Wat is staal?
Staal is de meest voorkomende metaallegering ter wereld. In zijn eenvoudigste vorm bestaat het uit ijzer en verschillende hoeveelheden koolstof. Omdat zowel ijzer als koolstof al sinds de oudheid bekend zijn, is de legering al sinds de geboorte van Christus in een of andere vorm geproduceerd. Een deel van het vroegste staal werd rond 1400 v.Chr. In de oostelijke regio's van Afrika gemaakt
IJzer is de belangrijkste component van staal, waarbij koolstof een tweede seconde is, afhankelijk van de kwaliteit tussen 0,2% en 2,14%. Koolstof is de meest kosteneffectieve manier om ijzer te legeren, maar andere metalen kunnen worden gebruikt om het element te vergroten en het metaal bepaalde eigenschappen te geven. Het metaal dat bekend staat als gietijzer is eigenlijk staal dat een zeer hoog koolstofgehalte heeft, waardoor het een lager smeltpunt en een grotere gietbaarheid heeft. Staal staat bekend om zijn sterkte, die er juist aan wordt gegeven door de legeringselementen.
Wanneer ijzer zich in een vaste metaalstaat bevindt, vormen de atomen een kristalroosterstructuur. Hoewel deze structuur vrij rigide is, kunnen er onvolkomenheden in zitten, die kleine zwakke punten in het metaal veroorzaken. Atomen van de legeringselementen kunnen deze microscopische zwakke plekken in het rooster opvullen, waardoor de legering de flexibiliteit en treksterkte krijgt waar ze bekend om staat.
De moderne staalindustrie produceert het metaal door het gebruik van de zogenaamde basiszuurstofoven. In deze ovens wordt puur zuurstof door gesmolten ijzer geblazen, waardoor het gehalte aan onzuiverheden wordt verlaagd. Reinigingsmiddelen die fluxen worden genoemd, worden ook voor hetzelfde doel toegevoegd. Het belangrijkste voordeel van dit proces, afgezien van een product van hoge kwaliteit, is de snelheid.
Eerdere processen omvatten het Bessemer-proces, waarbij lucht door gesmolten ijzer werd gedwongen om onzuiverheden te oxideren. Koolmonoxide is een bijproduct van dit proces, waarbij de andere onzuiverheden slak vormen. De uitvinding van het Bessemer-proces was vooral opmerkelijk omdat het staal tot een in massa geproduceerde, goedkope grondstof maakte. De legering was in de middeleeuwen en daarvoor op verschillende manieren geproduceerd, maar geen van deze waren bijzonder efficiënt en konden ook niet op grote schaal worden gebruikt.
Naarmate de staaltechnieken zijn verbeterd, is er een grotere verscheidenheid aan legeringen beschikbaar. Het gebruik van verschillende metalen, zoals wolfraam en chroom, kan metaal maken dat is afgestemd op zeer specifieke toepassingen. De reeks eigenschappen die staal kan worden gegeven door de toevoeging van verschillende elementen wordt bijvoorbeeld gezien in het feit dat twee dingen zo verschillend als samoeraienzwaarden en auto's beide zijn gemaakt van ijzer gelegeerd door andere metalen.