Che cos'è l'acciaio?
L'acciaio è la lega metallica più comune al mondo. Nella sua forma più semplice, è costituito da ferro e quantità variabili di carbonio. Poiché sia il ferro che il carbonio sono conosciuti fin dall'antichità, la lega è stata prodotta in una forma o nell'altra sin da molto prima della nascita di Cristo. Parte dell'acciaio molto antico fu prodotto nelle regioni orientali dell'Africa, intorno al 1400 a.C.
Il ferro è il componente principale dell'acciaio, con il carbonio al secondo posto, tra lo 0,2% e il 2,14%, a seconda del grado. Il carbonio è il modo più economico per legare il ferro, ma altri metalli possono essere utilizzati per aumentare l'elemento e conferire al metallo determinate proprietà. Il metallo noto come ghisa è in realtà un acciaio con un contenuto di carbonio molto elevato, che gli conferisce un punto di fusione più basso e una maggiore colabilità. L'acciaio è noto per la sua resistenza, che gli è data proprio dagli elementi leganti.
Quando il ferro è nel suo solido stato di metallo, gli atomi formano una struttura reticolare cristallina. Mentre questa struttura è abbastanza rigida, possono esserci delle imperfezioni, che creano piccoli punti deboli nel metallo. Gli atomi degli elementi leganti possono riempire questi microscopici punti deboli nel reticolo, dando alla lega la flessibilità e la resistenza alla trazione per cui è nota.
La moderna industria siderurgica produce il metallo attraverso l'uso di quella che viene chiamata la fornace di ossigeno di base. In queste fornaci, il ferro fuso viene espulso con ossigeno puro, abbassando i livelli di impurità. I detergenti chiamati flussi vengono aggiunti anche per questo stesso scopo. Il vantaggio principale di questo processo, oltre a un prodotto di alta qualità, è la sua velocità.
I processi precedenti includevano il processo di Bessemer, in cui l'aria veniva forzata attraverso il ferro fuso per ossidare le impurità. Il monossido di carbonio è un sottoprodotto di questo processo, con le altre impurità che formano scorie. L'invenzione del processo Bessemer è stata particolarmente degna di nota perché ha reso l'acciaio un prodotto economico, prodotto in serie. La lega era stata prodotta con vari metodi nel Medioevo e in precedenza, ma nessuno di questi era particolarmente efficiente, né poteva essere impiegato su larga scala.
Con il miglioramento delle tecniche di fabbricazione dell'acciaio, è diventata disponibile una più ampia varietà di leghe. L'uso di diversi metalli, come il tungsteno e il cromo, può rendere il metallo su misura per applicazioni molto specifiche. L'array di proprietà che l'acciaio può essere conferito dall'aggiunta di diversi elementi si vede, ad esempio, nel fatto che due cose diverse come le spade e le automobili dei samurai sono entrambe realizzate in ferro legato da altri metalli.