Historia

För att framställa stål måste man först framställa råjärn. Den fasta jordskopan består av ca 4,5% järn, en ytterst liten del av detta utgörs av rent järn. Det mesta av järnet är bundet till andra ämnen i kemiska föreningar, en kemisk förening som är värd att utvinna järn ur brukar man kalla malm. I Sverige tar man bara vara på de s.k. oxidiska malmerna vila är svartmalm och blodstensmalm. Mer än 40 % av malmen består oftast av gråberg och därför så måste man anrika malmen, det första steget gör man vid gruvan där man krossar malmen och sorterar bort så mycket av stenmaterialet som möjligt. Det man till slut får ut efter anrikningen kallas ”slig” och är ett finkornigt sandliknande material. Av sligen så gör man sedan pellets som måste förädlas ytterligare i en masugn för att man ska få råjärn. I masugnen så matar man in koks och malmpellets i toppen, i botten blåser man in förvärmd luft. Där den heta luften kommer in så smälter järnet och rinner ned till botten. Kontakten mellan det smälta järnet och koksen gör att det löses mycket kol i järnet, det färdiga råjärnet man får ut går är inte smidbart utan används som råmaterial vid stålverk. Råjärn från masugnar står för ungefär 60 % av stålindustrins behov, resten utgörs av skrot som återanvänds.

För att gå vidare i tillverkningen av stål så måste man ytterligare förädla råjärnet för att bli av med de stora mängderna kol. Avlägsnandet av kolet sker i en s.k. ”färskningsprocess” där kolet oxideras. Idag så finns det generellt två olika typer av processer för framtagande av råstål, dessa är konverterprocesser och elekrostålprocesser.

Konverterprocessen togs fram först av en engelsman vid namn Henry Bessemer. Smältugnen fylls i horisontellt läge med flytande tackjärn sedan så blåser man blästerluft genom ugnen när den är i vertikalt läge och detta gör så att icke önskvärda ämnen oxideras bort. Dock så används s.k. surt foder vid processen och detta kan skada stålet då kväve löser sig i järnet. Bessemer- processen används inte längre i Sverige
I en s.k. LD-process som hade Linz Donawitz som upphovsman så blåser man syrgasen uppifrån för att hindra kväveupptagning i stålet. Färskning med denna metod tar 15-30 min för ca 300 ton material, i denna process kan man även en liten andel skrot omsmältas.

En ljusbågsugn som smälter stålet på elektronisk väg är huvudsakligen avsedd för att smälta skrot i fast form till skillnad från de andra färskningsprocesserna där man matar ugnarna med smält råjärn. Dock så är en tillsats av råjärn i smältan nödvändigt, i ugnen så bildas värmen i ljusbågarna som uppstår mellan smältan och grafitelektroder.

När stålet sedan genom dessa processer är renat från olika föroreningar kan man påverka dess egenskaper på olika sätt genom härdning och legering, vanligast är att stål är legerat med något annat grundämne.Legerat stål brukar delas in i olika grupper enligt europisk standard:

• olegerat stål
• mikrolegerat stål
• låglegerat stål
• höglegerat stål

Olegerat stål får innehålla 0,05-1,3 % kol det får utöver det bara finnas 1-2 % andra legeringsämnen och orenheter. Olegerat stål är ett annat namn för kolstål

Mikrolegerat stål får innehålla 1,5 % mangan och 0,1 % mer ovanliga legeringsämnen som titan, vanadin, niob och aluminiumnitrid. Med dessa legeringsämnen kan man skapa s.k. finkornstål har en hög hållfasthet och seghet
Låglegerade stål får innehålla 2-5% legeringsämnen, förutom kol så är de vanligaste legeringsämnena för låglegerade stål wolfram, vanadin, kobolt, nickel, krom, molybden, aluminium, koppar, mangan och kisel.

Höglegerat stål är ett stål som innehåller mer än 5% legeringsämnen. Det vanligaste höglegerade stålen är de s.k. rostfria stålen, vid framställningen av dessa så används främst krom och nickel som legeringsämnen. Om man legerar stål med ca 13% krom blir det väldigt motståndskraftigt mot korrosion då det på stålets yta bildas ett tunt skikt av kromoxid, kromet tål höga temperaturer och det bidrar till att stålet även blir värmebeständigt. Om man tillsätter nickel i legeringen blir stålet även syrabeständigt. Ett exempel på ett vanligt rostfritt stål är 18/8 stålet, det är legerat med 18 % krom och 8 % nickel.

Ett annat sätt att påverka stålets egenskaper är genom värmebehandling, med värmebehandling så menar man att man värmer upp stålet och sedan kyler det, eller värmer upp och låter det svalna. Kylning innebär en påskyndad sänkning av materialets temperatur t.ex. kylning med vatten eller olja, svalning innebär en långsam sänkning av materialets temperatur i t.ex. luft. Syftet med dessa behandlingar är att göra stålet hårdare och mer hållfast.