Staal is een metaallegering die veel wordt gebruikt in de bouw vanwege zijn sterkte, betaalbaarheid en hardheid. De verschillende vormen bestaan bijna volledig uit ijzer, maar bevatten ook de elementen koolstof, mangaan, fosfor, zwavel, silicium en soms nikkel en chroom. Staal profiteert van de zeer stabiele atomaire roosterstructuur van ijzer, met een belangrijke twist.
Het kristalrooster
IJzer, in zijn vaste vorm, neemt een kristallijne structuur aan, wat simpelweg betekent dat de ijzeratomen zijn gerangschikt in een regelmatig, herhalend patroon dat een rooster wordt genoemd. Er zijn veel roosters in de natuur, maar ijzer heeft twee vormen: de kubus met het lichaam in het midden, die bij hogere temperaturen bestaat, en de kubus met het gezicht in het midden, de vorm op kamertemperatuur.
De rol van koolstof
Het toevoegen van koolstof aan vloeibaar ijzer - meestal in hoeveelheden variërend van 0,035% tot 3,5% per massa - verandert wat er gebeurt als het mengsel afkoelt tot het vriespunt (ongeveer 1.500 ° C). In plaats van van een op het lichaam gericht rooster te gaan naar een op het gezicht gericht rooster, bezinken de ijzeratomen direct in het laatste. Tegelijkertijd nestelen de koolstofatomen zich in het midden van deze kubussen. Dit verklaart uiteindelijk de grotere duurzaamheid van staal in vergelijking met puur ijzer.