Co to jest stal?
Stal jest najpopularniejszym stopem metali na świecie. W najprostszej postaci składa się z żelaza i różnych ilości węgla. Ponieważ zarówno żelazo, jak i węgiel były dobrze znane od czasów starożytnych, stop był produkowany w takiej czy innej formie na długo przed narodzinami Chrystusa. Niektóre z najwcześniejszych stali wyprodukowano we wschodnich regionach Afryki, około 1400 roku p.n.e.
Żelazo jest głównym składnikiem stali, a węgiel jest odległym drugim, w zakresie od 0,2% do 2,14%, w zależności od gatunku. Węgiel jest najbardziej opłacalnym sposobem na stopowanie żelaza, ale inne metale można zastosować do wzmocnienia elementu i nadania metalowi określonych właściwości. Metal znany jako żeliwo to tak naprawdę stal o bardzo wysokiej zawartości węgla, co nadaje mu niższą temperaturę topnienia i większą lejność. Stal jest znana ze swojej wytrzymałości, którą zapewniają jej właśnie pierwiastki stopowe.
Gdy żelazo jest w stanie stałym metalu, atomy tworzą strukturę sieci krystalicznej. Chociaż ta struktura jest dość sztywna, mogą w niej występować niedoskonałości, które tworzą małe słabe punkty w metalu. Atomy pierwiastków stopowych mogą wypełnić te mikroskopijne słabe punkty w sieci, zapewniając stopowi elastyczność i wytrzymałość na rozciąganie, z której jest znany.
Współczesny przemysł stalowy wytwarza metal przy użyciu tak zwanego podstawowego pieca tlenowego. W tych piecach stopione żelazo przepuszcza czysty tlen, co obniża poziom zanieczyszczeń. W tym samym celu dodaje się również środki czyszczące zwane topnikami. Główną zaletą tego procesu, inną niż produkt wysokiej jakości, jest jego szybkość.
Poprzednie procesy obejmowały proces Bessemera, w którym powietrze było przetłaczane przez roztopione żelazo w celu utlenienia zanieczyszczeń. Tlenek węgla jest jednym z produktów ubocznych tego procesu, a inne zanieczyszczenia tworzą żużel. Wynalazek procesu Bessemera był szczególnie godny uwagi, ponieważ uczynił stal masowym, tanim produktem. Stop był wytwarzany różnymi metodami w średniowieczu i wcześniej, ale żaden z nich nie był szczególnie wydajny i nie można go było stosować na dużą skalę.
W miarę udoskonalania technik produkcji stali dostępna jest coraz większa różnorodność stopów. Zastosowanie kilku różnych metali, takich jak wolfram i chrom, może powodować, że metal jest dostosowany do bardzo specyficznych zastosowań. Szereg właściwości, które stal może nadać przez dodanie różnych pierwiastków, widać na przykład w tym, że dwie rzeczy tak różne jak miecze samurajskie i samochody są wykonane z żelaza stopionego innymi metalami.