钢铁的发展可以追溯到4000年前的铁器时代开始。事实证明，铁比以前使用最广泛的金属青铜更硬、更坚固，铁开始取代武器和工具中的青铜。

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，也取决于生产方法。

到了17世纪，铁的特性得到了很好的理解，但欧洲日益城市化需要一种更通用的结构金属。到了19世纪，扩建铁路消耗的铁量为冶金学家提供了经济激励，以找到解决铁脆性和低效生产过程的方法。

毫无疑问，钢铁历史上最具突破性的是在1856年，当时亨利·贝塞默（Henry Bessemer）开发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。

铁的时代

在非常高的温度下，铁开始吸收碳，从而降低金属的熔点，从而产生铸铁（2.5%至4.5%的碳）。高炉的发展，中国人在公元前6世纪首次使用，但在中世纪在欧洲更广泛地使用，增加了铸铁的产量。

生铁是铁水从高炉中跑出来，在主通道和相邻模具中冷却。大、中央和相邻的小锭像母猪和哺乳仔猪。

铸铁很坚固，但由于其碳含量而变脆，因此不适合加工和成型。随着冶金学家意识到铁中的高碳含量是脆性问题的核心，他们尝试了降低碳含量以使铁更可行的新方法。

到18世纪后期，炼铁师学会了如何使用水坑炉将铸铁转化为低碳含量的熟铁（由亨利·科特于1784年开发）。熔炉加热铁水，铁水必须由水坑使用长桨形工具搅拌，让氧气结合并缓慢去除碳。

随着碳含量的降低，铁的熔点增加，因此大量的铁会在炉中凝聚。这些物质将被水坑取出并用锻锤加工，然后再滚成薄片或栏杆。到1860年，英国有超过3000个水坑炉，但这一过程仍然受到其劳动力和燃料密集型的阻碍。

最早的钢形式之一，泡罩钢，于17世纪在德国和英国开始生产，通过使用称为胶结的过程增加铁水中的碳含量来生产。在这个过程中，锻铁条在石盒中用木炭粉分层并加热。

大约一周后，铁会吸收木炭中的碳。反复加热会更均匀地分布碳，冷却后的结果是起泡钢。较高的碳含量使泡罩钢比生铁更具可加工性，使其可以压制或轧制。

泡钢生产在1740年代取得了进步，当时英国钟表匠本杰明·亨茨曼（Benjamin Huntsman）在试图为他的钟表弹簧开发优质钢时，发现金属可以在粘土坩埚中熔化，并用特殊的助熔剂精炼以去除胶结过程留下的炉渣。结果是坩埚或铸钢。但由于生产成本的原因，泡罩和铸钢都只用于特殊应用。

因此，在19世纪的大部分时间里，在水坑炉中制造的铸铁仍然是英国工业化的主要结构金属。

贝瑟默工艺和现代炼钢

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，钢铁工业仍在与低效的生产过程作斗争。钢仍未被证实为结构金属，该产品的生产缓慢且成本高昂。直到1856年，亨利·贝塞默（Henry Bessemer）提出了一种更有效的方法，将氧气引入铁水以降低碳含量。

现在被称为Bessemer工艺，Bessemer设计了一个梨形容器，被称为“转换器”，其中铁可以加热，而氧气可以通过熔融金属吹过。当氧气通过熔融金属时，它会与碳发生反应，释放二氧化碳并产生更纯净的铁。

这个过程快速且便宜，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，最终产品中残留了太多的氧气。Bessemer最终不得不回报他的投资者，直到他找到一种方法来增加碳含量并去除不需要的氧气。

大约在同一时间，英国冶金学家罗伯特·穆谢特（Robert Mushet）收购并开始测试一种铁、碳和锰的化合物，称为spiegeleisen。众所周知，锰可以去除铁水中的氧气，如果添加适量的锰，将提供解决Bessemer问题的方法。Bessemer开始将其添加到他的转换过程中，并取得了巨大的成功。

一个问题仍然存在。Bessemer未能找到一种方法来去除磷，磷是一种使钢变脆的有害杂质。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 Gilchrist Thomas）通过在贝塞默工艺中添加化学碱性助熔剂石灰石来提出解决方案。石灰石将生铁中的磷吸入炉渣中，从而去除不需要的元素。

这项创新意味着，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，启动了世界钢铁工业的增长。

在1860年代，德国工程师卡尔·威廉·西门子（Karl Wilhelm Siemens）通过创造平炉工艺进一步提高了钢铁产量。平炉工艺在大型浅炉中用生铁生产钢。

该过程使用高温来燃烧多余的碳和其他杂质，依赖于炉膛下方加热的砖室。蓄热式炉后来使用炉子的废气来保持下面砖室的高温。

这种方法允许生产更大的数量（一个炉子可以生产50-100公吨），定期测试钢水，使其符合特定规格，并使用废钢作为原材料。尽管该过程本身要慢得多，但到1900年，平炉过程已基本取代了Bessemer过程。

钢铁生产的革命提供了更便宜、更高质量的材料，被当时的许多商人视为投资机会。19世纪后期的资本家，包括安德鲁·卡内基和查尔斯·施瓦布，在钢铁行业投资并赚取了数百万美元（卡内基为数十亿美元）。卡内基的美国钢铁公司成立于1901年，是有史以来第一家成立的公司，价值超过10亿美元。

就在世纪之交之后，发生了另一个对钢铁生产演变产生重大影响的发展。Paul Heroult的电弧炉（EAF）设计用于使电流通过带电材料，导致放热氧化和高达3272°F（1800°C）的温度，足以加热钢铁生产。

电弧炉最初用于特种钢，后来随着使用的增长，到第二次世界大战时，电弧炉被用于制造钢合金。建立电弧炉工厂所涉及的低投资成本使他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，特别是在碳钢或长材方面。

由于电弧炉可以用100%废钢或冷铁原料生产钢材，因此每单位生产所需的能源更少。与基本的氧气炉相反，操作也可以停止和开始，只需很少的相关成本。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%。

全球大部分钢铁产量（约66%）现在都是在碱性氧气设施中生产的——1960年代工业规模上分离氧气和氮气的方法的发展使碱性氧气炉的发展取得了重大进展。

碱性氧气炉将氧气吹入大量铁水和废钢中，可以比平炉方法更快地完成装料。可容纳多达 350 公吨铁的大型容器可以在不到一小时的时间内完成转化为钢材。

氧气炼钢的成本效益使平炉工厂失去竞争力，随着 1960 年代氧气炼钢的出现，平炉业务开始关闭。美国的最后一家平炉工厂于1992年关闭，中国于2001年关闭。