钢铁的发展可以追溯到4000年前的铁器时代。事实证明，铁比青铜更坚硬、更坚固，而青铜此前是使用最广泛的金属，铁开始在武器和工具中取代青铜。

然而，在接下来的几千年里，生产的铁的质量将取决于可用的矿石和生产方法。

到了17世纪，人们对铁的性质有了很好的了解，但欧洲城市化进程的加快需要一种更通用的结构金属。到了19世纪，铁路扩建所消耗的铁量为冶金学家提供了经济激励，以找到解决铁的脆性和低效生产过程的方法。

毫无疑问，钢铁史上最重大的突破发生在1856年，当时亨利·贝塞默（Henry Bessemer）发明了一种利用氧气降低铁中碳含量的有效方法：现代钢铁工业诞生了。

铁器时代

在非常高的温度下，铁开始吸收碳，这降低了金属的熔点，形成铸铁（含碳2.5%至4.5%）。高炉的发展增加了铸铁的产量。高炉在公元前6世纪首次由中国人使用，但在中世纪更广泛地应用于欧洲。

生铁是从高炉流出并在主通道和相邻模具中冷却的铁水。大的、中央的和相邻的小的锭状物类似于母猪和乳猪。

铸铁很坚固，但由于其含碳量而容易脆化，使其不适合加工和成型。当冶金学家意识到铁中的高碳含量是脆性问题的核心时，他们试验了降低碳含量的新方法，以使铁更易加工。

到18世纪末，炼铁商学会了如何使用炼铁炉（由亨利·科尔特于1784年开发）将生铁转变为低碳熟铁。熔炉加热铁水，铁水必须由水坑工使用长桨状工具搅拌，使氧气与碳结合并缓慢去除碳。

随着碳含量的降低，铁的熔点升高，因此大量的铁会在炉内结块。在轧制成薄板或铁轨之前，这些块料将由泥坑工移除并用锻锤进行加工。到1860年，英国有3000多座炼铁炉，但由于劳动和燃料密集，这一过程仍然受到阻碍。

泡罩钢是最早的钢形式之一，17世纪在德国和英国开始生产，通过使用一种称为渗碳的工艺提高生铁液中的碳含量来生产。在这个过程中，熟铁条在石箱中用木炭粉分层并加热。

大约一周后，铁会吸收木炭中的碳。反复加热会使碳分布更加均匀，冷却后的结果是起泡钢。较高的碳含量使得泡罩钢比生铁更容易加工，从而可以压制或轧制。

17世纪40年代，英国钟表匠本杰明·亨茨曼（Benjamin Huntsman）在试图为他的钟表弹簧开发高质量钢材时发现，这种金属可以在粘土坩埚中熔化，并用特殊的熔剂精炼，以去除胶结过程留下的熔渣，从而使泡罩钢的生产取得了进步。结果是一个坩埚，或铸钢。但由于生产成本的原因，泡罩钢和铸钢仅用于特殊应用。

因此，在19世纪的大部分时间里，在工业化的英国，炼铁炉中制造的铸铁仍然是主要的结构金属。

贝塞默法与现代炼钢

19世纪欧洲和美国铁路的发展给钢铁工业带来了巨大的压力，钢铁工业仍然在低效的生产过程中挣扎。钢作为一种结构金属尚未得到证实，而且该产品的生产速度慢且成本高。直到1856年，亨利·贝塞默（Henry Bessemer）提出了一种更有效的方法，将氧气引入铁水中，以降低碳含量。

Bessemer工艺现在被称为Bessemer工艺，Bessemer设计了一个梨形容器，称为“转换器”，在这个容器中，铁可以被加热，而氧气可以被吹入熔化的金属中。当氧气通过熔融金属时，它会与碳发生反应，释放出二氧化碳，生成更纯净的铁。

这一过程快速且廉价，在几分钟内从铁中去除碳和硅，但过于成功。去除了太多的碳，最终产物中残留了太多的氧气。贝塞默最终不得不偿还他的投资者，直到他能够找到一种方法来增加碳含量并去除多余的氧气。

大约在同一时间，英国冶金学家罗伯特·穆谢（Robert Mushet）获得并开始测试一种铁、碳和锰的化合物，即spiegeleisen。众所周知，锰可以去除铁水中的氧气，如果加入适量的锰，spiegeleisen中的碳含量可以解决Bessemer的问题。贝塞默开始将它加入到他的转化过程中，并取得了巨大的成功。

还有一个问题。贝塞默没能找到从他的最终产品中去除磷的方法，磷是一种有害的杂质，会使钢变脆。因此，只能使用来自瑞典和威尔士的无磷矿石。

1876年，威尔士人西德尼·吉尔克里斯特·托马斯（Sidney Gilcrist Thomas）提出了解决方案，在贝塞默法中加入了一种化学碱性熔剂石灰石。石灰石将生铁中的磷吸收到炉渣中，从而去除不需要的元素。

这一创新意味着，最终，来自世界任何地方的铁矿石都可以用来制造钢铁。毫不奇怪，钢铁生产成本开始大幅下降。1867年至1884年间，由于新的钢铁生产技术，钢轨价格下降了80%以上，从而推动了世界钢铁工业的发展。

平炉法

19世纪60年代，德国工程师卡尔·威廉·西门子通过创造平炉工艺进一步提高了钢铁产量。平炉炼钢法在大型浅炉中用生铁生产钢。

该工艺利用高温燃烧多余的碳和其他杂质，依靠炉膛下方的加热砖室。蓄热式熔炉后来利用熔炉排出的废气来维持下方砖室的高温。

这种方法允许大量生产（一个熔炉可生产50-100公吨），定期测试钢水，使其符合特定规范，并将废钢用作原材料。尽管这一过程本身要慢得多，但到1900年，平炉法已基本取代了贝塞默法。

钢铁工业的诞生

钢铁生产革命提供了更便宜、更优质的材料，当时许多商人认为这是一个投资机会。19世纪末的资本家，包括安德鲁·卡内基和查尔斯·施瓦布，在钢铁行业投资并赚了数百万美元（卡内基的情况是数十亿美元）。卡内基的美国钢铁公司成立于1901年，是有史以来第一家价值超过10亿美元的公司。

电弧炉炼钢

就在世纪之交之后，又发生了另一个对钢铁生产发展产生重大影响的发展。Paul Heroult的电弧炉（EAF）设计用于通过带电材料传递电流，导致放热氧化，温度高达3272°F（1800°C），足以加热钢铁生产。

电弧炉最初用于特种钢，但在使用上有所增长，到第二次世界大战时，被用于制造钢合金。建立电弧炉钢厂的低投资成本使它们能够与美国钢铁公司和伯利恒钢铁公司等美国主要生产商竞争，尤其是在碳钢或长材产品方面。

因为电弧炉可以用100%的废钢或冷铁原料生产钢材，所以单位生产所需的能源更少。与基本氧气炉不同，操作也可以停止和启动，相关成本很低。由于这些原因，50多年来，电弧炉的产量一直在稳步增长，目前约占全球钢铁产量的33%。

氧气炼钢

目前，全球钢铁生产的大部分（约66%）是在基本氧气设施中生产的。20世纪60年代，在工业规模上开发了一种分离氧气和氮气的方法，这使得基本氧气炉的开发取得了重大进展。

碱性氧气炉向大量铁水和废钢中吹入氧气，比平炉法更快地完成装料。容纳350公吨铁的大型船舶可在不到一小时内完成钢的转化。

氧气炼钢的成本效益使得平炉炼钢厂缺乏竞争力，随着20世纪60年代氧气炼钢的出现，平炉炼钢开始关闭。美国最后一家平炉工厂于1992年关闭，中国于2001年关闭。