Phần 3: MỞ RỘNG TOÀN CẦU VÀO THẾ KỶ 20, 1900-1970S

Kỷ nguyên thép

Vào buổi bình minh của thế kỷ 20, sản xuất thép là một ngành công nghiệp lớn và khoa học ngày càng khám phá ra những bí ẩn của thép. Một ‘quý ông nhà khoa học’ người Anh tên là Henry Clifton Sorby đã gây chấn động khi đặt các mẫu kim loại dưới kính hiển vi. Công trình tiên phong của ông đã tiết lộ bí mật của thép - nó có được sức mạnh từ lượng cacbon nhỏ & chính xác được khóa trong các tinh thể sắt.

Khoáng sản pyrit trên đá mỏ

Đây cũng là thời đại của các nhà công nghiệp vĩ đại. Tại Hoa Kỳ, J.P. Morgan đã mua lại doanh nghiệp thép của Andrew Carnegie để thành lập Tập đoàn Thép Hoa Kỳ vào năm 1901, tập đoàn này đã thành lập thành phố Gary, Indiana vào năm 1906 để làm trụ sở cho nhà máy mới của mình - Gary được đặt theo tên của Elbert Henry Gary, chủ tịch sáng lập của Thép Hoa Kỳ. Morgan đã học được từ Carnegie rằng việc tích hợp tất cả các bộ phận của quy trình sản xuất vào một tổ chức duy nhất có thể dẫn đến hiệu quả về quy trình và quy mô. Năm 2011, US Steel là nhà sản xuất thép lớn thứ hai ở Mỹ.

Quy trình sản xuất cũng phát triển. Quy trình lò bằng (lò Martin) dần dần thay thế quy trình Bessemer làm phương pháp sản xuất thép chính. Mặc dù quy trình này chậm hơn, nhưng nhược điểm này cũng là ưu điểm của nó – các nhà hóa học của nhà máy có thời gian để phân tích và kiểm soát chất lượng kim loại trong quá trình tinh luyện, tạo ra các mác thép mạnh hơn.

Với sự hiểu biết nhiều hơn về tính chất của thép, hợp kim thép trở nên phổ biến hơn. Năm 1908, chiếc du thuyền Germania nặng 366 tấn do xưởng đóng tàu Friedrich Krupp Germania chế tạo có thân tàu làm bằng thép crom-niken ra đời. Và vào năm 1912, hai kỹ sư người Đức của Krupp, Benno Strauss và Eduard Maurer, đã được cấp bằng sáng chế cho thép không gỉ, phát minh này trên thực tế thường được ghi nhận cho Harry Brearley (1871-1948), một nhà hóa học người Anh sinh ra ở Sheffield, trong thời gian làm việc cho một trong những phòng thí nghiệm của thành phố, ông bắt đầu nghiên cứu các loại thép mới có thể chống lại sự ăn mòn tốt hơn do nhiệt độ cao gây ra, và kiểm tra lượng nạp crom, điều này cuối cùng tạo ra thứ có lẽ là hợp kim nổi tiếng nhất.

Tác động của chiến tranh

Hai cuộc chiến tranh thế giới của thế kỷ 20 đã gây ra những hậu quả to lớn đối với ngành sản xuất thép. Giống như các ngành công nghiệp nặng khác, sản xuất thép đã được quốc hữu hóa ở nhiều quốc gia do nhu cầu về thiết bị quân sự. Thép cần cho đường sắt và tàu chở quân và vật tư.

Xe quân sự và đặc biệt là xe tăng cũng phụ thuộc rất nhiều vào thép. Từ khi chúng được phát minh cho đến khi kết thúc Chiến tranh thế giới thứ hai, xe tăng được bảo vệ bởi các tấm thép có cấu trúc và thành phần đồng nhất được gọi là Giáp cán đồng nhất (RHA). Loại giáp này phổ biến đến mức nó trở thành tiêu chuẩn để xác định hiệu quả của vũ khí chống tăng.

Chào mừng đến với thời đại thiết bị gia dụng

Sau thời thắt lưng buộc bụng của Chiến tranh thế giới thứ hai, thương mại và công nghiệp đã hồi sinh. Thép từng được dùng để chế tạo xe tăng và tàu chiến giờ đã đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng về ô tô và đồ gia dụng. Dân số bùng nổ và xây dựng cũng vậy. Khi nhiều người chuyển đến các thành phố, các tòa nhà trở nên lớn hơn và cao hơn, và cần một lượng lớn thép để làm dầm và bê tông cốt thép.

Sự thịnh vượng và đổi mới công nghệ ngày càng phát triển đã thay đổi cuộc sống hàng ngày. Đến những năm 1960, các thiết bị điện được sản xuất hàng loạt ngày càng trở nên dễ tiếp cận với hàng triệu người tiêu dùng. Chúng bao gồm tủ lạnh, tủ đông, máy giặt và máy sấy quần áo, v.v. Và công-ten-nơ vận chuyển mang tính biểu tượng – được thiết kế vào năm 1955 và được làm bằng thép – tạo ra một phương thức an toàn & mạnh mẽ để vận chuyển tất cả những hàng hóa này bằng tàu, đường bộ và đường sắt.

Rõ ràng, ô tô nhanh chóng trở thành một mặt hàng tiêu dùng đại chúng cực kỳ phổ biến, làm thay đổi cục diện và dẫn đến sự phát triển của ngành dầu khí, một quá trình liên quan đến tất cả các loại sản phẩm thép.

Nhà bếp của Mỹ những năm 1950: Thép đóng một vai trò quan trọng trong các thiết bị tiết kiệm sức lao động sau chiến tranh ngày càng trở nên sẵn có và rẻ tiền

Thép mạnh hơn

Các công nghệ và cơ sở hạ tầng mới đã thúc đẩy nhu cầu về các loại vật liệu mới với cơ tính rất đặc biệt. Các nhà sản xuất thép trên thế giới đã đáp ứng thách thức này, đưa ra những phát triển cho thấy tính linh hoạt gần như vô hạn của thép. Bằng cách bổ sung các lượng nguyên tố khác nhau được kiểm soát cẩn thận để nấu chảy quặng sắt, họ bắt đầu phát triển các loại thép có độ bền cao, hợp kim thấp (HSLA).

Ngành công nghiệp dầu khí có các nhu cầu đặc biệt. Hệ thống đường ống khổng lồ xuyên qua xa mạc khô cằn, chất thải đóng bằng, hoặc dưới biển cần phải chắc và dẻo dai. Chúng cũng phải có tính chịu hàn tuyệt vời, do đó không có điểm yếu ở các mối nối giữa các phần. Trong trường hợp này thép hợp kim thấp độ bền cao có mangan và dấu vết của các nguyên tố khác mang lại tất cả các đặc tính cần thiết.

Đường ống thép công nghiệp

Từ đầu những năm 1960, phạm vi của thép hợp kim thấp độ bền cao đã phát triển vượt bậc. Chúng được sử dụng trong mọi thứ từ cây cầu đến máy cắt cỏ. Trên hết, chúng mang lại tỷ lệ độ bền trên trọng lượng lớn hơn nhiều so với thép cacbon truyền thống. Thông thường, chúng nhẹ hơn khoảng 20-30% so với thép cacbon, với cùng độ bền. Đặc tính này đã khiến chúng trở nên đặc biệt phổ biến với các nhà sản suất xe ô tô, cho phép những chiếc xe mạnh mẽ và an toàn, nhưng cũng nhẹ và tiết kiệm nhiên liệu.

Củng cố trái phiếu quốc tế

Trong khi thép đang cung cấp nền tảng của xã hội hiện đại, ngành công nghệ thép đang đóng vai trò là trọng tâm cho các các mối quan hệ mới giữa các quốc gia. Năm 1951, Pháp, Tây Đức, Ý, và các quốc gia Benelux đã cùng nhau tham gia Cộng đồng Than Thép Châu Âu (ECSC).

Cộng đồng này tạo ra một ‘thị trường chung’ để thúc đẩy mở rộng kinh tế, thúc đẩy ngành công nghiệp và nâng cao mức sống. Với trọng tâm là tự do di chuyển sản phẩm, Cộng đồng Than Thép Châu Âu là bước đầu tiên trong chặn đường dẫn đến việc thành lập Liên minh Châu Âu.

Các cuộn thép: giữ một lục địa lại với nhau

Từ lửa đến điện

Vào giữa thế kỉ 20, công nghệ luyện thép đã phát triển trên nhiều mặt. Sản xuất thép oxy kiềm và lò hồ quang điện đã biến đổi các quy trình sản xuất chính, khiến chúng nhanh hơn và tiết kiệm năng lượng hơn. Chúng thậm chí cho phép các nhà sản xuất tái sử dụng phế liệu làm liệu nạp vào

Cùng với việc giới thiệu các kỹ thuật cơ bản mới, các nhà sản xuất thép cũng đã cải thiện các kỹ thuật đúc đúc và cán truyền thống để tạo ra các tấm, các ạng và thép theo yêu cầu chính xác của khách hàng. Một số trong những phát triển này đến từ Châu Âu, Hoa Kỳ và Nga. Nhưng các nhà sản xuất thép, đặc biệt ở Nhật Bản và Hàn Quốc đã nhanh chóng phát triển những cải tiến của mình, từ đó truyền cảm hứng cho các nhà sản xuất thép trên thế giới.

Chính xác thì những công nghệ mới này là gì? Đầu tiên – Sản xuất thép oxy kiềm – về bản chất là một phiên bản cải tiến của lò thổi Bessemer, sử dụng oxy thay vì không khí để loại bỏ lượng cacbon dư thừa từ gang thỏi để sản xuất thép. Quy trình này do Robert Durrer, người Thụy Sỹ phát minh năm 1948, và sau đó được Công ty  của Áo phát triển thêm (ngày nay là voestalpine AG). Nó còn được gọi là quy trình Linz- Donawitz (LD), theo tên các thị trấn của Áo nơi lần đầu tiên nó được thương mại hóa.

Quan trọng nhất, quy trình này nhanh chóng. Các lò thổi (BOFs) hiện đại có thể chuyển đổi một lượng sắt nặng tới 350 tấn thành thép trong ít nhất 40 phút – so với 10-12 giờ cần để hoàn thiện một quá trình ‘gia nhiệt’ trong lò siemens -Martin.

Tận dụng tối đa phế liệu

Thấy được lợi ích của tốc độ và giảm mức tiêu thụ năng lượng, các nhà sản xuất đã sớm bắt đầu thay thế các lò siemens -Martin bằng các lò BOF. Nhưng vào những năm 1960, phế liệu từ xe cộ, thiết bị gia dụng và các chất thải công nghiệp đã trở thành một nguồn quan trọng và rẻ. Câu hỏi đặt ra là, làm thế nào để tái sử dụng nó? Trong lò BOF, lên đến 25% liệu nạp có thể là thép phế.Vì vậy, các nhà sản xuất thép sáng tạo đã chuyển sang một kỹ thuật cũ và cập nhật nó. Các lò hồ quang điện (EAFs) đã xuất hiện lần đầu tiên vào cuối thế kỷ 19. Tuy nhiên, cho đến những năm 1960, chúng chủ yếu được sử dụng cho các hợp kim và thép đặc biệt.

Hiện nay, với lượng phế dồi dào, EAFs phù hợp dể sản xuất quy mô lớn hơn. Không giống như lò BOF, lò EAF không cần gang lỏng – nó có thể được nạp bằng thép phế liệu nguội hoặc đã được gia nhiệt hoặc gang thỏi. Lò được nạp bằng vật liệu và các điện cực được hạ xuống trong đó, tạo ra hồ quang và do đó tạo ra nhiệt độ đủ cao để nấu chảy phế. Đối với lò BOF, quy trình này diễn ra nhanh, thường là mất chưa đầy hai giờ. Hơn nữa, các Nhà máy EAF thường xây dựng tương đối rẻ, đây là một lợi thế quan trọng cho các ngành công nghiệp Châu Âu và Mỹ vẫn đang phục hồi sau chiến tranh thế giới.

Tái chế phế liệu rất có lãi và cũng giúp giảm phát thải khí nhà kính, bảo tồn năng lượng và tài nguyên thiên nhiên

Lò hồ quang điện (EAF)

Ngoài những cách mới để sản xuất thép thô này, những cách mới để đúc (đổ) kim loại nóng chảy vào khuôn đã xuất hiện. Cho đến những năm 1950, thép được rót vào các khuôn cố định tạo thành phôi thỏi (các khối lớn) sau đó được cuộn thành tấm, hoặc các hình dạng và kích cỡ nhỏ hơn. Trong quá trình đúc liên tục, thép lỏng được nạp liên tục vào khuôn trong một quy trình kiểu băng tải, tạo ra một dòng thép dài. Khi dòng thép ra khỏi khuôn, no được cắt thành phôi tấm hoặc phôi bloom mỏng hơn nhiều so với phôi thỏi truyền thống và do đó dễ dàng cuộn thành các thành phẩm và bán thành phẩm.

Thép cho mọi mục đích

Sản xuất thép thô và đúc thành phôi thỏi hoặc phôi tấm chỉ là bước đầu tiên trong sản xuất thép công nghiệp. Những khối lớn này phải được cán để giảm độ dày và hình dạng của chúng và tạo thành những hình dạng và kích cỡ yêu cầu. Ở giai đoạn này, kỹ năng của những nhà sản xuất thép mang lại tính linh hoạt hơn cho kim loại

Những người thợ thủ công trong thời cổ địa biết các đặc tính của thép không chỉ phụ thuộc vào các thành phần hóa học của nó mà còn phụ thuộc vào nó được gia nhiệt, làm mát, rèn và cán như thế nào. Các nhà sản xuất thép hiện đại đã thành thạo các quy trình này ở một mức độ đáng kinh ngạc, với Nhật Bản là nước đóng góp vào trong lĩnh vực này. Ngày nay, các nhà sản xuất thép có thể cung cấp cho khách hàng của hầu hết mọi tập hợp các đặc tính mà họ yêu cầu, từ thép siêu bền đến lá mỏng như giấy lụa.

Hoàn thiện đến mức hoàn hảo

Nhiệm vụ phức tạp nhất của việc cán phôi thỏi hoặc phôi tấm bắt đầu bằng việc “cán thô’. Các con lăn khổng lồ thực hiện một số lần cán để giảm độ dày của vật liệu – ví dụ, giảm phôi tấm từ khoảng 240mm xuống còn 55mm hoặc ít hơn. Tiếp theo là vô số bước cán hoàn thiện trước khi cuộn lại. Sau đó, vật liệu có thể trải qua một số đường, một là tẩy gỉ để loại bỏ gỉ, tiếp theo là cán nguội.

Cán nóng: Một quy trình tạo thành kim loại trong đó vật liệu kiêm loại được cán qua một cặp con lăn.

Cả quy trình cán nóng và cán nguội đều làm cho vật liệu mỏng hơn, chúng cũng làm biến đổi cấu trúc tinh thể của sắt và các yếu tố khác trong kim loại. Điều đó lần lượt ảnh hưởng đến các đặc tính của thép. Quy trình cán nóng làm tăng độ dẻo, độ bền và khả năng chống sốc và rung. Cán nguội thêm độ cứng và độ bền.Tuy nhiên, việc điều chỉnh cơ tính của kim loại không kết thúc ở đó. Thông thường, thép sẽ được ủ: nghĩa là, được gia nhiệt đến khoảng 800°C và làm nguội từ từ. Ví dụ, thép cán nguội đã được làm cứng, làm cho nó trở nên giòn. Quá trình ủ làm mềm kim loại đủ để giữ đủ độ cứng, đồng thời cho phép nó được tạo thành các sản phẩm như các bộ phận của ô tô. Các quy trình khác như là tôi (làm nguội nhanh) và ram (gia nhiệt lại sau khi tôi) giúp kiểm soát tốt hơn đối với từng loại cơ tính chính xác của thép.

Cuối cùng, thép sẽ được phủ để bảo vệ nó khỏi rỉ sét và ăn mòn – điều này đặc biệt quan trong trong các ứng dụng như đóng tàu, cầu và đường sắt, bơi kim loại có thể tiếp xúc với nhiệt, lạnh, nước biển mặn và mưa. Mạ kẽm nhúng nóng được sử dụng rộng rãi để phủ lên thép một lớp kẽm nguyên chất để bảo vệ hoặc hỗn hợp kẽm-nhôm. Đối với các ứng dụng khác, bề mặt có thể được sơn lót trước để sơn, hoặc xử lý để chống tia cực tím và chống trầy xước, hoặc được xử lý hoặc phủ chuyên dụng từ một bảng màu rộng lớn để bổ sung hoàn thiện chức năng hoặc trang trí.

Cầu St. Johns ở Portland, Oregon, Hoa Kỳ, là một cây cầu treo bằng thép, khánh thành năm 1931

Cải tạo các nhà máy nhỏ

Sự gia tăng của lò hồ quang điện (EAF) vào những năm 1960 đã mở đường cho các nhà máy nhỏ và thay đổi đáng kể trong ngành công nghiệp thép. Các nhà máy tích hợp truyền thống dựa trên các lò thổi (BOF) cần một lò cao để cung cấp sắn nóng chảy làm liệu nạp vào. Chúng lớn và tốn kém để xây dựng. Các nhà máy dựa trên lò hồ quang điện là khác nhau. Sử dụng phế hoặc sắt hoàn nguyên trực tiếp (DRI) hoặc gang thỏi làm liệu nạp, chúng thường nhỏ hơn và đơn giản hơn để xây dựng và vận hành – do đó có tên ‘các nhà máy nhỏ’. Chúng cũng có thể được thành lập với mức vốn nhỏ hơn, và điều đó đã mở ra cánh cửa cho một thế hệ doanh nhân mới.ở Châu Âu, doanh nhân người Đức và người cải cách sản xuất thép, Willy Korf, đã tạo ra bước đột phá mới trong ngành công nghiệp thép bằng cách thành lập nhà máy EAF trên một hòn đảo ở Rhine, gần Strasbourg, Pháp năm 1968. Chỉ một năm sau, Korf đã đưa công nghệ này đến Hoa Kỳ, thành lập nhà máy nhỏ Georgetown Steel ở Nam Carolina.

Cải tiến lớp mạ kẽm

Thép được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi khắt khe từ đóng tàu đến bình áp suất trong các nhà máy điện hạt nhân. Nó cũng được hàng triệu người tin cậy để giữ một mái nhà trên đầu của họ

Tấm lợp tôn mạ kẽm là một hình ảnh quen thuộc trên toàn thế giới. Mạ kẽm đã được biết đến từ thế kỷ 19^th, nhưng vào những năm 1930, một thanh niên người Ba lan, Tadeus Sendzimir đã phát minh ra cách mạ kẽ thép trong quy trình sản xuất liên tục. Công ty Sendzimir của ông ấy cũng đã trở thành công ty hàng đầu thế giới về cán nguội và vỏ thép cho tàu vũ trụ Apollo được sản xuất tại một trong những nhà máy của công ty.

Thép nóng trắng đổ từ một lò điện 35 tấn, Allegheny Ludlum Steel Corp., Brackenridge, Hoa Kỳ

Cũng trong khoảng thời gian đó, nhà luyện kim Hoa Kỳ Ken Iverson đang xây dựng nhà máy nhỏ đầu tiên của Nucor tại Darlington, cũng ở Nam Carolina. Ngày nay, Nucor là một trong những nhà sản xuất thép lớn nhất Hoa Kỳ, và một trong những nhà tái chế lớn nhất Hoa Kỳ dưới mọi hình thức. Tuy nhiên, khi Ken Iverson được đề nghị trở thành chủ tịch của của nó, nó là một tập đoàn đang gặp khó khăn trong đó bộ phận duy nhất có lợi nhuận là hoạt động sản xuất dầm thép do chính Inverson điều hành.

Trong vòng hai năm, Inverson đã xoay chuyển tình thế của công ty, làm cho nó có lãi và đứng đầu trong lĩnh vực của nó. Niềm tin của ông vào tiềm năng của các công ty nhỏ đã được chứng minh là có cơ sở và trong 16 năm tiếp theo, công ty đã vượt qua xu hướng suy giảm của ngành công nghiệp thép Hoa Kỳ, đạt được tốc độ tăng trưởng nhanh và ổn định. Iverson đã phá vỡ các cấu trúc phân cấp và nhấn mạnh tinh thần đồng đội, lượng dựa trên hiệu suất, lợi ích được chia 

sẻ và sự gắn bó của cộng đồng.Những cải tiến trong các cơ cấu quản lý này cũng phù hợp với việc đi đầu trong sự phát triển công nghệ nhà máy nhỏ, vào thời điểm đó đang trải qua một cuộc cách mạng. Đặc biệt, họ đã đưa công nghệ nhà máy nhỏ đến gần hơn với dòng sản phẩm thép có giá trị cao, sản xuất các sản phẩm dẹt chất lượng cao từ các nguyên liệu nạp trong phế.

Cả Korf và Iverson đều là những người tiên phong. Họ xây dựng doanh nghiệp thành công bằng cách sử dụng các công nghệ mới nhất như đúc liên tục và làm mát bằng nước trở nên hiệu quả và linh họa nhất có thể. Iverson cũng xây dựng sự thịnh vượng của Nucor dựa trên các mối quan hệ con người có tư duy tiến bộ. Ông ấy đã giới thiệu một hệ thống lương chủ yếu dựa trên tiền thưởng hiệu suất, thúc đẩy tinh thần đồng đội và trung thành với công ty cũng như tăng năng suất. Nhiều công ty đã sao chép cách tiếp cận của Iverson và ý tưởng của ông ấy vẫn đang được thảo luận trong phòng họp của các công ty thép trên khắp thế giới.

  Thép rất cần thiết cho công việc tinh xảo, chính xác, tiết kiệm sức lao động, được thực hiện bởi ‘các rô bốt’ sản xuất

Tái chế đi trước thời đại

Nhà máy nhỏ là các nhà máy tái chế hiệu quả. Các nhà máy này lấy kim loại tái chế và biến nó thành thép hữu ích. Ngày nay, tầm quan trọng của điều này là rõ ràng, không chỉ về thương mại mà còn vì lợi ích hành tinh, vì nó giúp tiết kiệm việc sử dụng tài nguyên, nguyên liệu lô. Tuy nhiên, vào những năm 1960, khái niệm “bền vững” chỉ mới bắt đầu xuất hiện.

Câu hỏi về hành tinh có thể duy trì dân số ngày càng tăng bao xa đã trở thành tiêu đề hàng đầu vào năm 1970, khi một nhóm các nhóm chính trị gia, học giả và nhà công nghiệp xuất bản Những giới hạn đối với việc tăng trưởng. Trong nhóm có Dutchman Max Kohnstamm, cựu thư ký của Cơ quan có thẩm quyền của Cộng đồng Than và Thép Châu Âu. Mặc dù những phát hiện của báo cáo đã gây ra tranh cãi vào thời điểm đó, các chính phủ và cơ quan công nghiệp trên toàn thế giới hiện đã đồng ý rằng tương lại của ngành sản xuất tùy thuộc vào việc sử sụng năng lượng và tài nguyên hiệu quả, bền vũng. Nó được bổ sung bởi báo cáo của Ủy ban Brundtlan Tương laic hung của chúng ta vào năm 1987 đề cập đến các chủ đề tương tự.

Hết phần 3...