钢铁发展史 | AI生成和翻译
钢铁的历史源远流长且错综复杂，可追溯至数千年前。以下是其发展历程的全面概述：
早期发现与铁器时代：
- 偶然的起源：最早的钢铁形式很可能是铁匠在学习锻铁时偶然创造的。他们注意到留在熔炉中与木炭接触的铁会因吸收碳元素而变得更坚硬、更牢固，这种现象可能早在公元前13世纪就已出现。
- 铁的崛起：约在铁器时代初期（公元前1200年左右），铁开始取代青铜成为制造工具和武器的主要金属。然而，早期在土法小高炉中生产的铁得到的是熟铁，这是一种含有矿渣和木炭、相对柔软的材料。
- 有意识的炼钢：有证据表明，在不同时期、不同地区都出现了通过有控制地向铁中添加碳来炼钢的方法：
- 乌兹钢（印度）：早在公元前6世纪甚至更早，南印度就开发出了在坩埚中生产高碳”乌兹”钢的复杂方法。这种钢以其锋利、坚韧和独特的波浪纹路而闻名。
- 中国：中国被认为在早期就实现了高质量钢的大规模生产，可能早在公元前2世纪，并在公元3世纪扩大了生产规模。他们采用的技术原理很可能与后来的贝塞麦转炉炼钢法相似。
- 热处理：包括古埃及人（在公元前900年之前）在内的古代文明已经理解了热处理（淬火和回火）的原理，以进一步硬化和强化铁及早期钢铁。
中世纪及近代早期炼钢：
- 土法高炉的改进：随着时间的推移，土法高炉得到了改进，有时利用水力驱动风箱，从而在15世纪实现了更高的温度并生产出液态生铁（富含碳）。这需要在精炼炉中进行进一步加工以降低碳含量并制造熟铁。
- 渗碳工艺：大约从17世纪开始，在欧洲（德国和英国）开发出了渗碳工艺，用以增加熟铁的碳含量。将熟铁条与木炭一起在箱中长时间加热，使铁吸收碳变成”泡钢”。
- 坩埚钢：1740年，英国的Benjamin Huntsman用坩炼钢法彻底改变了炼钢业。将泡钢打碎，在粘土坩埚中用焦炭作燃料高温熔化，并加入熔剂精炼以去除杂质。这生产出了质量更高、更均匀的钢材，并为谢菲尔德的钢铁工业奠定了基础。
工业革命与大规模生产：
- 需求增长：工业革命对铁以及更强韧、用途更广的结构金属——钢——产生了巨大需求，用于铁路、机械和建筑。
- 贝塞麦工艺（1856年）：亨利·贝塞麦的发明是第一个从熔融生铁中大规模、低成本工业化生产钢的工艺。它通过向熔融铁水中吹入空气来氧化并去除杂质，包括过量的碳。这极大地缩短了生产时间并降低了成本，使钢得以更广泛地应用。虽然贝塞麦因该工艺的广泛采用而闻名，但美国的威廉·凯利稍晚也获得了类似工艺的专利。
- 平炉工艺（1860年代）：由卡尔·威廉·西门子和皮埃尔-埃米尔·马丁开发的平炉工艺提供了对炼钢过程更好的控制，并能利用废金属作为原料。它逐渐成为20世纪中叶之前占主导地位的炼钢方法。
- 钢铁工业的发展：19世纪末和20世纪初，在工业化和基础设施发展的推动下，钢铁工业经历了大规模扩张。像美国的安德鲁·卡内基这样的人物在建设大规模钢铁生产设施方面发挥了关键作用。
20世纪及以后：
- 碱性氧气转炉（BOF）：20世纪中叶，碱性氧气转炉成为钢铁生产的主要方法。它通过向熔融铁水中吹入纯氧来实现，这是一个比平炉法快得多、效率高得多的过程。
- 电弧炉（EAF）：使用电弧熔化废金属的电弧炉也变得越来越重要，尤其是在生产特种钢方面。
- 合金钢：20世纪在开发钢合金方面取得了重大进展。添加特定元素如铬、镍、锰、钼和钒，可以赋予钢材所需的性能，如更高的强度、硬度、耐腐蚀性（由此在1912年发明了不锈钢）和耐高温性能。
- 微合金钢：进一步的发展带来了微合金钢，通过少量添加铌和钒等元素，显著提高了强度和其他性能。
- 可持续性与创新：如今，钢铁工业专注于可持续性，包括提高回收率和开发碳中和炼钢方法。研究仍在继续，以开发具有更优性能的新型钢合金和创新制造工艺。
全球钢铁生产趋势：
- 过去50年间，全球钢铁产量急剧增长，增长了三倍多。
- 虽然美国、俄罗斯等传统钢铁生产国曾经历衰退或停滞期，但中国已成为全球主导性的生产国，近年来其粗钢产量占世界总产量的一半以上。印度是第二大生产国。
- 钢铁仍然是世界上使用最普遍、回收率最高的材料，是众多行业的基础。
总之，钢铁的历史见证了人类的聪明才智和对更强韧、更多功能材料的不懈追求。从古代熔炉中的偶然发现，到精密的现代制造工艺和先进的合金，钢铁已经并将继续在塑造人类文明的过程中发挥根本性作用。