《钢铁故事》之钢铁时代

　　世界钢铁协会推出的《钢铁故事》文献通过追溯钢铁业发展进程中难忘的历史瞬间，如从陨铁冶炼铁，到奠定工业革命基石的贝塞麦炼钢法，再到今天正在开发的强度更高，重量更轻、更具多功能性的钢材，带领读者回顾了钢铁对人类历史的巨大贡献并展现了钢铁在塑造人类社会未来所扮演的重要角色。今天我们介绍20世纪初-70年代全球扩张时期的钢铁工业。

20世纪50年代美国加利福尼亚州旧金山街头的拥有镀铬格栅的凯迪拉克

　　即将进入20世纪之际，炼钢业成为重要产业，科学逐步揭开了钢的神秘面纱。英国科学家亨利?克利夫顿?索尔比（Henry Clifton Sorby），把金属试样放在显微镜下观察，结果引起了一场轰动。正是亨利的探索性研究揭开了钢的秘密，他发现若在铁晶体中渗入少量的碳元素，有助于增加钢的强度。

黄铁矿页岩

　　1709年，亚布拉汗?达比（Abraham Darby）把高炉内用焦炭炼铁的技术推向了成熟，产品可用于制作铁锅和水壶。这项新技术提高了产量，从而导致对煤炭和焦炭的更多需求。而采煤业的难题是：如何避免地下煤矿透水。

　　这也是一个成就伟大企业家的时代。在美国，当约翰·皮尔蓬?摩根买下安德鲁?卡内基的钢铁公司后，于1901年组建了美国钢铁公司。1906年，美国钢铁公司在印第安纳州加里（Gary）建成新工厂，从此也创造了一座城市加里，而加里这个城市名正来源于美国钢铁公司董事会主席埃尔伯特·亨利·加里（Elbert Henry Gary）。摩根向卡内基学会了整合生产工艺的各个环节从而提高生产效率和规模。

　　生产工艺不断改进，平炉炼钢逐渐取代了贝塞麦酸性炼钢，并日趋成为钢铁生产的主流工艺。平炉炼钢生产速度较慢，但这个缺点也正是优点。—工厂化学检测员有充裕的时间进行分析，并在精炼过程中控制金属成分，最终获得强度更高的钢种。

　　随着对钢的性能更深入的了解，合金钢被越来越广泛地应用。1908年，费里德里希?克虏伯·日尔曼尼亚（FriedrichKrupp Germania）造船厂建造了一艘名为“日耳曼尼亚”（Germania） 的366吨重的游艇， 船体用铬镍合金制造。1912年，两位克虏伯公司的德国工程师，本诺?施特劳斯（Benno Strauss）和爱德华·莫勒（Eduard Maurer），获得了不锈钢发明专利，然而，实际上不锈钢的发明应归功于出生于谢菲尔德的英国化学家哈里·布雷尔利（HarryBrearley，1871-1948）。哈里在当地的一家实验室工作阶段，开始研究耐高温腐蚀的新钢种。一次他尝试在钢中添加铬，结果，可以说是最知名的含铬合金问世了。

　　20世纪的两次世界大战对钢铁生产造成巨大影响。如其他重工业一样，由于军事装备的需要，在很多国家钢铁制造被收归国有。而且，为了运送部队和军用物资，建造铁路和轮船也需要大量钢材。

　　军用车辆，特别是坦克也严重依赖钢材。从坦克的发明到二战结束，坦克壳所用钢板必须具有均匀的结构，即采用滚轧均质装甲（RHA）。而采用RHA 的装备已很普遍，成为决定反坦克武器性能的标准。

苏式T-34坦克（制造于1940-1958年）

　　在经历了二战期间的经济衰退之后，贸易和工业开始复苏。那些曾为生产坦克和战舰提供钢材的企业开始转向满足汽车和家用电器等消费需求。人口膨胀期恰好也是房地产兴旺的时期。越来越多的人口流向城市，建筑变得更加宽敞高大，而主梁和钢筋混凝土都需要大量钢材。

　　经济不断繁荣以及技术不断创新，生活也日新月异。到20世纪60年代，家庭中越来越多地使用大量家用电器，包括冰箱、冷冻机、洗衣机、烘干机等。此外，还有起源于1955年的钢制集装箱，为船舶、公路、铁路运输提供了强大、安全的方法。

　　显然，汽车迅速成为受欢迎的大众消费品，并因此促进了石油天然气工业的发展。这一发展过程带动了所有钢材品种的发展。

　　20世纪50年代美国厨房：钢在战后节约人力方面扮演了重要角色，出现了越来越多的金属厨具并且价格低廉。

　　新技术和基础设施的发展拉动了特定力学性能新材料的需求。全球钢铁企业都开始应对这一挑战，推动创新研发，新钢种层出不穷，极大地拓展了钢的应用领域。人们通过添加一定数量的不同种元素到熔融的铁矿石中，开始生产高强度低合金钢（HSLA）。

　　油气工业有更为特殊的需求。巨大的管线横穿灼烤的沙漠、冰封的荒野、或是浩瀚的海洋，这都需要具备高强度和高韧性，还需要有良好的焊接性能，以避免管线连接处出现薄弱点。这种情况下，HSLA钢中的锰和其他微量元素保证了所需性能。

　　20世纪60年代初起，HSLA钢发展迅速，被用在从桥梁到割草机等各个领域。首先，HSLA钢比传统碳钢拥有更高的重量与强度之比。一般说来，同等强度条件下，HSLA钢大约比普通的碳钢轻20%-30%。这一特性使得HSLA钢尤其适用于汽车制造，确保汽车的强度和安全性能，同时促进轻量化并节约燃料。

工业用钢管

　　钢成为现代社会的基础材料，钢铁工业也成为国与国之间关系的一个焦点。1951年，法国、西德、意大利和比荷卢经济联盟（Benelux）组建了欧洲煤钢共同体（ECSC）。

　　欧洲煤钢共同体建立起共同的市场以推动经济增长，促进工业发展和提高生活水平。欧洲煤钢共同体对产品自由流通的关注，是创立欧洲联盟的基础。

　　20世纪中叶，炼钢技术获得很大提升。碱性氧气炼钢法和电炉炼钢法成为主要的生产工艺，使得生产过程更高效、更节能。甚至允许生产者把废钢作为原料进行再利用。

　　在引进新技术的同时，钢铁企业也不断改良现有铸造、轧制技术，生产出符合用户需求的板材、型材。这些革新有的来源于欧洲、美国和俄罗斯。而来自日本和韩国的新兴钢铁企业很快开发了专利技术并引领全世界的钢铁制造商。

　　有哪些新技术呢？首屈一指的要数氧气炼钢法，实际上是贝塞麦转炉炼钢工艺的升级版，其原理是利用氧气而不是用空气把多余的碳从生铁中脱除。这项技术首先由瑞士人罗伯特?杜尔（Robert Durrer）在1948年发明，随后由奥地利V?EST 公司（今天的奥钢联集团）进一步开发。因最早在奥地利城市林茨进行商业化生产，这项工艺被命名为LD（Linz-Donawitz）工艺。

　　这种生产工艺最重要的优势是能快速出钢，现代的氧气顶吹转炉可以一次装炉350吨铁，不到40分钟可以出钢，而平炉炼钢一个炉次则长达10-12小时。

　　正是看到这种技术生产速度快、节约能耗，生产商很快从平炉转向氧气顶吹转炉。20世纪60年代，汽车、家电的报废产生的废钢以及工业废钢成为重要的、容易获取且价格低廉的原料。那么，如何实现废钢二次利用呢？氧气顶吹转炉的炉料中废钢的占比仅能达到25%。

　　所以，一些创新性的钢铁生产商开始重新采用先前的技术，并对其进行升级。电炉最早出现在19世纪末，然而直到20世纪60年代，才被用于生产特殊钢及合金。

　　现在，基于废钢的充足供应，电炉更适合于大规模生产。与氧气顶吹转炉不同，电炉不需要用铁水装炉，可以使用冷态炉料、预热废钢或者生铁装炉。原料装炉时，电极置于炉料下方，启动电弧从而产生足够的高温以熔化废钢。与氧气顶吹转炉相似，电炉生产速度也很快，通常不到2个小时。同时，电炉钢厂建设成本较低，这对于战后还处于恢复期的美国和欧洲工业来说是至关重要的。

废钢回收是非常有利可图的，同时也有利于减少温室气体排放、节约能源和资源。

　　随着粗钢生产工艺的革新，把钢水倒入模具中进行铸造的新工艺也开始出现。20世纪50年代以前，钢水被注入固定模具中形成钢锭，随后再轧成薄板，或其他形状及尺寸更小的钢材。在连铸技术中，钢水通过一套传输系统不断输送到结晶器中，形成连续的金属流。当凝固的钢液从结晶器中脱除后，可以被切割成板坯或者方坯，它们比传统铸锭更薄，更容易轧制成成品和半成品。

　　生产粗钢并制成铸锭或板坯只是炼钢工业的第一步。这些半成品还需要被继续轧制，减薄并形成一定形状和尺寸。在这一过程中，生产商的不同技术为钢的应用领域带来更多可能。

　　古代的工匠们已经懂得钢的特性不仅依赖于其化学成分，更与加热、冷却、锤打、轧制有关。现代生产商对生产工艺的掌握也登峰造极。今天，生产商几乎可以为用户提供他们所要求的所有性能的钢，包括从超强钢到薄如纸的薄板。

钢锭，铸成一定形状，以便后续加工

　　完美的成品

　　轧制板坯或钢锭的复杂工艺从“粗轧”开始。巨大的轧辊经过数个道次的轧制来减少钢坯的厚度。例如，将240毫米厚的板坯先轧到55毫米或更薄。然后，在卷曲之前还要完成多个精轧工序。随后，钢坯则进入不同的工艺路线，有些需要酸洗去除氧化铁皮后再冷轧。

　　热轧和冷轧工艺不仅能减小钢坯厚度，还可以转变金属中铁和其他元素的晶体结构。这反过来又会影响钢材性能。热轧可增加材料塑性、韧性和耐冲击和振动性能，冷轧则能提高硬度和强度。

　　然而，调整金属力学性能的过程并没有结束。通常情况下，还要进行退火处理：即加热到约800℃后缓冷。例如，冷轧钢经加工硬化后会产生脆性。而退火能软化金属，并保留能使材料加工为成品材的硬度，如汽车零件。其他热处理工艺，例如淬火（快速冷却）和回火（重新加热淬火后）也能进一步精确控制各等级钢的力学性能。

　　最后，钢材还需要涂层来防锈和防腐蚀，这对于船舶、桥梁和铁路用钢尤其重要，因为这些材料要在高温、低温、海水和雨水环境中服役。采用纯锌或锌铝混合层作为涂层的热镀锌工艺已广泛应用。对于用于其他领域的钢材，有的在其表面涂底漆后再涂面漆，或采取防紫外线和防刮擦处理，或做特殊处理，或涂具功能性或装饰性的彩色饰面。

　　20世纪60年代，电炉的兴起为短流程钢铁厂的发展奠定基础，也为钢铁行业带来了显著的变化。传统的基于碱性氧气转炉流程的联合钢厂需要高炉提供铁水，这需要巨大的投资。然而，基于电炉流程的钢铁厂则不同。该流程使用废钢、直接还原铁或生铁作为原料，生产线的建设成本通常较少，且运行也更简单，因此称为“短流程钢铁厂”。此外，需要的投资成本也较低，这些为新的创业者开辟了道路。

　　在欧洲，德国企业家和炼钢先驱Willy Korf开创了钢铁工业的先河。1968年，他在法国斯特拉斯堡附近，莱茵河上的一个小岛上建立了一座电炉厂。仅一年以后，Korf又将该技术带入美国，在南卡罗来纳州建立了乔治城钢铁公司。

　　大约在相同时期，美国冶金学家Ken Iverson在南卡罗来纳州达灵顿（Darlington）建立了纽柯公司的第一家钢厂。

　　然而，在不到两年的时间内，Iverson就转变了公司的面貌，不仅使公司盈利，而且成为该领域的领导者。事实证明，他对短流程钢铁厂的信念是经得起考验的。而且在未来的16年里，该公司逆势上扬，实现快速而稳定的发展。此外，Iverson 打破了员工之间的层级结构，强调团队协作，建立基于绩效的薪酬体制，提倡利益共享和社区共建。

　　公司不仅在电炉工艺发展上占据领先地位，同时在管理结构上的创新也齐头并进，这在当时还引发了一场革命。特别是，公司将电炉工艺应用于生产高附加值的钢铁产品，例如用废钢生产高品质的板材。

位于美国布拉肯里奇阿勒格尼路德卢姆钢铁公司（Allegheny Ludlum Steel Corp.）的35吨电炉正在出钢

　　短流程钢铁厂是一座高效的回收工厂，可将废钢转换成有用的钢材。如今，因其可以节约自然资源或原材料，不仅可获得商业利益，而且对整个地球而言其重要性都是不言而喻的。然而，直到20世纪60年代，“可持续发展”的概念才出现。

　　1970年，由政治家、学者和实业家组成的一个俱乐部联合出版了名为“增长的极限”一书，当时关于地球能承载人类发展的程度的讨论成为了报纸的头条。荷兰人Max Kohnstamm 是该俱乐部的一名成员，他曾担任欧洲煤钢共同体（European Coal and Steel Community）高级机构的秘书。尽管报告的调查结果在当时引起了争议，然而，现在全球的政府和行业机构都认为，制造业的未来依赖于能源和资源的高效、可持续利用。1987年，布伦特兰委员会（Brundtland Commission）发布的报告“我们共同的未来”中也涉及了类似的主题。