鋼是世界上重要的基礎應用材料之一,從基礎設施和運輸,到儲存食物的錫鐵罐,已經滲透到人類生活的方方面面。4000多年前,古埃及人和美索不達米亞人發現隕 鐵并利用這個“神的禮物”來作為裝飾。2000多年之后,人們才開始用開采的鐵礦石來生產鐵。煉鐵的歷史早起源于公元前1800年的印度。公元前約1500年,安納托利亞的赫梯人開始冶煉鐵。公元前約1200年,赫梯王國滅亡,各部落帶著他們的煉鐵知識分散到歐洲和亞洲。從此“鐵器時代”開始了
鐵器時代的工匠們并不知道鋼鐵冶煉的化學過程。冶煉過程十分神秘,結果也依賴于鐵匠的技術。技術比較高超的是南印度的鐵匠們。早在公元前3世紀,他們用木炭加熱坩堝熔煉熟鐵,冶煉出“烏茲鋼”,***今這種材料仍以其質量而聞名。中國的鐵匠也冶煉出高品質的鋼。中國的煉鋼歷史可以追溯到公元前2世紀,其煉鋼工藝接近于“貝塞麥酸性轉爐煉鋼法”,這是歐洲在公元19世紀發展起來的一種工藝。在大約公元600-900年,唐朝已經廣泛應用鋼制農用工具。
戰爭是早期鋼鐵發展的推動力?;始臆婈?,包括中國、希臘、波斯和羅馬的軍隊,需要耐用強大的兵器和盔甲。很多工具,如斧頭、鋸子和鑿子,在加入了鋼成分后更耐用和高效。盡管鋼的需求不斷增加,但煉鋼仍然是一個緩慢、耗時并且昂貴的工藝過程。到15世紀,鋼鐵已經在全世界廣泛應用。劍的制作尤其凸顯了鋼的優良特性,刃需要有韌性、堅硬且鋒利。
在12世紀,諸如高爐煉鋼等工藝已經在亞洲開始出現并廣為人知。那個時代的大部分煉鋼工人已學會用滲碳工藝生產鋼鐵,即通過長時間加熱在鍛鐵棒表層滲入碳粉以增加合金中的碳含量。這個工藝可能需要持續數天或者數周。
在1740年,一位神秘并且極富創造力的英國青年,本杰明?亨斯曼(Benjamin Huntsman),向英格蘭北部的剪商透露了新的坩堝制鐵工藝。應用粘土堝,也就是坩堝,使棒材的熔煉溫度足夠高,達到滲碳工藝的要求,同時能夠將生產出的鋼水鑄造(傾到)出均勻、高質量的鑄錠,相對過去,該工藝提高了產量。盡管亨斯曼的發明還未實現低成本、高產量地生產高品質鋼的目標,仍需要后人繼續努 力。但正是他的技術推動英國謝菲爾德成為19到20世紀大的煉鋼中心之一。
工業***是一個技術革新和創造層出不窮的時代,亨斯曼的坩堝技術只是這個時期眾多發明中的一項。工業***起源于英國,其對世界范圍內的制造、貿易和社會各領域產生了巨大影響。工業***始于18世紀,那時鐵在工業領域獨領風騷。而到20世紀末,鋼成為新的霸主,成為現代世界位于核心地位的金屬材料。蒸汽泵驅動水車發電,即使在枯水期也能為高爐提供動力。焦炭和生鐵供應充足,鐵逐漸替代了木材成為建筑材料的新秀。同時,鋼為動力機械時代提供了許多堅固、鋒利的工具。鉆頭、鋸片、刃等工具都選擇用鋼來制造,鋼鐵應用范圍的擴大進一步促進了發明。很快,另一個發明家,亨利?科特(Henry Cort)拉開了一個重要生產工藝的序幕——軋制薄板。(英國使倫敦成為當時***大有色金屬交易中心,***早的有色金屬期貨市場也是這個時期在倫敦開始出現的。具有代表性的就是倫敦金屬交易所(LME))隨著工業***地繼續推進,鋼鐵的需求不斷增加。金屬材料對于貿易和運輸業發展***關重要。如果沒有金屬就不會有鐵路,造船業同樣要求更高質量的金屬件。造船業的供應商,亨利?科特開發了兩種具有里程碑意義的生產技術來滿足造船需求,并分別在1783和1784年獲得專利。***項技術是通過攪拌攪煉爐內的熔融生鐵水提高鐵的質量。這種工藝通過減少碳含量,以提高金屬韌性并減少脆性。第二項技術是獲得終產品前的金屬軋制。相對傳統的錘打工藝,軋制后的金屬更有韌性并且強度提高。到18世紀,大規模工業化生產在歐洲遍地開花。拓荒者帶著那些先進的工藝和技術跨洋過海,把工業化帶到了北美、日本和世界的其他地方。鋼鐵對美國中西部大開發起到了***關重要的作用,用熟鐵制成的犁很容易地撥開那片重質土。鋼制的犁車和蒸汽驅動的設備改變了農業面貌,開始進入機械化時代。
1815年,蘇格蘭工程師威廉?默多克(William Murdock)用廢棄的步槍槍膛連接成管網,為倫敦的照明系統輸送煤氣。他的創舉開啟了鋼管時代,如今鋼管已成為現代社會建造油、汽和水運輸系統等基礎設施的基本材料。人們對鋼管密封性越來越高的要求也推動了焊接技術發展,同時也開發出在焊接時能耐高溫并且不開裂也不降低強度的鋼種。幾個世紀以來,鋼因其韌性高以及易于加工出鋒利面而備受 “追捧”,但其生產過程緩慢并且昂貴。19世紀五六十年代,新技術的不斷涌現讓大規模生產成為可能。19世紀80年代奠定了現代鋼鐵工業的基礎。現在,已經能夠大量連續地生產出品質優良、外形尺寸穩定的鋼材,并大規模應用于各個領域。此后,鋼迅速代替了鐵應用于鐵路和各種建筑結構,從橋梁到房屋。利用鋼能夠制造出巨大的動力渦輪和發電機等,使得水和蒸汽能夠被用來為工業化進一步提供動力,從而開辟了電力時代。
即將進入20世紀之際,煉鋼業成為重要產業,科學逐步揭開了鋼的神秘面紗在鐵晶體中滲入少量的碳元素,有助于增加鋼的強度。這也是一個成就偉大企業家的時代。在美國,當約翰?皮爾蓬?摩根買下安德魯?卡內基的鋼鐵公司后,于1901年組建了美國鋼鐵公司。1906年,美國鋼鐵公司在印第安納州加里(Gary)建成新工廠,從此也創造了一座城市加里,2011年,美國鋼鐵公司成為美國第二大鋼鐵生產商。隨著對鋼的性能更深入的了解,合金鋼被越來越廣泛地應用,1912年,兩位克虜伯公司的德國工程師,本諾?施特勞斯(Benno Strauss)和愛德華?莫勒(Eduard Maurer),獲得了不銹鋼發明專利。
20世紀的兩次世界大戰對鋼鐵生產造成巨大影響。如其他重工業一樣,由于軍事裝備的需要,在很多國家鋼鐵制造被收歸國有。而且,為了運送部隊和軍用物資,建造鐵路和輪船也需要大量鋼材。軍用車輛,特別是坦克也嚴重依賴鋼材。在經歷了二戰期間的經濟衰退之后,貿易和工業開始復蘇。那些曾為生產坦克和戰艦提供鋼材的企業開始轉向滿足汽車和家用電器等消費需求。人口膨脹期恰好也是房地產興旺的時期。越來越多的人口流向城市,建筑變得更加寬敞高大,而主梁和鋼筋混凝土都需要大量鋼材。到20世紀60年代,家庭中越來越多地使用大量家用電器,包括冰箱、冷凍機、洗衣機、烘干機等。此外,還有起源于1955年的鋼制集裝箱,為船舶、公 路、鐵路運輸提供了強大、安全的方法。汽車迅速成為受歡迎的大眾消費品,并因此促進了石油天然氣工業的發展。這一發展過程帶動了所有鋼材品種的發展。
新技術和基礎設施的發展拉動了特定力學性能新材料的需求。全球鋼鐵企業都開始應對這一挑戰,推動創新研發,新鋼種層出不窮,極大地拓展了鋼的應用領域。人們通過添加一定數量的不同種元素到熔融的鐵礦石中,開始生產高強度低合金鋼(HSLA)。油氣工業有更為特殊的需求。巨大的管線橫穿灼烤的沙漠、冰封的荒野、或是浩瀚的海洋,這都需要具備高強度和高韌性,還需要有良好的焊接性能,以避免管線連接處出現薄弱點。這種情況下,HSLA 鋼中的錳和其他微量元素保證了所需性能。20世紀60年代初起,HSLA鋼發展迅速,被用在從橋梁到割草機等各個領域。首先,HSLA鋼比傳統碳鋼擁有更高的重量與強度之比。一般說來,同等強度條件下,HSLA鋼大約比普通的碳鋼輕20%-30%。這一特性使得HSLA鋼尤其適用于汽車制造,確保汽車的強度和安全性能,同時促進輕量化并節約燃料。
20世紀中葉,煉鋼技術獲得很大提升。堿性氧氣煉鋼法和電爐煉鋼法成為主要的生產工藝,使得生產過程更高效、更節能。甚***允許生產者把廢鋼作為原料進行再利用。20世紀60年代,汽車、家電的報廢產生的廢鋼以及工業廢鋼成為重要的、容易獲取且價格低廉的原料。電爐(EAFs)早出現在19世紀末,然而直到20世紀60年代,才被用于生產特殊鋼及合金。現在,基于廢鋼的充足供應,電爐更適合于大規模生產。與氧氣頂吹轉爐不同電爐生產速度也很快,通常不到2個小時。同時,電爐鋼廠建設成本較低,這對于戰后還處于恢復期的美國和歐洲工業來說是***關重要的。隨著粗鋼生產工藝的革新,把鋼水倒入模具中進行鑄造的新工藝也開始出現。20世紀50年代以前,鋼水被注入固定模具中形成鋼錠,隨后再軋成薄板,或其他形狀及尺寸更小的鋼材。今天生產商幾乎可以為用戶提供他們所要求的所有性能的鋼,包括從超強鋼到薄如紙的薄板。
鋼材還需要涂層來防銹和防腐蝕,這對于船舶、橋梁和鐵路用鋼尤其重要,因為這些材料要在高溫、低溫、海水和雨水環境中服役。采用純鋅或鋅鋁混合層作為涂層的熱鍍鋅工藝已廣泛應用。20世紀60年代,電爐(EAF)的興起為短流程鋼鐵廠的發展奠定基礎,也為鋼鐵行業帶來了顯著的變化?;陔姞t流程的鋼鐵廠則不同。該流程使用廢鋼、 直接還原鐵(DRI)或生鐵作為原料,生產線的建設成本通常較少,且運行也更簡單,因此稱為“短流 程鋼鐵廠”。技術革新與相對低廉的成本和便利的操作相結合,都有助于短流程鋼鐵廠在全球市場的擴張。
經濟制度改革為鋼鐵企業更具競爭力注入了新能量。許多衰落的國有化公司在私有化進程中獲益。1999 年,Koninklijke Hoogovens(克寧克萊克-霍戈文)與英國鋼鐵公司 (British Steel)合并成立了英荷康力斯(AngloDutch Corus)。2001年,西班牙Acelaria、法國 Usinor和盧森堡Arbed合并在歐洲成立安塞樂公司 (Arcelor)。2002年, NKK與川崎制鐵(Kawasaki Steel)合并成立了JFE控股公司(JFE Holdings)。1991年前蘇聯解體時,盡管多年缺乏投資,卻依然超越日本成為世界大的產鋼國。在20世紀90年代和21世紀初,私有化吸引了大量的新設備投資以提高生產效率和降低成本。21 世紀初,在俄羅斯經濟快速增長的同時,再加上中國經濟的蓬勃發展創造的巨大需求,為俄羅斯工業提供了廣闊的出口市場,使其成為全球五大產鋼國之一。
在20世紀80年代和90年代,印度企業家Lakshmi Mittal(拉克希米?米塔爾)創建了米塔爾鋼鐵公司(Mittal Steel),使大量虧損的國營企業成為盈利的私有企業。2006年,公司與安賽樂合并,成為了世界上大的鋼鐵生產商,全球雇員超過26萬人。2007年,印度塔塔鋼鐵公司并購了英國康力斯(Corus)。韓國浦項與東國制鋼(Dongkuk Steel)和淡水河谷在巴西成立了合資聯合鋼廠。南美洲的鋼鐵生產商,如巴西蓋爾道和阿根廷德欽集團(Techint)公司也在世界各地建廠。在21世紀的***個10年中,土耳其的鋼產量從1500萬噸增長到2900萬噸,僅次于中國和印度。土耳其目前是混凝土用鋼筋的主要出口國,也是鋼結構用長材的大凈出口國。
到20世紀中葉,中國還新建了許多鋼鐵企業,據統 計當時有超過4000家鋼鐵企業,年產粗鋼3.5億 噸。然而,這仍不能滿足需求,中國鋼鐵工業繼續 增長。