Brontekst bekijken van Staal (legering)

[[Bestand:VysokePece1.jpg|thumb|[[Hoogoven]] in bedrijf]]
[[Bestand:The viaduct La Polvorilla, Salta Argentina.jpg|thumb|Stalen brug]]
[[Bestand:Rail entier.JPG|thumb|[[Rail (spoorwegen)|Stalen tramrails]]]]
'''Staal''' is een [[legering]] bestaand uit [[IJzer (element)|ijzer]] (Fe) en [[koolstof]] (C). De term staal wordt met name gebruikt voor ijzerlegeringen met een zodanig beperkt koolstofgehalte (typisch maximaal 1,8%&nbsp;C)<ref name=":0" /> of gehalte aan toevoegingen als chroom, dat ze warm vervormd kunnen worden. Hierin onderscheidt staal zich van bijvoorbeeld [[gietijzer]], dat een hoger koolstofgehalte heeft.

Er zijn veel verschillende legeringen met deze twee elementen, meestal ook met andere bestanddelen, er bestaan dus ook zeer veel soorten staal. Door de grote keuze en zijn goede bewerkbaarheid is het een veel gebruikt constructiemateriaal. De koolstof wordt gebruikt om een hoge treksterkte en hardheid te verkrijgen.

Wereldwijd wordt er jaarlijks ongeveer 1800&nbsp;miljoen ton staal geproduceerd.

== Geschiedenis van de staalbereiding ==
=== Oudheid ===
IJzer wordt al meer dan 4000 jaar gebruikt voor diverse doeleinden. Het bereiden van kwalitatief hoogwaardig staal is eeuwenlang erg moeilijk geweest.

Het eerste door mensen vervaardigde ijzer werd omstreeks 1500 v.Chr. in [[laagoven]]s gemaakt in het [[Hettieten|Hettitische Rijk]], grotendeels gelegen in het huidige [[Anatolië]]. Zo'n drie eeuwen lang was deze techniek een zorgvuldig gekoesterd geheim van de Hettieten, maar na de val van hun rijk verspreidde deze metallurgische kennis zich betrekkelijk snel over grote delen van de Oude Wereld ([[IJzertijd]]).

De oudste [[China (hoofdbetekenis)|Chinese]] archeologische vondsten van dergelijk [[smeedijzer]] dateren uit de 14de eeuw v.Chr.<ref name="qian">{{aut|Wei Qian|Qian, W.}}; {{aut|Xing Huang|Huang, X.}} (2021): {{pdf}} [https://www.sciencedirect.com/sdfe/reader/pii/S2667136021000017/pdf 'Invention of cast iron smelting in early China: Archaeological survey and numerical simulation'] in ''Advances in Archaeomaterials'', Volume 2, Issue 1, p. 4-14</ref>

Laagovens zijn lage ovens, waarin om en om lagen [[houtskool]] en [[ijzererts]] werden gestapeld. Met blaasbalgen werd daar voorverwarmde lucht doorheen geblazen, waarbij de houtskool ging branden en er onder meer [[koolmonoxide]] werd gevormd, dat het ijzer uit zijn oxiden vrijmaakt volgens de reactie:

:<chem>Fe2O3 + 3 CO -> 2 Fe + 3 CO2</chem>

Daarbij werden slechts temperaturen bereikt lager dan het [[smeltpunt]] van ijzer. Dat had tot gevolg dat het ijzer niet gescheiden werd van de resten van het erts, de zogenaamde [[slak (metallurgie)|slak]], en dat het ook weinig van de koolstof opnam. Het product was een buigzaam en zacht, vrijwel koolstof-loos ijzer met veel stukjes slak erin.

Om van dit zachte smeedijzer een harder kwaliteitsstaal te maken, moesten eerst met veel geduld de stukjes erts en slak uit het ijzer worden gehamerd. Vervolgens moest het hete ijzer dan gedurende lange tijd met houtskool in contact worden gebracht, zodat het voldoende koolstof kon absorberen. Het was moeilijk dit proces goed te beheersen, zodat staal vele eeuwen lang een zeer kostbaar product bleef.

=== Nieuwe tijd ===
[[Bestand:Brueghel Holzkohle-Hochofen Anfang 17. Jahrhundert.jpg|miniatuur|links|Hoogoven in de 17e eeuw]]
Pas met de uitvinding van de [[hoogoven]] werd staal in grotere hoeveelheden geproduceerd. Dit proces werd al in de 8e eeuw v.Chr. in China toegepast,<ref name="qian"/> in Europa werd dit pas in de 15e eeuw ontdekt. Dit was een metershoge oven, die in principe op ongeveer dezelfde manier functioneerde als de laagoven, maar waarin wel een hogere temperatuur kon worden bereikt. Het ijzer kwam hierin wel tot [[Smelten (metaal)|smelten]], zodat het gesmolten ijzer aan de voet van de oven kon worden afgetapt. Het ijzer was nu vrij van resten erts en slak, maar er was nu te veel koolstof in opgelost, nl. ongeveer 4%, terwijl goed staal 0,5 tot 2% koolstof bevat. Het aldus verkregen [[gietijzer]] was wel zeer hard, maar ook [[brosheid|bros]]. Dit was voor sommige toepassingen een geschikt materiaal, maar onbruikbaar voor bijvoorbeeld zwaarden en snel bewegende machineonderdelen.

Om hiervan goed staal te maken, moest het product lange tijd in hete toestand worden gehamerd, zodat het grootste deel van de koolstof aan de lucht kon verbranden. Dat was een zo omslachtig proces dat men vaak verkoos staal te bereiden uit smeedijzer dat in laagovens was geproduceerd. Kwalitatief hoogwaardig staal bleef dus een kostbaar product. Het ijzerverbruik steeg in de meeste landen daarom niet ver boven het traditionele pre-industriële niveau van ongeveer 1 à 2 kilo per hoofd per jaar. Als gevolg van verbeteringen in de winning van ijzer kwam er in Engeland in 1755 zo'n 10&nbsp;kg ijzer per hoofd van de bevolking per jaar beschikbaar.<ref>{{Aut|[[Ernst Hijmans]]}} (1963): ''Mens, metaal, machine: hun rol in onze behoeftevoorziening''. p. 25</ref>

De oudste Europese boeken over metallurgie zijn de <em>(De la) pirotechnia</em> (1540) van [[Vannoccio Biringuccio]] en de <em>[[De re metallica]]</em> (1556) van [[Georgius Agricola]]. Hoofdstuk 17 van boek 1 van de Pirotechnia beschrijft een productieproces van wat we tegenwoordig [[gietstaal]] noemen door blokken smeedijzer onder te dompelen in vloeibaar gietijzer en 6 uur lang te roeren.<ref name="fry">{{Citeer boek |achternaam = Fry | voornaam = Tony | medeauteurs = Willis, Anne-Marie | titel = Steel: A Design, Cultural and Ecological History | hoofdstuk = Hoofdstuk 1: Traffic in Ideas | uitgever = Bloomsbury Academic | plaats = Londen | datum = 2015 | pagina's = 26-27 | ISBN = 978-0-8578-5479-7 | taal = en}}</ref>

Vanaf de 18de eeuw werden nieuwe metalen ontdekt die in legeringen sommige eigenschappen van staal kunnen verbeteren: [[nikkel]] (1751), [[mangaan]] (1774), [[molybdeen]] (1778), [[wolfraam]] (1781), [[titanium]] (1790), [[chroom (element)|chroom]] (1797), [[niobium]] (1801), [[tantaal]] (1802) en [[vanadium]] (1803).<ref name="cobb_app">{{Citeer boek | achternaam = Cobb | voornaam = Harold M. | titel = The History of Stainless Steel | url = https://archive.org/details/historyofstainle0000cobb | hoofdstuk = Appendix 2. A Stainless Steel Timeline | uitgever = ASM International | plaats = Materials Park, Ohio | datum = 2010 | pagina's = [https://archive.org/details/historyofstainle0000cobb/page/257 257]-258 | ISBN = 978-1-61503-011-8 | taal = en}}</ref> Een van de eerste wetenschappers die staallegeringen op hun eigenschappen onderzocht, was [[Michael Faraday]]. Hij begon met een studie over de samenstelling van [[Damaststaal|woetsstaal]] in 1819 en publiceerde daarna verslagen van experimenten met toevoeging van [[zilver]], [[platina]], [[rodium]], nikkel en chroom.<ref name="fct">{{Citeer journal | author = F.C.T.| date = 9 januari 1932 | title = Metallurgical Researches of Michael Faraday | journal = Nature | volume = 129 | pages = 45-47 | url = https://www.nature.com/articles/129045a0 | language = en}}</ref><ref name="cobb2">{{Citeer boek | achternaam = Cobb | voornaam = Harold M. | titel = Op. cit. | hoofdstuk = Hoofdstuk 2. The Early Discoveries | pagina's = 8-10 | taal = en}}</ref> [[Pierre Berthier]] ontdekte in 1821 de zuurbestendigheid van chroomstaal.<ref name="cobb2"/>

{{Clearleft}}

=== Heden ===
Pas de laatste 200 jaar is men door verbetering van het productieproces (bijvoorbeeld het [[Bessemerprocedé|Bessemer-]] en het [[oxystaal]]procedé) erin geslaagd het ijzer betrekkelijk gemakkelijk te zuiveren tot een zodanig laag koolstofgehalte (minder dan 2%) dat het [[Ductiliteit|ductiel]] genoeg was om bewerkt te kunnen worden (bijvoorbeeld: [[walsen]]).

Andere verbeteringen van de afgelopen twee eeuwen:
* men ging [[cokes]] gebruiken in plaats van houtskool, zodat grootschalige ijzerproductie geen aanslag meer deed op de bossen, maar wel een eerste aanzet was tot het grootschalig gebruik van [[fossiele brandstof]].
* door toegenomen kennis van de chemie leerde men welke stoffen men aan het erts moest toevoegen om ongewenste bestanddelen (bijvoorbeeld te veel [[zwavel]] of te veel [[fosfor]]) om te zetten in stoffen die zich met de slak vermengen, zodat het veel gemakkelijker werd om een kwalitatief hoogwaardig staal te vervaardigen.

== Processtappen ==
{{Zie ook|Zie ook [[geïntegreerd staalbedrijf]] voor meer details.}}

Er zijn twee belangrijke productiemethoden van staal met verschillende processen. Staal kan worden gefabriceerd door nieuw [[ijzererts]] dat is [[Mijnbouw|gedolven]] uit de grond te bewerken, maar ook de [[recycling]] van bestaand staal, [[Schroot (metaal)|schroot]], is zeer goed mogelijk.

=== Productie uit erts ===
==== Hoogovens ====
Een [[hoogoven]] produceert ruwijzer door het [[Smelten (metaal)|smelten]] van een mengsel van ijzererts, [[cokes]], [[kalksteen]] en andere [[legering]]selementen. Dit [[ruwijzer]] bevat ongeveer 4-5% [[koolstof]] en ook een aantal andere verontreinigingen (onder andere [[fosfor]] en [[zwavel]]).

==== Converter ====
Door de aanwezigheid van bovengenoemde verontreinigingen is het ruwijzer nog onbruikbaar. Daarom wordt het nog verder gereinigd in een [[staalconverter]]. Het ontwerp van de converter is in de loop van de tijd geëvolueerd, en hangt ook af van de hoeveelheid [[fosfor]] in het ruwijzer. Historische converters zijn de [[Bessemerprocedé|Bessemerpeer]] (voor het [[Bessemerprocedé]]), de [[Gilchrist-Thomas-converter]] en de converter van [[Siemens-Martinoven|Siemens-Martin]]; deze zijn bijna allemaal vervangen door het [[oxystaal]]procedé, waarin met hoge snelheid bijna 100% zuurstof door het vloeibare ruwijzer geblazen wordt. Doordat zuurstof en koolstof zich erg gemakkelijk met elkaar verbinden wordt er [[koolstofmonoxide]] (CO) en [[kooldioxide|koolstofdioxide]] (CO<sub>2</sub>) gevormd, die als gasvormige fase ontstaan en zich dus gemakkelijk laten verwijderen uit het vloeibare ruwijzer. Bij dit proces komen zeer hoge temperaturen voor, waarbij 1650&nbsp;°C een gemiddelde waarde is van de lading.

Door deze behandeling komt er wel wat zuurstof in het staal te zitten. Dit kan later weer verwijderd worden door [[mangaan]], [[aluminium]] of [[silicium]] toe te voegen. De zuurstof zal zich aan deze stoffen binden. De gevormde oxiden drijven op de stalen [[Smelt (materiaalkunde)|smelt]], omdat hun dichtheid lager is dan die van staal. Deze drijvende laag oxiden op het staal noemt men slak en moet gescheiden worden van het staal voor het staal verder bewerkt kan worden. Er zal altijd een kleine hoeveelheid verontreinigingen in het staal achterblijven. Deze hoeveelheid is door de ver ontwikkelde staalbereidingsprocessen zo klein geworden dat het niet hinderlijk is.

Uit de converter, waar het [[ruwijzer]] is omgezet in staal (boven 2% aan koolstofgehalte wordt [[IJzer (element)|ijzer]] genoemd, onder de 2% aan koolstofgehalte heet staal), gaat het staal naar een panbehandelingsinstallatie waar het staal [[Homogeniseren|gehomogeniseerd]] wordt. Door toeslagstoffen (bijvoorbeeld [[niobium]], [[mangaan]], [[silicium]], [[aluminium]] en [[schroot (metaal)|schroot]]) wordt het staal op 'smaak' gebracht voor verdere verwerking.

==== Discontinu gietproces ====
[[Bestand:Blockguss schema.svg|miniatuur|Het discontinue gietproces van de [[Coquille (staal)|coquilles]]]]
Als het staal zuiver genoeg is, moet het in een vaste vorm gegoten worden. Vroeger gebeurde dit tijdens een [[Discontinu gieten|discontinu gietproces]] in zogenaamde [[Coquille (staal)|coquilles]] tot [[Lingot|ingots]] of blokvormen, grote cilindrische gietvormen. Nadat het staal in de ingot geheel afgekoeld was, werd het verder bewerkt tot [[Plaatmetaal|plaatstaal]] of [[profielstaal]]. Dit had echter een groot nadeel: de verontreinigingen die nog in het staal zaten concentreerden zich veelal in het midden van de ingot, waardoor er daar een hoge concentratie verontreinigingen ontstond, wat - indien onvoldoende beheerst - tot problemen kan leiden.

==== Continugietproces ====
Bij [[continugieten]] wordt het staal in een gekoelde gietvorm gegoten, waar het al gedeeltelijk afkoelt. Zodra er een huid om de stalen smelt is gevormd, wordt het door middel van startkettingen uit de gietvorm getrokken en door rollen ondersteund als een streng staal uit de machine geleid. Hierna worden er door zuurstofbranders plakken van ongeveer 225&nbsp;mm dik van gesneden.

Een andere manier van [[continugieten]] is het gietwalsproces. De dikte van de plak is hier ongeveer 70&nbsp;mm en na het gieten wordt de plak door een oven geleid en direct gewalst. Dit levert een besparing op ten opzichte van de dikkere plak: die moet eerst weer opgewarmd worden alvorens gewalst te kunnen worden.

=== Recycling ===
Ruim een kwart van de wereldstaalproductie is afkomstig van gerecycled [[Schroot (metaal)|schroot]]. Schroot kan op verschillende manieren worden hersmolten naar staal. Dit kan gebeuren in de convertor, waar een hoeveelheid schroot wordt toegevoegd aan het geconverteerde ruwijzer om het te koelen. Verder is de aanwezigheid van [[roest (metaal)|roest]] in het schroot een voordeel. De in het roest gebonden zuurstof helpt in de convertor bij het verwijderen van de overtollige koolstof in het ruwijzer.

Een andere mogelijkheid is gebruik van een [[vlamboogoven]], die uitsluitend schroot als grondstof gebruikt. Deze vorm van productie is efficiënter, kost minder energie en de uitstoot van koolstofdioxide is minder. Ieder ton schroot dat tot staal wordt verwerkt vermijdt het gebruik van 1,4&nbsp;ton ijzererts en 0,7 ton&nbsp;[[steenkool]] en zorgt voor 1,5&nbsp;ton minder uitstoot van [[Koolstofdioxide|CO<sub>2</sub>]].<ref>{{en}} Worldsteel  [https://web.archive.org/web/20190420104556/https://www.worldsteel.org/media-centre/blog/2018/blog-steel-surprising-recycling-champion.html Steel - the surprising recycling champion, 19 maart 2018], geraadpleegd op 20 april 2019</ref> Verder vereist het minder grote installaties, een hoogoven is niet nodig, en investeringen in vergelijking tot de productie uit erts. Is het staal gesmolten en voldoet het aan de gestelde eisen dan wordt het gegoten op dezelfde manier als hierboven omschreven.

De kwaliteit van het schroot speelt een belangrijke rol. Sterk verontreinigd schroot geeft problemen bij het hersmelten. Vooral sporen van [[koper (element)|koper]] vormen een probleem, omdat koper niet uit ijzer kan worden geoxideerd. Daarom is het zorgvuldig selecteren van schroot in verschillende categorieën belangrijk.

=== Koolstofdioxide uitstoot ===
Voor een geïntegreerd staalbedrijf ligt de emissie tussen de 1,6 en 2,2&nbsp;ton CO<sub>2</sub> per ton staal.<ref name="GHG">[https://web.archive.org/web/20210624205647/https://ieaghg.org/docs/General_Docs/Reports/PH3-30%20iron-steel.pdf Greenhouse Gas Emissions from Iron and Steel production, nummer PH3/30, september 2000], geraadpleegd op 24 juni 2021</ref> Hiervan is zo’n 70% afkomstig van de omzetting van erts in ruwijzer in de hoogoven, 12% komt vrij bij de voorbereiding van het erts, 12% voor de afwerking van het staal en 7% bij het maken van het zuurstof en voor de opwekking van elektriciteit.<ref name="GHG" /> Hierbij is uitgegaan van het [[Oxystaal|oxystaalprocedé]], bij de toepassing van het verouderde [[Siemens-Martinoven|Siemens-Martinprocedé]] ligt de CO<sub>2</sub> emissie ongeveer 1&nbsp;ton hoger. Voor een mini-mill, die uitsluitend schroot verwerkt, ligt de totale uitstoot op zo’n 0,6-0,9&nbsp;ton CO<sub>2</sub>.<ref name="GHG" /> Hierbij is 45% afkomstig van de schrootverwerking, 35% van de afwerking van het staal en 16% van de productie van zuurstof en elektriciteit.

Door het gebruik van kolen in het belangrijkste productieproces van staal is er bijhorend een grote uitstoot van koolstofdioxide. In 2019 was de productie van staal verantwoordelijk voor 7 tot 9% van de mondiale koolstofdioxide uitstoot.<ref>{{Citeer tijdschrift|achternaam=De Ras|voornaam=Kevin|medeauteurs=Ruben Van de Vijver, Vladimir V. Galvita, Guy B. Marin, Kevin M. Van Geem|taal=en|url=https://doi.org/10.1016/j.coche.2019.09.001|titel=Carbon capture and utilization in the steel industry: challenges and opportunities for chemical engineering|jaargang=Volume 26|tijdschrift=Current Opinion in Chemical Engineering|datum=December 2019|doi=10.1016/j.coche.2019.09.001|issn=2211-3398|pagina's=81-87}}</ref> Naast de nood aan kool als reducerend reagent in de hoogoven is er ook de grote hoeveelheid warmte die nodig is om het ijzer in te smelten en het staal warm te houden om het af te leveren met de gewenste kwaliteiten.

== Eigenschappen ==
[[Bestand:Steel with fireproof coating.jpg|thumb|Bij verhitting verliest staal zijn sterkte op relatief lage temperatuur. Om staal tegen vuur te beschermen wordt het in gebouwen beschermd, bijvoorbeeld door een keramische laag.]]De [[materiaaleigenschappen]] van staal zijn in vergelijking met andere metalen erg aantrekkelijk voor gebruik in verschillende doeleinden.
* De lineaire [[uitzettingscoëfficiënt]] bij kamertemperatuur bedraagt {{nowrap|12 × 10<sup>−6</sup> K<sup>−1</sup>}}, oplopend naar {{nowrap|16 × 10<sup>−6</sup> K<sup>−1</sup>}} bij 600&nbsp;°C en daarboven weer afnemend.
* Het [[soortelijk gewicht]] van staal bedraagt 7850&nbsp;kg/m<sup>3</sup>. In de handel wordt vaak gerekend met een handelsgewicht van 8000&nbsp;kg/m<sup>3</sup>.

=== Sterkte ===
Voorheen werd de [[Treksterkte (materiaal)|treksterkte]] van de legering gebruikt als aanduiding van de soort legering. "Staal 52" betekende dat de treksterkte 52&nbsp;kg/mm² was. Later werd de benaming van "Staal 52" veranderd in "Fe 510" omdat de treksterkte in de [[SI-stelsel|SI-eenheid]] voor deze eigenschap 510&nbsp;N/mm² is. Later ging men over tot het onderscheiden met toevoeging van de [[rekgrens]] (bv. S355).

== Koolstofstaal ==
{{Zijbalk fasendiagram staal}}
Als koolstofstaal worden alle staal-legeringen beschouwd waarin de [[massafractie]] van koolstof (C) maximaal 1,8&nbsp; bedraagt.<ref name=":0">{{Citeer boek|titel=Materials : engineering, science, processing and design|auteur=M. F. Ashby|medeauteurs=Hugh Shercliff, David Cebon|url=https://www.worldcat.org/oclc/1097951622|plaats=Kidlington, Oxford, United Kingdom|datum=2019|ISBN=978-0-08-102376-1|editie=4de druk}}</ref>

=== Soorten koolstofstaal ===
Koolstof is bij staal geen legeringselement. Als er meer dan 2&nbsp;wt%&nbsp;[[Koolstof|C]] in ijzer zit spreekt men van [[gietijzer]]. In het koolstof-gehalte kan onderscheid worden gemaakt tussen:
:{| class="wikitable"
! bgcolor="#dddddd" |Staalsoort<ref name=":1">{{Citeer web|url=https://www.alurvs.nl/staal/kennisbank-staal/|titel=Kennisbank Staal|bezochtdatum=2022-05-13|werk=Magazine ALURVS, print- en onlinemagazine voor de Aluminium, Roestvast en Staal branche|taal=nl}}</ref>
! bgcolor="#dddddd" |koolstofgehalte<ref name=":0" />
|-
|Laag-koolstofstaal
|{{0|0,}}0&nbsp;–&nbsp;0,3&nbsp;wt%&nbsp;C
|-
|Medium-koolstofstaal
|0,3&nbsp;–&nbsp;0,7&nbsp;wt%&nbsp;C
|-
|Hoog-koolstofstaal
|0,7&nbsp;–&nbsp;1,8&nbsp;wt%&nbsp;C
|-
|[[Gietijzer]]
|1,8&nbsp;–&nbsp;4,3&nbsp;wt%&nbsp;C
|}

=== Fasen ===
Koolstofstaal bestaat in meerdere fasen en mengfasen, sommige stabiel en anderen [[Metastabiliteit|metastabiel]]:<ref name=":0" /><ref name=":1" />

{{Kolommen lijst | breedte=30 | aantal=2 | compact=ja | inhoud=* [[Bainiet]]
* [[Cementiet]]
* [[Ferriet (ijzer)|Ferriet]]
* [[Ledeburiet]]
* [[Martensiet]]
* [[Perliet (staal)|Perliet]]
* [[Smelt (materiaalkunde)|Smelt]]
* [[Steadiet]]
}}

== Legering ==
Staal valt in drie groepen in te delen aan de hand van de hoeveelheid toegevoegde elementen ([[legering]]selementen):
* ongelegeerd staal (maximaal 1,5% aan legeringselementen)
* laaggelegeerd staal (van 1,5% tot 5% aan legeringselementen)
* hooggelegeerd staal (meer dan 5% aan legeringselementen)

=== Ongelegeerd staal ===
Ongelegeerd staal bevat maximaal 1,5% aan legeringselementen (exclusief [[koolstof]] (C)). Ongelegeerd staal heeft een koolstofpercentage van 0,5% tot 2%. Veel gebruikte legeringselementen zijn onder andere [[mangaan]] (Mn) en [[silicium]] (Si). Net als koolstof worden mangaan en silicium gebruikt om de sterkte en hardheid te verhogen. Silicium is tevens een bijproduct van het staalbereidingsproces, het wordt gebruikt om [[zuurstof (element)|zuurstof]] aan het staal te onttrekken.

Ongelegeerd staal is het meest gebruikte staal. Dit komt doordat het relatief goedkoop is en erg goed bewerkbaar.

=== Laaggelegeerd staal ===
Laaggelegeerd staal (LGS) is een groep staallegeringen met in totaal minder dan 5% aan legeringselementen. Het bevat tussen de 1,5 en 5% legeringselementen (exclusief [[koolstof]], C). Net als bij ongelegeerd staal zijn mangaan en silicium veel voorkomende legeringselementen (0,7%&nbsp;Si en 1,6%&nbsp;Mn). Maar ook [[chroom (element)|chroom]] (Cr), [[vanadium]] (V), [[nikkel]] (Ni) en [[molybdeen]] (Mo) zijn in deze groep veel voorkomende legeringselementen. De invloeden van deze elementen zijn bij gebruik van verschillende elementen in één soort staal niet zo makkelijk te bepalen, daar sommige van deze elementen elkaar tegenwerken en andere elkaar juist weer versterken.

Chroom wordt vaak gebruikt om staal oxidatie- en [[corrosie]]<nowiki/>bestendig te maken. Ook van de harde en slijtvaste eigenschappen van chroom wordt veel gebruikgemaakt in de staalindustrie. Chroom wordt veel gebruikt in combinatie met nikkel of molybdeen. Chroom in combinatie met [[molybdeen]] (het zogenaamde [[Chroom-molybdeenstaal]]) maakt het staal uitstekend bestand tegen hoge temperaturen en ook erg sterk. [[Vanadium]] wordt ook veel gebruikt in combinatie met chroom en molybdeen daar het ongeveer dezelfde eigenschappen geeft aan staal. Een voorbeeld hiervan is [[chroom-vanadiumstaal]]. Ook in [[gereedschapsstaal]] wordt veel vanadium gebruikt, het maakt het staal ook een stuk taaier, wat erg gunstig is voor gereedschap.

[[Bestand:Stalen product.JPG|miniatuur|Een gelegeerd stalen product: een krukas in bewerking op een [[gereedschapswerktuig]]]]

Nikkel heeft gunstige invloed op staal bij heel hoge en heel lage temperaturen. Het wordt ook veel gebruikt om een aantal ongunstige eigenschappen van chroom tegen te gaan.

=== Hooggelegeerd staal ===
Hooggelegeerd staal (HGS) bevat meer dan 5% aan legeringselementen. De bekendste vorm is [[roestvast staal]] (rvs). Een ander hooggelegeerd staal is [[gereedschapsstaal]].

Hoofdlegeringselementen in [[roestvast staal|rvs]] zijn [[chroom (element)|chroom]] (Cr) en [[nikkel]] (Ni). Alleen chroom kan gebruikt worden om staal roestvast te maken, maar meestal wordt er een combinatie van chroom en nikkel gebruikt, omdat nikkel een aantal ongewenste effecten van chroom tegenwerkt (bijvoorbeeld 18%&nbsp;[[Chroom (element)|Cr]] en 8%&nbsp;[[Nikkel|Ni]]).

Zoals de naam al doet vermoeden is [[roestvast staal|rvs]] bestand tegen [[oxidatie]] en [[corrosie]]. Deze eigenschap is te danken aan de chemische verbinding die chroom aangaat met [[zuurstof (element)|zuurstof]]. Door die chemische verbinding vormt er zich een [[oxidehuid]] op het staal. De oxidehuid is heel dun en daardoor doorzichtig. Ze bestaat uit een netwerk van chroom(III)oxide, dat wel elektronen kan geleiden maar geen ionen. Daardoor is het metaal tegen corrosie bestand, mits de oxidehuid intact blijft. Dat is niet het geval in een chloride-oplossing, zoals zeewater of in gechloreerd zwemwater. Het resultaat is dan gelokaliseerde [[corrosie|putcorrosie]], die heel moeilijk te stoppen is omdat het chloride-ion zich vooral in de corrosieputten verzamelt. Een toeslag van molybdeen kan wel bestendigheid tegen chloor opleveren, bijvoorbeeld voor gebruik in zwembaden. Om de eigenschappen te verbeteren is dan ofwel een laag koolstofgehalte wenselijk, maar dan is de verspaanbaarheid slechter, ofwel een toeslag van [[titanium]], maar dan is de lasbaarheid slechter.

== Staalsoorten ==
Koolstofstaal en staal komen voor in vele toepassingen, die de veelzijdigheid van dit materiaal demonstreren. Koolstofstaal kan de gebruikseisen van het merendeel van de toepassingen tegemoet komen. Daarom kan men er vanuit gaan dat de toepassing van duurdere legeringen begint met de vraag naar combinaties van eigenschappen die niet kunnen worden beantwoord door koolstofstaal.<ref name=":1" />

=== Populaire staalsoorten ===
Naast [[koolstofstaal]] zijn de veel voorkomende, populaire staalsoorten:<ref name=":1" />
* [[Automatenstaal]], ontwikkeld voor goede [[Verspanen|verspaan]]<nowiki/>baarheid en voor fabricage van moeren en schroeven (max. 0,35%&nbsp;[[zwavel]] en 0,35%&nbsp;[[Lood (element)|lood]])
* [[Austenitisch-mangaanstaal]] (Hadfield staal), [[slijtvast]] staal (±&nbsp;1,2%&nbsp;C en ±&nbsp;12%&nbsp;Mn)
* [[Damaststaal]] of woets, klassiek soort [[gietstaal]] uit [[India]]
* [[DARVA-glas]], [[Amorf (materie)|amorfe]] staallegering
* [[Dead mild staal]], gevormd tot dunne platen of banden voor perswerk (±&nbsp;0,05%&nbsp;C)
* [[Edelstaal]], hoogwaardig [[roestvast staal]]
* [[Fijnkorrelig staal]], staalsoorten die zijn gedesoxideerd met aluminium
* [[Gereedschapstaal]], dure legeringen die over het algemeen zeer hard, slijtvast, sterk en ongevoelig voor plaatselijke oververhitting zijn
* [[Gietijzer]], ijzer-koolstoflegering met minimaal 2,06&nbsp;wt%&nbsp;[[koolstof]] (C) en daarmee in essentie geen (koolstof)staal
* [[Gietstaal]] of kroezenstaal, staal van hoge kwaliteit
* [[Hergesmolten staal]], staal met een extreem hoog zuiverheidsniveau 
* [[IF-staal]], staalsoort zonder [[Interstitieel-defect|interstitiele]] legeringselementen
* [[Laaggelegeerd staal met hoge sterkte]] (HSLA-staal, Engels: ''High Strength Low Alloy Steel''), laag-gelegeerd staal met een zeer fijne [[Korrel (kristal)|korrels]]
* [[Lagerstaal]], hard staalsoort dat wordt gebruikt voor [[Lager (mechanica)|lagers]]
* [[Matrijsstaal]], staaltype dat wordt gebruikt voor de fabricage van matrijzen
* [[Nitralloy staal]], staal voor nitreer-doeleinden (±&nbsp;1&nbsp;% aluminium)
* [[Roestvast staal]] (RVS), staal dat weerstand geeft tegen corrosie
* [[Snelstaal]] (HSS, Engels: ''High Speed Steel'') is staal dat bij hogere temperaturen zijn [[Hardheid (materiaalkunde)|hardheid]] behoudt. Daardoor is het zeer geschikt voor [[gereedschap]] dat heet kan worden, zoals metaal- en betonboren. De sterkte of hardheid van het staal wordt bepaald door de hoeveelheid koolstof.
* [[Stralingsvrij staal]], staal dat niet vervuild is met zogenaamde [[radionuclide]]s; geproduceerd voor [[kernwapen]]s
* [[Transformatorblik]], staal met hoog siliciumgehalte
* [[Weervast staal]], verzamelnaam voor staalsoorten die een beschermlaag van roest vormen in de buitenlucht
** [[Cortenstaal]], type weerbestendig staal

=== Overige vormen van staal ===
* [[Hamerslag]], laagje op het staaloppervlak dat is ontstaan door [[walsen]]

== Productie ==
In 2017 werd in totaal 1.690&nbsp;miljoen ton staal geproduceerd. De [[Volksrepubliek China]] is veruit de grootste producent met een wereldmarktaandeel van 50%. Japan staat op de tweede plaats met een productie van 105&nbsp;miljoen ton en wordt op korte afstand gevolgd door [[India]]. In de [[Europese Unie]] van 28 landen, wordt zo'n 168&nbsp;miljoen ton geproduceerd. Duitsland is binnen de EU het grootste met 43&nbsp;miljoen ton, gevolgd door Italië (24) en Frankrijk (16). België en Nederland ontwijken elkaar maar weinig, Nederland produceert redelijk consistent zo'n 7&nbsp;miljoen ton staal op jaarbasis en België zo'n 1&nbsp;miljoen ton meer.

In 2017 was 70% van al het staal afkomstig uit hoogovens. De resterende 30% kwam uit zogenaamde ''mini-mills'', dit zijn staalbedrijven die schroot recycleren met vlamboogovens. In de Verenigde Staten produceren de mini-mills meer staal dan de hoogovenbedrijven, in Europa hebben ze een aandeel van 40% in de totale staalproductie en in China is het aandeel iets minder dan 10%.

In de periode van 2000 tot en met 2020 is de globale staalproductie ruimschoots verdubbeld. Bijna de hele stijging is veroorzaakt door één land, China. Na de economische ommekeer eind jaren zeventig heeft China veel geïnvesteerd in een eigen staalindustrie wat heeft geresulteerd in een dominante positie.

{|class="wikitable" style="text-align: center"
|+in miljoenen ton
!width="50pt"|Jaar<ref>{{en}} Worldsteel [https://www.worldsteel.org/steel-by-topic/statistics/steel-statistical-yearbook.html Diverse jaargangen Steel Statistical Yearbook], geraadpleegd op 18 april 2019</ref>
!width="80pt"|Wereld<br/>(A)
!width="80pt"|Europa<br/>(B)
!width="80pt"|Volksrepubliek China (C)
!width="80pt"|(B) / (A)
!width="80pt"|(C) / (A)
|-
|1880<ref>{{en}} NBER [https://www.nber.org/chapters/c5960.pdf The Steel Crisis in the United States and European Community: Causes and Adjustments, Table 7.2, voor de jaren 1880-1920 en omgerekend naar ton], geraadpleegd op 3 september 2019</ref>||12|| || ||~70% || 
|-
|1900||	45	||	||	|| ~50%  ||
|-
|1920||	91	||	||	|| ~35%  ||
|-
|1950||	189	||	||	||   ||
|-
|1960||	347	||	||	||    ||
|-
|1970||	595	||	||	||    ||
|-
|1980||	716,6   ||161,3||37,1	||23% ||5%
|-
|1990||	546,4   ||136,5||62,4	||25% ||11%
|-
|2000||	848,9   ||210,4||128,5	||25% ||15%
|-
|2005||	1147,8  ||220,6||355,8	||19% ||31%
|-
|2010||	1433,4  ||206,6||702,0	||14% ||49%
|-
|2015||	1620,0  ||201,9||803,8	||12% ||50%
|-
|2020<ref>{{en}} Worldsteel.org [https://www.worldsteel.org/media-centre/press-releases/2021/Global-crude-steel-output-decreases-by-0.9--in-2020.html Global crude steel output decreases by 0.9% in 2020, 25 januari 2021], geraadpleegd op 16 februari 2021</ref> ||	1864,0  ||138,8<ref>alleen de 28 EU landen (EU-28)</ref> ||1053,0	||7% ||56%
|}

In de staalsector zijn relatief veel spelers actief, er zijn maar drie grote mijnbouwbedrijven die de levering van [[ijzererts]] grotendeels verzorgen. Dit zijn [[Rio Tinto Group|Rio Tinto]], [[BHP]] en [[Vale (bedrijf)|Vale]]. In 2017 was [[ArcelorMittal]] de grootste producent met 97&nbsp;miljoen ton of 6% van het wereldwijde totaal. Het werd gevolgd door [[Baowu|China Baowu Group]] met 65&nbsp;miljoen ton en [[Nippon Steel|Nippon Steel and Sumitomo Metal Corporation]] met 47&nbsp;miljoen ton. Het Amerikaanse [[Nucor]] is de grootste mini-mill en stond met 25&nbsp;miljoen ton staal op de 11<sup>e</sup> plaats.

Per hoofd van de wereldbevolking wordt ruim 200&nbsp;[[Kilogram|kg]] staal per jaar gebruikt. In Zuid-Korea ligt dit ruim boven de 1000&nbsp;kg mede door de grote scheepsbouw- en automobielindustrie. In China ligt het rond de 500&nbsp;kg en hier zijn vooral de bouw en de aanleg van infrastructuur belangrijke redenen voor het bovengemiddeld verbruik. In Afrika wordt per hoofd minder dan 30&nbsp;kg per jaar gebruikt.

{| class="wikitable" align=center
! colspan=3|Topproducenten van staal 2019<ref>[https://web.archive.org/web/20200130161636/https://www.worldsteel.org/en/dam/jcr:391fbe61-488d-46d1-b611-c9a43224f9b8/2019%2520global%2520crude%2520steel%2520production.pdf World Crude Steel Production - Summary]</ref><ref>[https://www.worldsteel.org/media-centre/press-releases/2020/Global-crude-steel-output-increases-by-3.4--in-2019.html Global crude steel output increases by 3.4% in 2019]</ref>
|-
! Positie
! Land
! Productie ([[Ton (massa)|miljoenen ton]])
|-
| 1 ||  {{CN}}||align=right| 996,3
|-
| 2 ||  {{IN}}||align=right| 111,2
|-
| 3 ||  {{JP}}||align=right| 99,3
|-
| 4 ||  {{US}}||align=right| 87,9
|-
| 5 ||  {{RU}}||align=right| 71,6
|-
| 6 ||  {{KR}}||align=right| 71,4
|-
| 7 ||  {{DE}}||align=right| 39,7
|-
| 8 ||  {{TR}}||align=right| 33,7
|-
| 9 ||  {{BR}}||align=right| 32,2
|-
| 10 ||  {{IR}}||align=right| 31,9
|-
| 11 ||  {{IT}}||align=right| 23,2
|-
| 12 ||  {{TW}}||align=right| 22,1
|-
| 13 ||  {{UA}}||align=right| 20,8
|-
| 14 ||  {{VN}}||align=right| 20,1
|-
| 15 ||  {{MX}}||align=right| 18,6
|-
| 16 ||  {{FR}}||align=right| 14,5
|-
| 17 ||  {{ES}}||align=right| 13,6
|-
| 18 ||  {{CA}}||align=right| 12,8
|-
| 19 ||  {{PL}}||align=right| 9,1
|-
| 20 ||  {{BD}}||align=right| 9,0
|}

== Trivia ==
* Een bekende [[staalproducent]] in Nederland is [[Tata Steel IJmuiden]], voorheen de [[Koninklijke Hoogovens]], dat jaarlijks bijna 7&nbsp;miljoen ton staal produceert.
* [[ArcelorMittal]] is de grootste producent van staal ter wereld, met een productie van 109,7 miljoen ton staal per jaar. De onderneming beschikt over minstens 61 vestigingen in 27 landen en heeft wereldwijd zo'n 320.000 werknemers in dienst. De omzet in 2009 bedroeg $65&nbsp;miljard.
* De term "pisbakkenstaal" wordt soms gebruikt om een staalsoort van slechte kwaliteit aan te duiden (net als [[waaibomenhout]] gebruikt wordt om slecht hout aan te duiden). Soms wordt pisbakkenstaal afgekort tot PBS, vergelijkbaar met de afkorting RVS voor [[roestvast staal]]. In werkelijkheid moet echter voor een stalen [[Urinoir (sanitair)|urinoir]] juist een goede staalsoort gekozen worden vanwege de zuren in de [[urine]].
* De naam [[Jozef Stalin|Stalin]] die de Sovjetdictator Josef Djoegasvili voor zichzelf koos, betekent "man van staal".
* De typische Duitse soldatenhelm uit de Eerste en [[Tweede Wereldoorlog]] wordt als ''[[Stahlhelm (helm)|Stahlhelm]]'' ('stalen helm') aangeduid.
* Sinds de [[Trinity (atoombom)|Trinity testen]] in 1945 kan men geen [[stralingsvrij staal]] meer produceren.
* [[Valyrisch staal]] is een [[Fictie|fictief]] metaal uit de boekenreeks ''[[Het lied van ijs en vuur]]'' van de Amerikaanse fantasyschrijver [[George R.R. Martin]]. Bekend van ''[[Het spel der tronen]]''.
* In de taal wordt staal ook gebruik als aanduiding voor "waardevol" en/of "duurzaam", zoals:
** een stalen huwelijk, zie [[huwelijksverjaardag]],
** een stalen jubileum, zie [[jubileum]].

== Zie ook ==
{{Zusterproject klein|commonscat=Steel|commonscat titel=Staal|wiktionary=staal}}
* [[Nationale Staalprijs]]
* [[Staalbouw]]
* [[IJzer-koolstofdiagram]]

{{Appendix}}
{{Navigatie ijzer en staal}}

[[Categorie:Staal| ]]