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La storia dell'acciaio inizia nell'antichità. L'acciaio è una lega di ferro e altri elementi: carbonio, manganese, fosforo, zolfo, silicio, tracce di ossigeno, azoto e alluminio. Il carbonio e gli altri elementi della lega agiscono come agente indurente.
L'acciaio ha un contenuto di carbonio inferiore al 2,11%. Le leghe ferro-carbonio con più del 2,11% di carbonio si chiamano ghise. Il più antico oggetto in acciaio è un pezzo di ferramenta, scavato in un sito archeologico in Anatolia ( Kaman-Kalehöyük) che risale a circa 4000 anni fa. Quando il contenuto di carbonio supera lo 0,3% il materiale diventa duro e fragile se viene temprato in acqua a una temperatura di 850-900 gradi Celsius.
La sua fragilità può essere ridotta riscaldandolo nuovamente nell'intervallo 350-500 gradi Celsius, processo chiamato rinvenimento. A giudicare dalla microstruttura dei manufatti rimasti, gli egiziani conoscevano questo tipo di trattamento termico intorno all'anno 900 a.Hr. Producevano così un materiale ideale per la fabbricazione di spade e coltelli. Esistono inoltre prove che attestano la produzione di acciaio trattato termicamente durante la dinastia Han (206 a.Hr – 25 d.Hr). Tuttavia le civiltà antiche non padroneggiavano completamente i metodi di produzione dell'acciaio, i suoi utilizzi erano limitati e soggetti a processi di produzione molto lunghi.
Tra l'anno 300 a.Hr – 1700 d.Hr si colloca l'epoca del leggendario acciaio di Damasco. I segreti della produzione di questo acciaio sono andati perduti nel tempo, ma i manufatti sono rimasti. La storia di questo acciaio ha le sue origini in India, intorno all'anno 300 a.Hr. Ma ha ottenuto il riconoscimento durante le Crociate del Medioevo. L'acciaio di Damasco poteva essere piegato sotto pressione senza rompersi. Studi recenti suggeriscono che nanotubi di carbonio fossero inclusi nella sua struttura, il che potrebbe spiegare parte delle sue qualità leggendarie.
Un progresso importante nella storia dell'acciaio
Un progresso importante avvenne nel 1751 quando Benjamin Huntsman fondò un'acciaieria a Sheffield, Inghilterra. Qui l'acciaio veniva ottenuto fondendo minerale di ferro e ghisa in crogioli di argilla a una temperatura di 1500-1600 gradi Celsius, utilizzando il coke come combustibile. Sheffield divenne il centro di produzione dell'acciaio al crogiolo. Nel 1873, anno di picco, la produzione fu di circa 110.000 tonnellate, quasi la metà della produzione mondiale. Il procedimento si diffuse in Svezia e Francia e poi in Germania, dove è associato alle opere di Alfred Krupp, a Essen. Questo procedimento ha permesso per la prima volta la produzione di acciai legati. Questo, grazie al fatto che gli elementi di lega potevano essere aggiunti al metallo fuso, nel crogiolo. Il procedimento entrò in declino a partire dall'inizio del XX secolo. Si ritiene che l'ultimo forno a crogiolo sia stato funzionante a Sheffield fino al 1968.
Prima del 1860 l'acciaio era un prodotto costoso, fabbricato in piccole quantità. Le strutture metalliche erano realizzate in ferro battuto o fuso.
L'era moderna nell'industria siderurgica
La storia dell'acciaio ha un punto di svolta con l'era moderna della sua fabbricazione. Legata al nome del metallurgista britannico Henry Bessemer. Nel procedimento Bessemer, la ghisa grezza viene trasformata in acciaio soffiando aria attraverso di essa, dopo essere stata rimossa dal forno. Il procedimento dimostrato da Bessemer nel 1856 divenne operativo con successo dal 1864. Questo procedimento è tra gli sviluppi produttivi più importanti dell'epoca moderna. Un processo simile fu utilizzato negli Stati Uniti da William Kelly nel 1851, brevettato nel 1857. Una difficoltà del processo Bessemer era il fatto che si poteva trasformare solo ghisa con basso contenuto di fosforo e zolfo.
Un procedimento alternativo per la fabbricazione dell'acciaio fu sviluppato, nel 1860, da William e Friedrich Siemens, nel Regno Unito, e da Pierre ed Émile Martin, in Francia. Il forno a focolare aperto era alimentato con aria e gas combustibile, preriscaldati dai gas di combustione a 800 gradi Celsius. Si otteneva una temperatura della fiamma di 2000 gradi Celsius, sufficiente per fondere la carica. Poteva essere utilizzata ghisa fusa, rottami freddi o una combinazione dei due. Fino al 1950, il 90% dell'acciaio prodotto nel Regno Unito e negli S.U.A. veniva prodotto con l'ausilio del forno a focolare aperto. Questo procedimento era tuttavia dispendioso in termini di tempo.
Con lo sviluppo dell'industria dell'energia elettrica verso la fine del XIX secolo divenne possibile l'utilizzo della corrente elettrica come fonte di energia nella fabbricazione dell'acciaio. Fu così realizzato il forno ad arco elettrico. È una tecnologia che utilizza il 100% di rottami di acciaio, ideale per la produzione di acciai debolmente legati.
Il convertitore a ossigeno
Nel 1948 viene sviluppato un altro procedimento, da Robert Durrer, noto come convertitore a ossigeno o convertitore LD (denominato dalle città austriache di Linz e Donawitz). È una variante raffinata del procedimento Bessemer, in cui il soffiaggio d'aria è sostituito dal soffiaggio di ossigeno. Si sono così ridotti i costi di capitale, i tempi di fusione, ed è aumentata la produttività. A partire dal 1960 il procedimento basato sul soffiaggio di ossigeno ha sostituito il forno a focolare aperto e il procedimento Bessemer su entrambe le sponde dell'Atlantico.
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