Stål er en metallegering, der er meget brugt i konstruktion på grund af dets styrke, overkommelighed og hårdhed. Dens forskellige former består næsten udelukkende af jern, men indeholder også grundstofferne kulstof, mangan, fosfor, svovl, silicium og undertiden nikkel og krom. Stål drager fordel af jernens meget stabile atomgitterstruktur med et vigtigt twist.
Krystalgitteret
Jern antager i sin faste form en krystallinsk struktur, hvilket betyder, at jernatomerne er arrangeret i et regelmæssigt gentaget mønster kaldet et gitter. Mange gitter findes i naturen, men jern kommer i en af to former - den kropscentrerede terning, der findes ved højere temperaturer, og den ansigtscentrerede terning, dens rumtemperaturform.
Kulens rolle
Tilsætning af kulstof til flydende jern - typisk i mængder fra 0,035% til 3,5% efter masse - ændrer hvad der sker, når blandingen afkøles til frysepunktet (ca. 1.500 ° C). I stedet for at gå fra at være et kropscentreret gitter til at blive et ansigt-centreret gitter, sætter jernatomer sig direkte i sidstnævnte. På samme tid sidder kulstofatomer i midten af disse terninger. Dette tegner sig i sidste ende for den større holdbarhed af stål sammenlignet med rent jern.