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Breve storia dell’acciaio

L'età del ferro


Nel corso della storia l’uomo ha fatto uso di diversi tipi di metallo, dall’oro all’argento, passando per il rame, il bronzo e lo stagno, ma è con la scoperta del ferro e con l’inizio del terzo periodo preistorico – “l’età del ferro” – che l’umanità si avvia verso quella che viene definita civilizzazione. Dall’analisi dei reperti archeologici di età più antica, il primo ferro ad essere utilizzato dall’uomo è quello di origine meteoritica, che si presenta in forma legata con un alto tenore di nichel. Inizialmente questa lega metallica veniva lavorata per battitura su incudine, dopo averla portata a incandescenza per mezzo di piccole fornaci alimentate a carbone: una tecnica che caratterizza l’età del bronzo, acquisita in diverse civiltà sia dell’Asia Centrale che del Mediterraneo. E furono proprio le conoscenze siderurgiche sviluppate durante l’età del bronzo che consentirono il passaggio alla produzione per riduzione diretta da minerale di ferro, che veniva trattato in presenza di carbone, inizialmente in forni a fossa a tiraggio naturale e, successivamente, a mantice. Date le temperature relativamente basse che potevano essere raggiunte in questi forni, il ferro metallico si raccoglieva in forma di massa spugnosa contenente scorie che venivano eliminate per battitura a caldo.

I primi altiforni


Per fare un passo in avanti sostanziale bisognerà lasciare la preistoria ed entrare nella storia. È solo verso la fine del XIV secolo, infatti, che vengono sviluppati i primi altiforni, ossia impianti in grado di raggiungere la temperatura di fusione del ferro consentendo di ottenere non più spugna di ferro ma un prodotto metallico ad elevato contenuto di carbonio, la ghisa. Questa poteva successivamente essere “affinata” in acciaio, riducendone il tenore di carbonio, silicio e altri componenti, attraverso la bruciatura a fuoco in eccesso di aria. Da qui, per arrivare a produrre un acciaio di qualità omogenea e in quantitativi consistenti passano quasi 400 anni, quando intorno al 1740 Benjamin Huntsman, un orologiaio di Sheffield alle prese con esperimenti per trovare un materiale più resistenti per costruire molle e coltelli, scopre che è possibile ridurre il tenore di carbonio della ghisa, e dunque produrre acciaio, sciogliendola in crogioli mescolata a ferro puro. Il processo sviluppato da Huntsman, lungo e poco produttivo, rimase l’unica possibilità per produrre discrete quantità per diversi decenni, fino a quando, tra la fine del XVIII e l’inizio del XIX secolo, si misero a punto metodi più efficienti per raggiungere temperature elevate negli altiforni. Inizialmente grazie ad un processo basato sull’insufflaggio di aria calda che venne poi superato da un metodo ancora più evoluto tecnologicamente, noto come “puddellaggio” (da: to puddle = rimescolare), figlio dell’invenzione del forno a riverbero attribuita a Henry Cort, il cui brevetto è del 1784. L’invenzione di questo tipo di forno ebbe grandi vantaggi, consentendo di eliminare sistemi di soffiaggio (mantici) e, ancor più importante, di raggiungere alti livelli di produzione.

L’introduzione del convertitore


Rimaneva però la necessità di immettere ingenti quantità di energia per far funzionare i forni, problema questo che fu in parte risolto nel 1855 grazie all’invenzione da parte di Henry Bessemer del “convertitore”, un reattore termicamente autogeno, in cui l’energia è prodotta sfruttando reazioni chimiche esotermiche degli elementi componenti la ghisa (carbonio, silicio, ecc.), riducendo l’utilizzo di fonti di energia esterna. Tale metodo consentiva di produrre maggiori quantità di acciaio a discapito però della qualità dello stesso, non permettendo l’eliminazione di zolfo e fosforo presenti nella ghisa. La soluzione venne dal londinese Sidney Gilchrist Thomas, altro personaggio centrale nella storia della siderurgia, il quale brevettò nel maggio del 1878 un nuovo convertitore in cui il rivestimento quarzoso e acido del Bessemer venne sostituito con uno basico a base di dolomite. I convertitori Thomas subirono varie evoluzioni e miglioramenti e rimasero in funzione fino verso la meta del ‘900, quando furono introdotti i moderni convertitori a ossigeno (c.d. Basic Oxygen Furnace o BOF).

L’acciaio protagonista della seconda rivoluzione industriale


A partire dalla fine dell’800 l’acciaio divenne un materiale di vitale importanza per l’economia del mondo occidentale. La scoperta di nuovi processi di produzione industriale rappresentò una vera rivoluzione per l’epoca. Basti pensare che in poco più di vent’anni la produzione mondiale passò da meno di 1 milione di tonnellate nel 1879 a quasi 30 milioni di tonnellate nel 1900. L’acciaio iniziò a essere impiegato nel settore dei trasporti, sostituendo il ferro nella costruzione di reti ferroviarie su rotaie in acciaio, aumentandone in questo modo la durata e la resistenza. Venne inoltre esteso il suo utilizzo ai trasporti via mare, in particolare per la costruzione di caldaie di locomotive e delle navi stesse, arrivando sino al suo impiego nei transatlantici. Tra le grandi opere in cui è stato impiegato l’acciaio in quegli anni si ricordano l’Eads Bridge (1874), il primo ponte ad avere una struttura portante in acciaio e ferro costruito sul Mississippi, e la torre Eiffel di Parigi terminata nel 1889, monumento simbolo dell’età industriale realizzato in ferro puddellato, una lega ottenuta dalla ghisa e assimilabile all’acciaio, con una massa complessiva di più di 10 mila tonnellate per un’altezza di 324 metri.

L’acciaio inox e le diverse leghe d’acciaio


A distanza di pochi anni si fecero ulteriori passi in avanti, arrivando a produrre diverse tipologie di acciaio. Ad esempio, nel 1904, si scoprì che il cromo aveva un forte valore inibitore contro la corrosione, e nello stesso anno, il francese Léon Guillet produsse una lega di acciaio inox con basso tenore di carbonio. Nel 1912, Eduard Maurer, scoprì l’acciaio inossidabile austenitico, e Krupp brevettò una lega denominata 18/8, contenente 18% di cromo e 8% di nickel. Nel 1913, l’inglese Harry Brearley, sviluppò una lega di acciaio inox martensitico destinata al settore della coltelleria. Le tecniche e i processi di produzione, vennero ulteriormente affinate nel periodo compreso tra le due guerre mondiali e l’acciaio fu impiegato sempre più per la costruzione di strutture civili, come, per esempio, i grattacieli: l’Empire State Building, inaugurato nel 1931 e alto 381 metri, fu realizzato utilizzando 57.000 tonnellate di acciaio inox. Fino ad arrivare ai nostri giorni, in cui l’acciaio è tra i materiali più utilizzati in molti settori e le tecnologie di produzione sono sempre più evolute e sempre più orientate al riciclo. Ma questa è un’altra storia.