Redigerer Stål

[[Fil:The viaduct La Polvorilla, Salta Argentina.jpg|thumb|Stålbro]]
[[Fil:Steel wire rope.png|thumb|[[Ståltau|Stålvaier]]]]
'''Stål''' er en [[legering]] der [[jern]] og [[Karbon (grunnstoff)|karbon]] er de primære legeringselementene. En klassisk definisjon er at stål er jern-karbonlegeringer med opptil 2,1&nbsp;prosent karbon. 

== Legeringer==
Stål kan legeres til med forskjellige egenskaper avhengig av hvilke og mengden legeringselementer som stålet inneholder.  

===Karbonstål===
Den mest lettvinte legeringen av stål er legeringer som bare inneholder karbon og jern. Legeringselementene er forholdsvis billige og blir derfor ofte brukt i et stort antall sammenhenger slik som konstruksjonsstål.

===Rustfritt stål===
Ettersom vanlig karbonstållegeringer er svært sensitive for [[korrosjon]], blir stål gjerne legert opp til [[rustfritt stål]] med formålet om å passivisere det. Passivisering vil si at stålet blir motstandsdyktig mot korrosjon under bestemte forhold ettersom det formes et oksidsjikt på stålets overflate, som motvirker korrosjonsprosessen.
Karbonet gjør stålet sterkere ved å legge seg interstitielt, det vil si mellom jernatomene, i krystallgitteret. Dermed hindrer karbonet jernatomene i å gli fra hverandre. Karbonatomene vil også påvirke fasetransformasjonene (endringen av krystallstrukturen) i metallet, slik at stålet blir mer herdbart. [[Herdbarhet]] er muligheten til å oppnå full [[hardhet]] med en gitt kjølingshastighet. 

=== Legeringselementer ===
Andre legeringselementer kan være [[mangan]], [[krom]] eller [[nikkel]]. Når karboninnholdet i jern overstiger 2,1&nbsp;prosent, blir legeringen betegnet som [[støpejern]].

* [[Karbon]] brukes for å gjøre stålet sterkere, men reduserer  seighet og sveisbarheten.<ref name="OTC3">Hughes, Paul, and William Flores. "The Effects of Large Scale Forgings and Heat Treatment on the Mechanical Performance of Mooring Connectors." Offshore Technology Conference. Offshore Technology Conference, 2010, side 3.</ref> Karbon er uten sammenlikning det som påvirker jernets egenskaper mest. 
* [[Silisium]] eller [[aluminium]] brukes for å unngå at smelten bobler og danner porer innvendig (engelsk ''killed'').<ref>DNV-OS-E302 Offshore mooring chains, 2013.</ref> Videre øker silisium hardheten og herdbarheten, men mindre enn mangan.<ref name="OTC3" />
* [[Nitrogen]].
* [[Magnesium]] brukes på samme måte som karbon, men har mindre effekt. Det øker likevel hardheten i stålet.<ref name="OTC3" />
* [[Niob]] brukes for å øke styrken, formbarheten og duktiliteten.<ref>Veronica Gausel Hagen: Nanomekanisk prøving av stål. Er mindre alltid sterkere? NTNU, 2012 - {{kilde www |url=http://www.diva-portal.org/smash/get/diva2:566070/FULLTEXT01.pdf |tittel=Arkivert kopi |besøksdato=2015-06-12 |url-status=død |arkivurl=https://web.archive.org/web/20150518074112/http://www.diva-portal.org/smash/get/diva2:566070/FULLTEXT01.pdf |arkivdato=2015-05-18 }}</ref>
* [[Vanadium]] i små mengder øker styrken i karbonstål.<ref>Hughes, Paul, and William Flores. "The Effects of Large Scale Forgings and Heat Treatment on the Mechanical Performance of Mooring Connectors." Offshore Technology Conference. Offshore Technology Conference, 2010, suide 3.</ref> 
* [[Nikkel]] gir sammen med krom økt herdbarhet, høyere slagstyrke og bedre utmattingsegenskaper. Om mye nikkel brukes er det fare for [[hydrogen]]sprekker.<ref name="OTC3" />
* [[Krom]] forbedrer [[Herdbarhet|herdbarheten]].<ref name="OTC3" />
* [[Molybden]] forbedrer herdbarheten mer enn krom, og brukes gjerne sammen med nikkel for å forbedre de mekaniske egenskapene.<ref name="OTC3" />
* [[Titan (grunnstoff)|Titan]].
* [[Mangan]] øker styrken, men er ikke så virkningsfullt som karbon. Det reduserer også duktivliteten og herdbarheten.<ref name="OTC3" />

==Produksjon==
I Norge produseres stål på [[Mo i Rana]]. Den største stålprodusenten i USA er [[Nucor Corporation]].

==Krystallstruktur==
Stållegeringer har flere typer mikrostrukturer som kan fremstilles ved varmebehandling. Hvilken mikrostruktur som fremkommer avhenger av legeringsgraden av karbon og avkjølingshastighet.

For varmebehandling av stål med karbonkonsentrasjoner mellom 0,022 % og 0,76 % karbon får vi en proeutektoid struktur. Ved 0,76 % karbon får vi eutektoid struktur. For stållegeringer mellom 0,76 % og 2,1 % får vi en hyperutektoid struktur. Ved konsentrasjon høyere enn 2,1 % karbon har man støpejern.

Avhenging av hastigheten som stålet kjøles ned med fra austenittisk fase vil strukturen inneholde forskjellige faser som deles inn i Widmanstätten ferritt, [[martensitt]], øvre [[bainitt]], nedre bainitt, [[perlitt]] og [[spheroditt]]. Hvilken fase som finnes og mengden av den enkelte fasen har svært stor innflytelse på egenskapene til stålet.

En legering av jern og karbon kan eksistere ved to [[krystallstruktur|krystallstrukturer]] i fast fase, kalt [[ferritt]] og [[austenitt]]. Hvilken struktur som er til stede avhenger av temperatur, hvilke legeringselementer som er i stålet samt deres konsentrasjon. Overgangen mellom ferritt og austenitt er svært viktig ved varmebehandling av stållegeringer, ettersom de to fasene har svært forskjellige evne til å løse opp karbon. Ved varmebehandling kan egenskapene til stålet raffineres videre til de ønskede egenskaper. Generelt inneholder ingen stål- eller støpejern-legeringer mer karbon enn 6,7 %.

===Ferritt===
Ved romtemperatur vil en karbon-stållegering ha en ferrittisk struktur. Ferritt har en krystallstruktur av typen BCC (Body-Centered Cubic). Den ferrittiske krystallstrukturen vil vedvare ved oppvarming frem til en temperatur på minimum (avhengig av legeringsgrad) 727 ℃, hvor ved videre oppvarming austenitt vil dannes. Ved en temperatur på over 1394 ℃ vil en ferrittisk fase igjen oppstå (avhengig av legeringsgrad) kalt deltafase.

Ferrittisk stål vil ved en legeringsgrad på over 0,022 % karbon inneholde en viss mengde cementitt. Cementitt er et svært hardt og sprøtt [[Keramikk|keram]] som har stor innvirkning for styrken til legeringen.

===Austenitt===
Austenitt formes for karbonstål ved temperaturer på over minimum 727 ℃. Dersom denne fasen er ønsket ved lavere temperaturer (slik som austenittisk rustfritt stål)  må stålet legeres videre med andre legeringselementer. Austenitt har en krystallstruktur av typen FCC (Face-Centered Cubic). Austenitt er i motsetning til ferritt ikke magnetisk.

==Atmosfærisk forurenset stål==
Det kreves mye uforurenset [[luft]] til produksjon av stål. Dette har den særegne følgen at alt stål produsert etter [[Hiroshima]]/[[Nagasaki]] og de over {{formatnum:2000}} påfølgende [[atomprøvesprengning]]ene har spor av [[radioaktivitet]]. I spesielt følsomme [[Geigerteller|strålingsmonitor]]er, f.eks i romskip, er man derfor helt avhengig av å ha tilgang til stål produsert før 1945. 

Den viktigste kilden til slikt gammelt stål er restene av den keiserlige [[Tyskland|tyske]] krigs[[flåte]]n, som etter [[første verdenskrig]] lå for anker i [[Scapa Flow]] på [[Orknøyene]], og der ble senket av tyskerne selv. I de nærmeste tiårene ble store deler av flåten slept til [[dokk]]ene i [[Firth of Forth]], men fremdeles ligger noe av det gamle høykvalitetsstålet tilbake på få meters dyp. Utstyr som [[Apollo-programmet|Apollo]] etterlot på [[månen]], den del av [[Galileo-sonden]] som rakk frem til [[Jupiter]], og [[Pioneer]]-sonden som nå har forlatt solsystemet inneholder rester av keiserens stolte marine.<ref>David Bodanis: ''E=mc2'', forlaget Gyldendal, Oslo 2001, ISBN 82-525-4948-9</ref>

==Referanser==
<references />

{{Autoritetsdata}}

[[Kategori:Stål| ]]
[[Kategori:1000 artikler enhver Wikipedia bør ha]]