《鋼鐵故事》之鋼鐵時(shí)代

　　世界鋼鐵協(xié)會(huì)推出的《鋼鐵故事》文獻(xiàn)通過(guò)追溯鋼鐵業(yè)發(fā)展進(jìn)程中難忘的歷史瞬間，如從隕鐵冶煉鐵，到奠定工業(yè)革命基石的貝塞麥煉鋼法，再到今天正在開(kāi)發(fā)的強(qiáng)度更高，重量更輕、更具多功能性的鋼材，帶領(lǐng)讀者回顧了鋼鐵對(duì)人類歷史的巨大貢獻(xiàn)并展現(xiàn)了鋼鐵在塑造人類社會(huì)未來(lái)所扮演的重要角色。今天我們介紹20世紀(jì)初-70年代全球擴(kuò)張時(shí)期的鋼鐵工業(yè)。

20世紀(jì)50年代美國(guó)加利福尼亞州舊金山街頭的擁有鍍鉻格柵的凱迪拉克

　　即將進(jìn)入20世紀(jì)之際，煉鋼業(yè)成為重要產(chǎn)業(yè)，科學(xué)逐步揭開(kāi)了鋼的神秘面紗。英國(guó)科學(xué)家亨利?克利夫頓?索爾比（Henry Clifton Sorby），把金屬試樣放在顯微鏡下觀察，結(jié)果引起了一場(chǎng)轟動(dòng)。正是亨利的探索性研究揭開(kāi)了鋼的秘密，他發(fā)現(xiàn)若在鐵晶體中滲入少量的碳元素，有助于增加鋼的強(qiáng)度。

黃鐵礦頁(yè)巖

　　1709年，亞布拉汗?達(dá)比（Abraham Darby）把高爐內(nèi)用焦炭煉鐵的技術(shù)推向了成熟，產(chǎn)品可用于制作鐵鍋和水壺。這項(xiàng)新技術(shù)提高了產(chǎn)量，從而導(dǎo)致對(duì)煤炭和焦炭的更多需求。而采煤業(yè)的難題是：如何避免地下煤礦透水。

　　這也是一個(gè)成就偉大企業(yè)家的時(shí)代。在美國(guó)，當(dāng)約翰·皮爾蓬?摩根買(mǎi)下安德魯?卡內(nèi)基的鋼鐵公司后，于1901年組建了美國(guó)鋼鐵公司。1906年，美國(guó)鋼鐵公司在印第安納州加里（Gary）建成新工廠，從此也創(chuàng)造了一座城市加里，而加里這個(gè)城市名正來(lái)源于美國(guó)鋼鐵公司董事會(huì)主席埃爾伯特·亨利·加里（Elbert Henry Gary）。摩根向卡內(nèi)基學(xué)會(huì)了整合生產(chǎn)工藝的各個(gè)環(huán)節(jié)從而提高生產(chǎn)效率和規(guī)模。

　　生產(chǎn)工藝不斷改進(jìn)，平爐煉鋼逐漸取代了貝塞麥酸性煉鋼，并日趨成為鋼鐵生產(chǎn)的主流工藝。平爐煉鋼生產(chǎn)速度較慢，但這個(gè)缺點(diǎn)也正是優(yōu)點(diǎn)?！S化學(xué)檢測(cè)員有充裕的時(shí)間進(jìn)行分析，并在精煉過(guò)程中控制金屬成分，最終獲得強(qiáng)度更高的鋼種。

　　隨著對(duì)鋼的性能更深入的了解，合金鋼被越來(lái)越廣泛地應(yīng)用。1908年，費(fèi)里德里希?克虜伯·日爾曼尼亞（FriedrichKrupp Germania）造船廠建造了一艘名為“日耳曼尼亞”（Germania） 的366噸重的游艇， 船體用鉻鎳合金制造。1912年，兩位克虜伯公司的德國(guó)工程師，本諾?施特勞斯（Benno Strauss）和愛(ài)德華·莫勒（Eduard Maurer），獲得了不銹鋼發(fā)明專利，然而，實(shí)際上不銹鋼的發(fā)明應(yīng)歸功于出生于謝菲爾德的英國(guó)化學(xué)家哈里·布雷爾利（HarryBrearley，1871-1948）。哈里在當(dāng)?shù)氐囊患覍?shí)驗(yàn)室工作階段，開(kāi)始研究耐高溫腐蝕的新鋼種。一次他嘗試在鋼中添加鉻，結(jié)果，可以說(shuō)是最知名的含鉻合金問(wèn)世了。

　　20世紀(jì)的兩次世界大戰(zhàn)對(duì)鋼鐵生產(chǎn)造成巨大影響。如其他重工業(yè)一樣，由于軍事裝備的需要，在很多國(guó)家鋼鐵制造被收歸國(guó)有。而且，為了運(yùn)送部隊(duì)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(yán)重依賴鋼材。從坦克的發(fā)明到二戰(zhàn)結(jié)束，坦克殼所用鋼板必須具有均勻的結(jié)構(gòu)，即采用滾軋均質(zhì)裝甲（RHA）。而采用RHA 的裝備已很普遍，成為決定反坦克武器性能的標(biāo)準(zhǔn)。

蘇式T-34坦克（制造于1940-1958年）

　　在經(jīng)歷了二戰(zhàn)期間的經(jīng)濟(jì)衰退之后，貿(mào)易和工業(yè)開(kāi)始復(fù)蘇。那些曾為生產(chǎn)坦克和戰(zhàn)艦提供鋼材的企業(yè)開(kāi)始轉(zhuǎn)向滿足汽車和家用電器等消費(fèi)需求。人口膨脹期恰好也是房地產(chǎn)興旺的時(shí)期。越來(lái)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。

　　經(jīng)濟(jì)不斷繁榮以及技術(shù)不斷創(chuàng)新，生活也日新月異。到20世紀(jì)60年代，家庭中越來(lái)越多地使用大量家用電器，包括冰箱、冷凍機(jī)、洗衣機(jī)、烘干機(jī)等。此外，還有起源于1955年的鋼制集裝箱，為船舶、公路、鐵路運(yùn)輸提供了強(qiáng)大、安全的方法。

　　顯然，汽車迅速成為受歡迎的大眾消費(fèi)品，并因此促進(jìn)了石油天然氣工業(yè)的發(fā)展。這一發(fā)展過(guò)程帶動(dòng)了所有鋼材品種的發(fā)展。

　　20世紀(jì)50年代美國(guó)廚房：鋼在戰(zhàn)后節(jié)約人力方面扮演了重要角色，出現(xiàn)了越來(lái)越多的金屬?gòu)N具并且價(jià)格低廉。

　　新技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展拉動(dòng)了特定力學(xué)性能新材料的需求。全球鋼鐵企業(yè)都開(kāi)始應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，推動(dòng)創(chuàng)新研發(fā)，新鋼種層出不窮，極大地拓展了鋼的應(yīng)用領(lǐng)域。人們通過(guò)添加一定數(shù)量的不同種元素到熔融的鐵礦石中，開(kāi)始生產(chǎn)高強(qiáng)度低合金鋼（HSLA）。

　　油氣工業(yè)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(qiáng)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(xiàn)薄弱點(diǎn)。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(jì)60年代初起，HSLA鋼發(fā)展迅速，被用在從橋梁到割草機(jī)等各個(gè)領(lǐng)域。首先，HSLA鋼比傳統(tǒng)碳鋼擁有更高的重量與強(qiáng)度之比。一般說(shuō)來(lái)，同等強(qiáng)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(qiáng)度和安全性能，同時(shí)促進(jìn)輕量化并節(jié)約燃料。

工業(yè)用鋼管

　　鋼成為現(xiàn)代社會(huì)的基礎(chǔ)材料，鋼鐵工業(yè)也成為國(guó)與國(guó)之間關(guān)系的一個(gè)焦點(diǎn)。1951年，法國(guó)、西德、意大利和比荷盧經(jīng)濟(jì)聯(lián)盟（Benelux）組建了歐洲煤鋼共同體（ECSC）。

　　歐洲煤鋼共同體建立起共同的市場(chǎng)以推動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，促進(jìn)工業(yè)發(fā)展和提高生活水平。歐洲煤鋼共同體對(duì)產(chǎn)品自由流通的關(guān)注，是創(chuàng)立歐洲聯(lián)盟的基礎(chǔ)。

　　20世紀(jì)中葉，煉鋼技術(shù)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(chǎn)工藝，使得生產(chǎn)過(guò)程更高效、更節(jié)能。甚至允許生產(chǎn)者把廢鋼作為原料進(jìn)行再利用。

　　在引進(jìn)新技術(shù)的同時(shí)，鋼鐵企業(yè)也不斷改良現(xiàn)有鑄造、軋制技術(shù)，生產(chǎn)出符合用戶需求的板材、型材。這些革新有的來(lái)源于歐洲、美國(guó)和俄羅斯。而來(lái)自日本和韓國(guó)的新興鋼鐵企業(yè)很快開(kāi)發(fā)了專利技術(shù)并引領(lǐng)全世界的鋼鐵制造商。

　　有哪些新技術(shù)呢？首屈一指的要數(shù)氧氣煉鋼法，實(shí)際上是貝塞麥轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝的升級(jí)版，其原理是利用氧氣而不是用空氣把多余的碳從生鐵中脫除。這項(xiàng)技術(shù)首先由瑞士人羅伯特?杜爾（Robert Durrer）在1948年發(fā)明，隨后由奧地利V?EST 公司（今天的奧鋼聯(lián)集團(tuán)）進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。因最早在奧地利城市林茨進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)，這項(xiàng)工藝被命名為L(zhǎng)D（Linz-Donawitz）工藝。

　　這種生產(chǎn)工藝最重要的優(yōu)勢(shì)是能快速出鋼，現(xiàn)代的氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐可以一次裝爐350噸鐵，不到40分鐘可以出鋼，而平爐煉鋼一個(gè)爐次則長(zhǎng)達(dá)10-12小時(shí)。

　　正是看到這種技術(shù)生產(chǎn)速度快、節(jié)約能耗，生產(chǎn)商很快從平爐轉(zhuǎn)向氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐。20世紀(jì)60年代，汽車、家電的報(bào)廢產(chǎn)生的廢鋼以及工業(yè)廢鋼成為重要的、容易獲取且價(jià)格低廉的原料。那么，如何實(shí)現(xiàn)廢鋼二次利用呢？氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐的爐料中廢鋼的占比僅能達(dá)到25%。

　　所以，一些創(chuàng)新性的鋼鐵生產(chǎn)商開(kāi)始重新采用先前的技術(shù)，并對(duì)其進(jìn)行升級(jí)。電爐最早出現(xiàn)在19世紀(jì)末，然而直到20世紀(jì)60年代，才被用于生產(chǎn)特殊鋼及合金。

　　現(xiàn)在，基于廢鋼的充足供應(yīng)，電爐更適合于大規(guī)模生產(chǎn)。與氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐不同，電爐不需要用鐵水裝爐，可以使用冷態(tài)爐料、預(yù)熱廢鋼或者生鐵裝爐。原料裝爐時(shí)，電極置于爐料下方，啟動(dòng)電弧從而產(chǎn)生足夠的高溫以熔化廢鋼。與氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐相似，電爐生產(chǎn)速度也很快，通常不到2個(gè)小時(shí)。同時(shí)，電爐鋼廠建設(shè)成本較低，這對(duì)于戰(zhàn)后還處于恢復(fù)期的美國(guó)和歐洲工業(yè)來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的。

廢鋼回收是非常有利可圖的，同時(shí)也有利于減少溫室氣體排放、節(jié)約能源和資源。

　　隨著粗鋼生產(chǎn)工藝的革新，把鋼水倒入模具中進(jìn)行鑄造的新工藝也開(kāi)始出現(xiàn)。20世紀(jì)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。在連鑄技術(shù)中，鋼水通過(guò)一套傳輸系統(tǒng)不斷輸送到結(jié)晶器中，形成連續(xù)的金屬流。當(dāng)凝固的鋼液從結(jié)晶器中脫除后，可以被切割成板坯或者方坯，它們比傳統(tǒng)鑄錠更薄，更容易軋制成成品和半成品。

　　生產(chǎn)粗鋼并制成鑄錠或板坯只是煉鋼工業(yè)的第一步。這些半成品還需要被繼續(xù)軋制，減薄并形成一定形狀和尺寸。在這一過(guò)程中，生產(chǎn)商的不同技術(shù)為鋼的應(yīng)用領(lǐng)域帶來(lái)更多可能。

　　古代的工匠們已經(jīng)懂得鋼的特性不僅依賴于其化學(xué)成分，更與加熱、冷卻、錘打、軋制有關(guān)?，F(xiàn)代生產(chǎn)商對(duì)生產(chǎn)工藝的掌握也登峰造極。今天，生產(chǎn)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(qiáng)鋼到薄如紙的薄板。

鋼錠，鑄成一定形狀，以便后續(xù)加工

　　完美的成品

　　軋制板坯或鋼錠的復(fù)雜工藝從“粗軋”開(kāi)始。巨大的軋輥經(jīng)過(guò)數(shù)個(gè)道次的軋制來(lái)減少鋼坯的厚度。例如，將240毫米厚的板坯先軋到55毫米或更薄。然后，在卷曲之前還要完成多個(gè)精軋工序。隨后，鋼坯則進(jìn)入不同的工藝路線，有些需要酸洗去除氧化鐵皮后再冷軋。

　　熱軋和冷軋工藝不僅能減小鋼坯厚度，還可以轉(zhuǎn)變金屬中鐵和其他元素的晶體結(jié)構(gòu)。這反過(guò)來(lái)又會(huì)影響鋼材性能。熱軋可增加材料塑性、韌性和耐沖擊和振動(dòng)性能，冷軋則能提高硬度和強(qiáng)度。

　　然而，調(diào)整金屬力學(xué)性能的過(guò)程并沒(méi)有結(jié)束。通常情況下，還要進(jìn)行退火處理：即加熱到約800℃后緩冷。例如，冷軋鋼經(jīng)加工硬化后會(huì)產(chǎn)生脆性。而退火能軟化金屬，并保留能使材料加工為成品材的硬度，如汽車零件。其他熱處理工藝，例如淬火（快速冷卻）和回火（重新加熱淬火后）也能進(jìn)一步精確控制各等級(jí)鋼的力學(xué)性能。

　　最后，鋼材還需要涂層來(lái)防銹和防腐蝕，這對(duì)于船舶、橋梁和鐵路用鋼尤其重要，因?yàn)檫@些材料要在高溫、低溫、海水和雨水環(huán)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(yīng)用。對(duì)于用于其他領(lǐng)域的鋼材，有的在其表面涂底漆后再涂面漆，或采取防紫外線和防刮擦處理，或做特殊處理，或涂具功能性或裝飾性的彩色飾面。

　　20世紀(jì)60年代，電爐的興起為短流程鋼鐵廠的發(fā)展奠定基礎(chǔ)，也為鋼鐵行業(yè)帶來(lái)了顯著的變化。傳統(tǒng)的基于堿性氧氣轉(zhuǎn)爐流程的聯(lián)合鋼廠需要高爐提供鐵水，這需要巨大的投資。然而，基于電爐流程的鋼鐵廠則不同。該流程使用廢鋼、直接還原鐵或生鐵作為原料，生產(chǎn)線的建設(shè)成本通常較少，且運(yùn)行也更簡(jiǎn)單，因此稱為“短流程鋼鐵廠”。此外，需要的投資成本也較低，這些為新的創(chuàng)業(yè)者開(kāi)辟了道路。

　　在歐洲，德國(guó)企業(yè)家和煉鋼先驅(qū)Willy Korf開(kāi)創(chuàng)了鋼鐵工業(yè)的先河。1968年，他在法國(guó)斯特拉斯堡附近，萊茵河上的一個(gè)小島上建立了一座電爐廠。僅一年以后，Korf又將該技術(shù)帶入美國(guó)，在南卡羅來(lái)納州建立了喬治城鋼鐵公司。

　　大約在相同時(shí)期，美國(guó)冶金學(xué)家Ken Iverson在南卡羅來(lái)納州達(dá)靈頓（Darlington）建立了紐柯公司的第一家鋼廠。

　　然而，在不到兩年的時(shí)間內(nèi)，Iverson就轉(zhuǎn)變了公司的面貌，不僅使公司盈利，而且成為該領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者。事實(shí)證明，他對(duì)短流程鋼鐵廠的信念是經(jīng)得起考驗(yàn)的。而且在未來(lái)的16年里，該公司逆勢(shì)上揚(yáng)，實(shí)現(xiàn)快速而穩(wěn)定的發(fā)展。此外，Iverson 打破了員工之間的層級(jí)結(jié)構(gòu)，強(qiáng)調(diào)團(tuán)隊(duì)協(xié)作，建立基于績(jī)效的薪酬體制，提倡利益共享和社區(qū)共建。

　　公司不僅在電爐工藝發(fā)展上占據(jù)領(lǐng)先地位，同時(shí)在管理結(jié)構(gòu)上的創(chuàng)新也齊頭并進(jìn)，這在當(dāng)時(shí)還引發(fā)了一場(chǎng)革命。特別是，公司將電爐工藝應(yīng)用于生產(chǎn)高附加值的鋼鐵產(chǎn)品，例如用廢鋼生產(chǎn)高品質(zhì)的板材。

位于美國(guó)布拉肯里奇阿勒格尼路德盧姆鋼鐵公司（Allegheny Ludlum Steel Corp.）的35噸電爐正在出鋼

　　短流程鋼鐵廠是一座高效的回收工廠，可將廢鋼轉(zhuǎn)換成有用的鋼材。如今，因其可以節(jié)約自然資源或原材料，不僅可獲得商業(yè)利益，而且對(duì)整個(gè)地球而言其重要性都是不言而喻的。然而，直到20世紀(jì)60年代，“可持續(xù)發(fā)展”的概念才出現(xiàn)。

　　1970年，由政治家、學(xué)者和實(shí)業(yè)家組成的一個(gè)俱樂(lè)部聯(lián)合出版了名為“增長(zhǎng)的極限”一書(shū)，當(dāng)時(shí)關(guān)于地球能承載人類發(fā)展的程度的討論成為了報(bào)紙的頭條。荷蘭人Max Kohnstamm 是該俱樂(lè)部的一名成員，他曾擔(dān)任歐洲煤鋼共同體（European Coal and Steel Community）高級(jí)機(jī)構(gòu)的秘書(shū)。盡管報(bào)告的調(diào)查結(jié)果在當(dāng)時(shí)引起了爭(zhēng)議，然而，現(xiàn)在全球的政府和行業(yè)機(jī)構(gòu)都認(rèn)為，制造業(yè)的未來(lái)依賴于能源和資源的高效、可持續(xù)利用。1987年，布倫特蘭委員會(huì)（Brundtland Commission）發(fā)布的報(bào)告“我們共同的未來(lái)”中也涉及了類似的主題。