I utgangspunktet består stål av jern og karbon, selv om det er mengden karbon, samt nivået av urenheter og legeringselementer som bestemmer egenskapene til hver ståltype.
Karboninnholdet i stål kan variere fra 0,1 prosent til 1,5 prosent, men de mest brukte ståltypene inneholder bare 0,1 prosent til 0,25 prosent karbon. Elementer som mangan, fosfor og svovel finnes i alle ståltyper, og mens mangan gir gunstige effekter, er fosfor og svovel skadelig for stålets styrke og holdbarhet.
Ulike typer stål produseres i henhold til egenskapene som kreves for ulik bruk, og ulike karaktersystemer brukes til å skille ut stål basert på disse egenskapene.
Ifølge det Amerikanske Jern- og Stålinstituttet (AISI) kan stål i stor grad kategoriseres i fire grupper basert på deres kjemiske sammensetninger:
• Karbonstål
• Legert stål
• Rustfritt stål
• Verktøystål
Tabellen under viser de typiske egenskapene til stål ved romtemperatur (25°C). De brede områdene av bruddstyrke, strekkfasthet og hardhet skyldes i stor grad ulik varmebehandling.
Karbonstål inneholder spor av legeringselementer og står for 90 prosent av den totale stålproduksjonen. Karbonstål kan videre kategoriseres i tre grupper avhengig av karboninnholdet:
• Lavkarbonstål inneholder opptil 0,3 prosent karbon
• Mediumkarbonstål inneholder 0,3-0,6 prosent karbon
• Høykarbonstål inneholder mer enn 0,6 prosent karbon
Legert stål inneholder legeringselementer (for eksempel mangan, silisium, nikkel, titan, kobber, krom og aluminium) i varierende proporsjoner for å manipulere stålets egenskaper, slik som herdbarhet, korrosjonsmotstand, styrke, formbarhet, sveisbarhet eller duktilitet.
• Karbon blir brukt for å styrke stålet, men samtidig reduserer dette seigheten og sveisbarheten
• Silisium eller aluminium brukes for å unngå at smelten bobler og danner porer i stålet
• Magnesium brukes på samme måte som karbon, men har mindre effekt. Det øker likevel hardheten i stålet
• Niob brukes for å øke styrken, formbarheten og duktiliteten
• Vanadium i små mengder øker styrken i karbonstål
• Nikkel gir sammen med krom økt herdbarhet, høyere slagstyrke og bedre utmattingsegenskaper. Dersom det blir brukt mye nikkel er det fare for hydrogensprekker
• Krom forbedrer herdbarheten
• Molybden forbedrer herdbarheten mer enn krom, og brukes gjerne sammen med nikkel for å forbedre de mekaniske egenskapene
• Mangan øker styrken, men er ikke så virkningsfullt som karbon. Det reduserer også duktiliteten og herdbarheten
Rustfritt stål* inneholder vanligvis mellom 10 til 20 prosent krom som hovedlegeringselementet og er verdsatt for høy korrosjonsbestandighet.
Med over 11 prosent krom er rustfritt stål cirka 200 ganger mer korrosjonsbestandig enn lavlegert karbonstål. Dette stålet kan deles inn i tre grupper basert på deres krystallinske struktur:
• Austenittisk (304, 316, 6Mo, 904 etc): Austenittisk stål er ikke-magnetisk og ikke-varmebehandlet, og inneholder vanligvis 18 prosent krom, 8 prosent nikkel og mindre enn 0,8 prosent karbon. Austenittisk stål står for den største delen av det globale markedet for rustfritt stål
• Ferittisk (22 % Cr og 25 % Cr Duplex): Ferittisk stål inneholder spor av nikkel, 12-17 prosent krom, mindre enn 0,1 prosent karbon, sammen med andre legeringselementer, for eksempel molybden, aluminium eller titan. Disse magnetiske stålene kan ikke herdes ved varmebehandling, men kan styrkes ved kald forming
• Martensittisk (13 Cr, 17-4PH etc): Martensittisk stål inneholder 11 til 17 prosent krom, mindre enn 0,4 prosent nikkel og opptil 1,2 prosent karbon. Disse er magnetiske og varmebehandlet
En type rustfritt stål som inneholder molybden i tillegg til krom og nikkel. Strukturen er austenittisk og en videreutvikling av 18-8-stålet (se austenittisk over). Den syrefaste varianten av dette inneholder 17-19 prosent krom, 8-13 prosent nikkel, 2-2,5 prosent molybden og 2 prosent mangan. Syrefast stål er spesielt motstandsdyktig i korrosive miljø, som tøffe maritime miljø, kjemisk og petrokjemisk industri.
*Ingen ståltyper er rustfrie, men noen ståltyper er mer rustbestandige enn andre
Verktøystål inneholder wolfram, molybden, kobolt og vanadium i varierende mengder for å øke varmebestandighet og holdbarhet, noe som gjør dem ideelle for kutting og som boreutstyr.
Stålprodukter etter form og bruk:
• Lange og rørformete produkter, som for eksempel akslinger, stenger, skinner, ståltau, vinkler, rør, former og seksjoner
• Flate produkter inkluderer plater, ark, coil og strimler
• Andre produkter inkluderer ventiler, beslag og flenser
Stål som blir brukt til å sette opp bygninger, lagerhaller, stålhaller, idrettshaller, stålbygg og lignende er oftest karbonstål. Stål som egner seg som konstruksjonsmateriale, blir oftest definert som en sveisbar legering av jern og visse (standardiserte) små mengder av andre grunnstoffer.
Konstruksjonsstål brukes til deler eller konstruksjoner, både med eller uten sveising, der styrkekravene er moderate. Sveisbart konstruksjonsstål med lavt karboninnhold har en kjemisk sammensetning som er enkel for sveising, f.eks. uten behov for forvarming av materialet. Maskinstål med middels karbon har dårligere sveisbarhet, men kan varmebehandles for å oppnå et bredere egenskaper. I tillegg har de bedre bearbeidingsevne enn stål med lite karbon.
Konstruksjonsstål leveres i varmvalset og rettet tilstand. Imidlertid kan større dimensjoner normaliseres for å forbedre skårslagseighet.
Corten er en type spesialstål med en legering som gjør at det raskt får et ytre hinne av rust. Dette er gjort med hensikt for at en videre rustprosess skal forsinkes. Det kalles også rusttregt stål.
Stålet er temperaturbestanding, og ruster i mindre grad enn annet stål. I tillegg til varme områder brukes materialet til fasader, landskapsarkitektur og kunstverk. I Norge brukes ofte cortenstål til plantekasser, bed og til kanter i hage.
