Per poter comprendere la storia della siderurgia, è necessario avere presente le seguenti definizioni: Ferro: attualmente con tale termine si intende l'elemento chimico Fe o ferro puro (il quale fonde a circa 1538 °C, ha scarsissime proprietà tecnologiche e presenta un'elevata facilità ad ossidarsi); ma nell'antichità e fino al XIX secolo la parola identificava quel particolare tipo di ferro che era malleabile a caldo e non prendeva la tempra. Ferro battuto: lega ferro-carbonio a bassissimo tenore di carbonio, malleabile, di cui sopra. Acciaio: lega ferro-carbonio, con contenuto ponderaleL'aggettivo "ponderale" fa riferimento al termine "concentrazione in massa" o "percentuale in massa", con il quale si indica la concentrazione espressa dal rapporto tra la massa del componente in miscela e la massa totale della miscela, moltiplicato per 100. di carbonio fino al 2,11%. Nell'antichità e fino al XVIII secolo si pensava fosse un particolare tipo di ferro cui mancava qualcosa. Era ottenuto in forni chiusi o per parziale aggiunta di ghisa al ferro in crogioli: la sua caratteristica era la "fragilità" cioè la poca resistenza alla frattura a freddo e la sua temprabilità a caldo. Ghisa: lega ferro-carbonio, con contenuto ponderale di carbonio superiore al 2,11%. È troppo fragile per essere lavorata per forgiatura. La ghisa in getti si otteneva da forni chiusi di particolare fattura, insufflati con macchine mosse da ruote idrauliche a partire dal XII secolo in Svezia, Germania e Nord Italia. Dalla ghisa si otteneva ferro o acciaio nelle fucine, anch'esse alimentate con mantici idraulici.Enzo Baraldi, Una nuova età del ferro: macchine e processi della siderurgia, in Il Rinascimento italiano e l'Europa, Volume III: Produzioni e tecniche, Treviso, Angelo Colla editore, 2007. ISBN 978-88-89527-17-7.
Ferro meteoritico
Alcuni meteoriti (dette "sideriti" o "meteoriti ferrose") contengono una lega di ferro e nichel, e il ferro recuperato dalle cadute di meteoriti ha permesso agli antichi di fabbricare pochi piccoli manufatti in ferro. La fabbricazione di tali oggetti di uso comune a partire da ferro meteorico viene fatta risalire al III millennio a.C.
A causa del fatto che le meteoriti cadono dal cielo, alcuni linguisti hanno ipotizzato che la parola inglese iron (inglese antico: i-sern), che ha parenti in molte lingue nordiche ed occidentali, derivi dall'etrusco aisar, che significa "Gli Dei".Benvéniste 1969 cit. dep; Anche se così non fosse, la parola è stata probabilmente importata nelle lingue pre-proto-germaniche, da quelle celtiche o italiche. Krahe ne compara forme in irlandese antico, illirico, veneto e messapico.IF 46:184f L'origine meteoritica del ferro nel suo primo utilizzo da parte degli uomini viene anche citato nel Corano:
Il ferro aveva un uso limitato prima che fosse possibile fonderlo dal minerale. I primi segni dell'uso del ferro vengono dall'antico Egitto e dai Sumeri, dove attorno al 4000 a.C. venivano prodotti piccoli oggetti di ferro meteoritico come ornamenti o come punte delle lance.R. F. Tylecote, A History of Metallurgy (2nd edn, 1992), 3 Tuttavia, il loro uso sembra fosse cerimoniale, e il ferro era un metallo costoso: infatti nel 1600 a.C. il ferro aveva un costo cinque volte maggiore rispetto all'oro e quattro volte maggiore dell'argento.
Nell'Anatolia, il ferro fuso era usato a volte per armi ornamentali: una daga con lama di ferro e elsa di bronzo è stata ritrovata da una tomba ittita datata 2500 a.C. Anche il Faraone egizio Tutankhamon che morì nel 1323 a.C. fu sepolto assieme a una daga di ferro con elsa d'oro. Furono anche ritrovati negli scavi di Ugarit un'antica spada egizia che portava il nome del faraone Merneptah e un'ascia da battaglia con lama di ferro e manico di bronzo decorato con oro.Girolamo Zampieri, "Bronzi antichi", L'erma di Bretschneider editore, 2000, ISBN 88-8265-117-7 p.113 I primi ittiti barattavano con gli assiri un peso di ferro contro 40 di argento.
Il ferro meteoritico veniva usato per ornare gli strumenti nell'America settentrionale precolombiana. A partire dall'anno 1000, il popolo groenlandese di Thule cominciò a fabbricare arpioni e altri strumenti affilati da pezzi del meteorite di Capo York. Questi manufatti furono anche usati come bene di scambio con le altre popolazioni artiche: strumenti fatti dal meteorite di Capo York sono stati trovati in siti archeologici distanti oltre 1.600 km. Quando l'esploratore statunitense Robert Edwin Peary portò il più grande frammento del meteorite all'American museum of natural history a New York nel 1897, pesava ancora oltre 33 tonnellate.
Medio Oriente Preistoria ed antichità
Le prime prove di uso del ferro vengono dai Sumeri e dagli Egiziani, che già 4.000 anni prima di Cristo lo usavano per la manifattura di piccoli oggetti, come punte di lancia e gioielli, ricavati dal ferro recuperato dai meteoriti.
Al periodo che va dal 3000 a.C. al 2000 a.C. risalgono molti oggetti in ferro battuto (distinguibili dagli oggetti in ferro meteorico per la mancanza di nichel nella lega), ritrovati in Mesopotamia, Anatolia ed Egitto; il loro uso sembra essere cerimoniale: il ferro infatti era un metallo costoso, anche più dell'oro. Nell'Iliade la maggior parte delle armi e delle armature menzionate sono di bronzo, e i masselli di ferro sono usati per commerciare.
Nel 1500 a.C. circa un numero sempre più grande di oggetti di ferro appare in Mesopotamia, in Anatolia e in Egitto.E. Photos, "The Question of Meteoritic versus Smelted Nickel-Rich Iron: Archaeological Evidence and Experimental Results" World Archaeology Volume 20, Numero 3, Archaeometallurgy (febbraio 1989), pp. 403-421.
Ipotesi sull'ascesa del ferro sul bronzo
Tra il XII secolo a.C. e il X secolo a.C. il ferro rimpiazzò il bronzo nella produzione di attrezzi e di armi nel Mediterraneo orientale (il Levante, Cipro, la Grecia, Creta, l'Anatolia e l'Egitto).Waldbaum, Jane C. From Bronze to Iron. Göteburg: Paul Astöms Förlag (1978): 56-8. Anche se gli oggetti di ferro sono conosciuti dall'età del Bronzo lungo il mediterraneo orientale, essi sono ritrovati solo sporadicamente e sono statisticamente insignificanti comparati alla quantità di oggetti in bronzo di questo stesso periodo.Waldbaum 1978: 23. Questa transizione, avvenuta in diverse epoche nelle diverse regioni del pianeta, segna l'inizio dello stadio di civiltà noto come "età del ferro".
Una ormai screditata spiegazione dell'ascesa del ferro attribuiva agli Ittiti dell'Anatolia il monopolio della tecnologia del ferro durante la tarda età del bronzo.Muhly, James D. 'Metalworking/Mining in the Levant' pp. 174-83 in Near Eastern Archaeology ed. S. Richard Winona Lake, IN: Eisenbrauns (2003): 180. Questa teoria non è più insegnata nei programmi scolastici, perché priva di riscontri storici e archeologici. Anche se sono stati ritrovati alcuni oggetti di ferro dell'Anatolia dell'età del bronzo, il loro numero è comparabile a quello degli oggetti di ferro trovati in Egitto o in altri luoghi dello stesso periodo, e solo una piccola parte di essi sono armi. In particolare nell'Asia Minore i regni ittiti all'interno dell'Anatolia si trovarono tagliati fuori dal commercio dello stagno: per tale motivo la tribù dei Calibi sviluppò la tecnica di carburazione del ferro con carbonella per sostituire il bronzo. Verso il XIII secolo a.C. si sviluppò nei Balcani la cultura cittadina degli Illiri, che si impadronì di tutto lo stagno proveniente dalle miniere della Boemia, bloccando il rifornimento di questo metallo nel mar Egeo. Questo provocò una grave crisi economica e di conseguenza le invasioni in Egitto dei popoli del Mare e la guerra di Troia, ed infine l'avvento dell'età del ferro nel Mediterraneo.
Alcune fonti ipotizzano che il ferro fu inizialmente ottenuto utilizzando gli stessi forni che servivano per la raffinazione del rame.
Una teoria più recente dell'ascesa del ferro riguarda il collasso degli imperi che alla fine della tarda età del bronzo mandò in frantumi le vie del commercio, necessarie per la produzione del bronzo. La disponibilità del rame e ancor più dello stagno era scarsa, per cui si richiedeva il trasporto di queste materie prime per lunghe distanze. Si pensa che all'inizio dell'età del ferro il trasporto di queste materie prime non fosse sufficiente a colmare la richiesta da parte di coloro che lavoravano i metalli. Da qui sarebbe potuto nascere l'utilizzo del minerale di ferro, che è più abbondante in natura rispetto ai minerali di rame e stagno. Quindi l'ascesa del ferro potrebbe essere stata il risultato di una necessità, causata principalmente dalla mancanza di stagno. Anche in questo caso mancano le prove archeologiche che dimostrino in particolare una mancanza di rame o stagno nella prima età del ferro. Gli oggetti in bronzo sono ancora abbondanti e questi oggetti hanno la stessa percentuale di stagno di quelli della fine dell'età del bronzo.
La Mesopotamia era già in piena età del ferro nel 900 a.C., l'Europa centrale nell'800 a.C. L'Egitto, d'altra parte, non sperimentò una così rapida transizione dall'età del bronzo a quella del ferro: anche se i fabbri egizi producevano oggetti di ferro, il bronzo rimase largamente diffuso fino alla conquista dell'Egitto da parte degli Assiri nel 663 a.C.
Il processo di carburazione
Contemporanea alla transizione dal bronzo al ferro fu la scoperta della carburazione (o carbocementazione), ovvero il processo per arricchire superficialmente di carbonio il ferro malleabile.
Il ferro era ottenuto dal suo minerale in forni alimentati con carbone di legna la cui combustione era favorita dall'insufflaggio di aria forzata prodotta da mantici. Il monossido di carbonio prodotto dal carbone riduceva gli ossidi del ferro in ferro metallico; questo si raccoglieva in forma di massa spugnosa o fiore, i cui pori contenevano carbonio e/o carburi (provenienti dalle ceneri) e scorie. Il fiore doveva poi essere riscaldato nuovamente per poterlo battere ed espellerne le scorie ancora imprigionate in esso (per lo più frammenti di carbone e o minerale e parte del carbonio). Se ne otteneva ferro malleabile non temprabile e una parte di acciaio che l'occhio del pratico sapeva riconoscere. Le genti del Medio Oriente scoprirono che un ferro molto più duro poteva essere creato riscaldandolo a lungo in un involucro di polvere di carbone, trasformando lo strato superficiale del materiale in acciaio, poi temprabile.
Le spade Damasco (acciaio al crogiolo)
Poco dopo l'anno mille, la tecnica indiana del wootz arriva in Medio Oriente, che fino ad allora aveva importato acciaio a pacchetto dall'Europa, dove viene ulteriormente raffinata e dà origine all'acciaio Damasco, estremamente resistente e flessibile, con cui furono forgiate le spade che affrontarono i crociati europei. La qualità di queste armi era tanto alta che si diceva che una spada fatta di acciaio Damasco potesse tagliare la roccia, e venire arrotolata attorno a un uomo per poi tornare dritta come prima, e non perdesse mai il filo. Con ogni probabilità la tecnica del Wootz venne raffinata in modo da far assorbire il carbonio soprattutto ai bordi della spada, mantenendo la sua anima centrale relativamente dolce. In questo modo si otteneva una spada flessibile e che sopportava gli urti senza rompersi, ma al tempo stesso dalla lama molto dura e mantenente un filo tagliente per molto tempo (cosa che in Europa, fino al X secolo, era ottenuta montando a parte i due fili d'acciaio molto duro sulla lama, già ripiegata più volte e lavorata fino alla forma definitiva). Le variazioni nel tenore di carbonio fra il filo e il centro della spada creavano in superficie un bel disegno ondulato, dal cui l'aggettivo damascato.