанавливала окислы железа. Сыродутный процесс не обеспечивал достижения t плавления железа (1537 градусов по Цельсию), а максимально доходил до 1200 градусов (это была своего рода «варка» железа).

Восстановленное железо концентрировалось в тестообразном виде на самом дне печи, образуя так называемую горновую крицу — железную губчатую массу с включениями несгоревшего древесного угля и с многочисленными примесями шлака (при этом в более совершенных вариантах сыродутных печей жидкий шлак выпускали из горна по желобу). Из крицы, которую в раскаленном виде извлекали из печи, можно было изготавливать изделия только после предварительного деления этой шлаковой примеси и устранения губчатости.

Поэтому непосредственным продолжением сыродутного процесса были холодная и, главное, горячая ковка, состоявшая в периодическом прокаливании кричной массы и ее проковывании. В результате создавались крицы-заготовки.

Исследователи полагают, что открытие сыродутного процесса произошло в результате того, что при выплавке меди или свинца из руд в плавильную печь, помимо медной руды и древесного угля загружались (в качестве флюсов) железосодержащие породы, в первую очередь гематит. В связи с этим уже при медеплавильном процессе могли получаться первые крицы, и не исключено, что медеплавильные печи могли иногда приобретать и вторую функцию — сыродутную.

Наиболее ранние случаи использования сыродутного процесса связаны с территорией Передней Азии, в особенности Малой Азии. При этом производство изделий из метеоритного железа продолжалось.

Открытие сыродутного процесса — важнейший шаг в освоении железа, ибо его руда, в отличие от медной и оловянной, встречается повсюду, но получить железо из руд значительно сложнее, чем медь. Сыродутный процесс постоянно совершенствовался: увеличивались объемы печей, интенсифицировалось дутье и т.д. Но железные вещи еще долго уступали бронзовым в твердости, поскольку кричное железо почти не содержало углерода, и поэтому предметы из него были слишком мягкими. Даже после очистки от шлака кричное железо лишь немногим тверже чистой меди, а чтобы сделать его тверже бронзы, требовалась многочасовая ковка, и поэтому оно использовалось в основном для украшений и отдельных орудий труда, пока не был достигнут прогресс в обработке кричного железа.

Прогресс же этот состоял в появлении технологии цементации — т.е. намеренного науглероживания кричного железа, а также навыков закалки и термического отпуска. Открытие этих технологий можно считать 3-ей стадией процесса освоения железа, после которой непосредственно начинается ЖВ. Первоначально была освоена цементация, которая на первых порах достигалась прокаливанием железного изделия или заготовки в костном угле; затем стали использовать другие органические вещества, содержащие углерод. Так появились первые, весьма примитивные стали. При этом глубина науглероживания была прямо пропорциональна высоте температуры и длительности нагревания железа. Науглероженное железо было тверже бронзы, что затем усиливалось холодной копкой.

Вслед за этим был открыт эффект закаливания, состоящий в охлаждении раскаленной вещи из науглероженного железа в воде, в снегу или в какой-либо другой жидкости, в результате чего резко возрастает твердость вещи. Даже если не использовать жидкость, а просто оставить такую вещь на открытом воздухе, может образоваться низкоуглеродистая сталь перлитной структуры, причем чем холоднее воздух, тем она тверже.

Скорее всего, как и науглероживание, процесс закалки был открыт случайно, и его физическая сущность, естественно, оставалась загадкой для кузнецов, и поэтому мы часто сталкиваемся в письменных источниках с весьма фантастическими объяснениями причин усиления твердости железных изделий при закаливании. Например, летопись IX в. до н.э. из храма Балгала в Малой Азии предписывает следующий способ закалки: «Надо нагревать кинжал, пока он не засветится, как восходящее в пустыне солнце, затем охладить его до цвета царского пурпура, погружая в тело мускулистого раба… Сила раба, переходя в кинжал… придает металлу твердость». К столь же древнему времени относится знаменитый фрагмент из «Одиссеи», созданной, вероятно, в VIII в. до н.э.: здесь выжигание глаза циклопу раскаленным оливковым колом сравнивается с погружением нагретого стального топора или тесла в холодную воду, причем Гомер не случайно обозначает последнее действие как «лечение топора» — очевидно механизм этого явления был для греков того времени столь же загадочен, и, возможно, магичен, как и врачебные действия.

Освоение операции термического отпуска позволило снизить хрупкость изделия недостаток, присущий закаленной стали. Отпуск состоял в нагрева ми изделия до I не выше 727 град. т.е. уровня трансформации структуры.

В целом освещение операций цементации, закалки и отпуска — это длительный и очень сложный процесс (местами он шел до тысячи лет). Большинство исследователей полагают, что районом, где раньше всего произошло открытие этих операций (как и самого сыродутного процесса) и где их совершенствование шло быстрее всего, была Малая Азия, и прежде всего район проживания хеттов и связанных с ними племен — в первую очередь горы Антитавра, где уже в середине II тыс. до н.э. начали делать качественные стальные изделия.

Именно совершенствование технологии обработки кричного железа решило проблему конкуренции между железом и бронзой. Это означало действительное наступление эпохи железа, начало которой в истории человечества определяется использованием рудного железа для производства основных форм орудий труда и оружия и широким распространением железной металлургии и кузнечного дела.