stål

Råjern blir fremstilt av jernmalm (jernoksid) ved å redusere smeltet malm med koks i en masovn eller i en elektroråjernsovn. Masovnen benytter koks som brensel mens i råjernsovnen blir malmen smeltet ved hjelp av elektrisk energi i en lysbueovn. Råjernet inneholder store mengder karbon fra koksen (oftest over 4 prosent) og elementer som silisium og mangan som stammer fra malmen, svovel som hovedsakelig stammer fra koksen, og fosfor som stammer fra både malmen og koksen.

Fremstilling av råstål fra råjern skjer gjennom fersking (rensing), desoksidasjon, opplegering og utstøping. Etter utstøpingen blir råstålet videre behandlet til ferdig produkt. Disse prosessene er beskrevet nedenfor.

Ved ferskingen blir råjernets innhold av karbon og andre oksiderbare grunnstoffer som silisium, mangan og fosfor senket eller fjernet i form av oksider. Ferskingen kan for eksempel skje i en beholder med ildfast foring (konverter) ved at det blåses luft eller som oftest ren oksygengass gjennom smelten. Også oksiderende slagg som legges på smelten, kan anvendes. For fjerning av fosfor og svovel benyttes da en kalkholdig slaggdanner (kalsiumoksid).

Etter ferskingen inneholder stålsmelten oksygen og eventuelt nitrogen fra luften. Oksygenet vil føre til at det dannes porer av karbonoksid i stålet under utstøpingen, og for å unngå dette blir smelten tilsatt oksiddannende elementer, i hovedsak silisium, som danner oksidpartiker som delvis flyter opp som slagg, delvis forblir i stålet som relativt små partikler. Man unngår dermed poredannelse, og man sier at stålet blir tettet.

Hvis man vil fjerne løst nitrogen fra stålsmelten, tilsettes smelten i tillegg aluminium (dobbeltetting). Aluminium danner partikler av både aluminiumoksid og aluminiumnitrid (de sistnevnte virker kornforfinende). Samtidig med deoksidasjonen blir det foretatt opplegering for justering av stålsammensetningen.

Før man tilsetter stålsmelten deoksidasjons- og legeringselementer, trekker man av slaggen fra ferskingsprosessen. Vanligvis blir tilsetningene gjort i forbindelse med at man før utstøpingen tapper smelten fra konverteren over i en øse (beholder for behandling og flytting av smelten). Ferrolegeringer og eventuelt andre legeringstilsetninger anbringes i øsen, og omrøring i øsebadet under tappingen bidrar til en effektiv blanding. Tilsetningen av silisium doseres med sikte på et kontrollert innhold av oksygen i stålet. En viss mengde porer er ønskelig for å kompensere for volumreduksjonen som skjer under størkning, se lunker.

Utstøpingen foregår gjennom et tappehull med stopper i bunnen av øsen, enten direkte ned i kokillene (fallstøping) eller via en sentral trakt med kanaler til bunnen av kokillene (stigestøping).

Stål med lavt oksygeninnhold kan også støpes kontinuerlig (strengstøping). Man støper da via en forherd (beholder foran tappehullet) ned i en vannkjølt form uten bunn der fast stål trekkes ut nedenfra som en sammenhengende streng i takt med tilførselen av flytende stål fra forherden.

Siste trinn i fremstillingen av et stålprodukt omfatter varmformgivning ved valsing eller smiing, eller varmebehandling av støpt gods som ikke skal bearbeides plastisk (støpestål). Disse prosessene utføres ofte på stålverket i tilslutning til fremstillingen, og ansees derfor å høre med til denne.

Valsingen foregår i flere trinn etter temperaturutjevning i emnet under opphold i en varmegrop. Samspillet mellom temperatur, plastisk deformasjon og tid er viktig i kontrollen av egenskapene hos det valsede stålet. For visse anvendelser foretas en varmebehandling etter valsingen (for eksempel normalisering).

En rekke produkter blir videre tilvirket ved kaldbearbeiding i form av valsing, trekking eller maskinering. Maskindeler og verktøy som skal ha høy hardhet/styrke, blir herdet ved bråkjøling fra høy temperatur (etter en gjenoppvarming) og deretter anløpt (glødet) ved en temperatur mellom 100 °C og 550 °C (avhengig av legeringsinnholdet) for å oppnå en ønsket kombinasjon av hardhet og seighet.

I tillegg til at stål blir produsert fra jernmalm via flytende råjern, kan jern (jernsvamp) også fremstilles fra fast jernmalm ved en direkte reduksjonsprosess ved en høy temperatur under jernets smeltepunkt. Dette er den eldste metoden for fremstilling av jern fra jernmalm, og i eldre tider ble trekull brukt som brensel og reduksjonsmiddel. I dag kan reduksjonsmiddelet være kull, naturgass, karbonoksid eller hydrogengass.

Jernsvamp blir mest brukt til produksjon av jernpulver og som tilsetning i konvensjonell stålfremstilling. I dag er det i tillegg stort fokus på å benytte jernsvamp produsert med hydrogen som reduksjonsmiddel i en grønnere stålproduksjon. Bakgrunnen for dette er at store utslipp av karbondioksid er knyttet til dagens stålproduksjon på grunn av bruken av koks som brensel og reduksjonsmiddel i masovnene. Hydrogengass kan fremstilles både fra naturgass og ved elektrolyse av vann, og ved å benytte sistnevnte gass som reduksjonsmiddel kan bruken av fossile stoffer fullstendig unngås (grønt stål). For å produsere stål fra svampjernet, må det smeltes i for eksempel en elektrisk lysbueovn og tilsettes karbon og andre legeringselementer.

Alle stål inneholder karbon, fra noen hundredels masseprosent til omtrent 2 masseprosent. Karboninnholdet er svært viktig for stålets egenskaper og definerer i mange tilfeller stålets bruksområde. Generelt kan man si at økt mengde karbon øker stålets hardhet og styrke og reduserer dets duktilitet og bruddseighet.

Mangan inngår i konstruksjonsstål (0,03–0,25 masseprosent karbon) i mengder opptil cirka 1,5 masseprosent. Mangan tilsettes for å øke stålets styrke, og det gir økt seighet på grunn av en viss reduksjon i kornstørrelsen. I tillegg motvirker mangan rødskjørhet (sprøhet ved høy temperatur) hvis stålet inneholder for mye svovel.

Maskinstål (stål til maskindeler, 0,15–0,5 prosent karbon) og verktøystål (0,5–2 prosent karbon) blir herdet for å oppnå sin nødvendige hardhet og styrke. Mangan er det elementet som mest effektivt øker herdbarheten til disse stålene.

Slitesterke austenittiske manganstål (Hadfieldstål, Strømhard) inneholder 11–20 prosent mangan og omtrent 1 prosent karbon. De anvendes i knuseflater, skinnekryss, gravemaskintenner og til andre formål der slitasjepåkjenningen er slagartet, idet overflaten blir hard på grunn av sterk arbeidsherding mens materialet under overflaten beholder sin seige austenittstruktur. Den sterke arbeidsherdingen skyldes endringer i mikrostrukturen under deformasjonen.

Austenittiske TWIP-stål (Twinning-Induced Plasticity) inneholder typisk 25 prosent mangan og svært lite karbon (bare forurensninger). Også disse stålene arbeidsherder kraftig under deformasjon, og de er derfor attraktive for bilindustrien fordi de effektivt absorberer støtenergi ved kollisjoner.

Nikkel brukes dels i relativt små konsentrasjoner sammen med krom, molybden og vanadium i verktøystål og andre herdbare stål hvor det øker herdbarheten og duktiliteten. Videre brukes nikkel sammen med krom i ferritt-austenittiske og austenittiske rustfrie stål (5–20 prosent), og dels alene (omtrent 9 prosent) i stål som må ha god seighet ved meget lave temperaturer, for eksempel i tanker for transport og oppbevaring av flytende hydrokarboner. En mindre kjent stålgruppe er mareldingsstålene som er karbonfattige stål som inneholder 18–25 prosent nikkel, og som blir mye brukt i flyindustrien (blant annet i flyunderstell) fordi de kombinerer høy strekkfasthet med høy bruddseighet (glødd martensittisk mikrostruktur).

Silisium tilsettes i mengder opptil 0,5 masseprosent for å deoksidere stålsmelten (fjerne oksygen) og tette stålet. Ved dette unngår man at det dannes porer i stålet. Silisium bli av og til også tilsatt i større mengder, blant annet i fjærstål som inneholder opptil cirka 2 prosent silisium sammen med mangan, og i elektroteknisk blikk (transformatorblikk) som inneholder opptil 4,5 prosent silisium. Et slikt silisiuminnhold gir et bløtt magnetisk materiale med liten hysterese og lavt effekttap.

Aluminium kan tilsettes stålsmelten hvis det er nødvendig å fjerne nitrogen fra den. Aluminium blir da tilsatt sammen med silisium slik at man oppnår en såkalt dobbeltetting av stålet. I slike stål blir det i tillegg til oksider dannet små partikler av aluminium-nitrid som virker kornforfinenede.

Opptil 5 masseprosent krom anvendes i verktøystål sammen med karbon, til dels også sammen med molybden, vanadium og wolfram. Krom øker herdbarheten til stålet og bidrar til utfelling av karbidpartikler under anløpning over 500 °C.

Krom er det viktigste legeringselementet i rustfrie stål hvor det i luft danner en korrosjonsbeskyttende tynn film på ståloverflaten (krom-oksygen-forbindelse). Krom blir tilsatt i mengder på 12–30 masseprosent, og sammen med nikkel og karbon gir krom ulike typer rustfrie stål avhengig av legeringsinnholdet, det vil si ferrittiske, martensittiske, austenittiske og ferritt-austenittiske (dupleks) rustfrie stål (navnene henspiller på stålenes mikrostruktur). De ulike typene rustfrie stål har forskjellige egenskaper og anvendelsesområder. Mest kjent er austenittisk «18–8-stål»-som inneholder omtrent 18 prosent krom og 8 prosent nikkel (0,03–0,08 prosent karbon), og som blant annet brukes i oppvaskbenker, bestikk, meieriapparatur og i kjemisk industri.

Molybden bedrer korrosjonsmotstanden til rustfrie stål fordi molybden letter dannelsen av den beskyttende overflatefilmen og stabiliserer filmen slik at den brytes langsommere ned. Tilsats av omtrent 3–8 prosent molybden i austenittisk rustfrie stål gir syrefaste stål som er korrosjonsbestandige i blant annet svovelsyre og saltvann og har stor anvendelse i kjemisk industri og offshore-industri.

Molybden benyttes også i herdbare stål for å øke deres herdbarhet og som karbiddannende element i visse typer verktøystål, for eksempel i martensittisk rustfrie stål og (i mengder opptil 10 prosent) i hurtigstål som brukes ved hurtig bearbeiding som medfører 500-600 grader temperaturstigning (se wolfram nedenfor).

Vanadium brukes i verktøystål sammen med krom, som regel i mengder under 1 prosent, for å oppnå en finkornet og seig martensittstruktur. I verktøystål for varmt arbeid, spesielt i hurtigstål, kan innholdet av vanadium være så høyt som 5 prosent for å danne karbider under anløpning før bruk (se wolfram nedenfor).

Små mengder vanadium kan tilsettes som såkalt mikrolegeringselement i moderne lavlegerte høyfaste konstruksjonsstål (HSLA-stål) for å oppnå styrke gjennom utfelling av vandiumkarbidpartikler i den ferrittiske grunnmassen.

Sammen med molybden er wolfram et av hovedelementene i hurtigstål som er en type verktøystål som nyttes til hurtig bearbeiding/maskinering som kan medføre en temperaturøkning på 500-600 grader. Verktøystål herdes og anløpes før bruk. Som molybden og vanadium danner wolfram karbidpartikler under anløpningen som typisk skjer ved 550 ºC. Karbidene er stabile opp til anløpningstemperaturen, og stålet beholder derfor sin hardhet ved brukstemperaturen. En vanlig kvalitet inneholder 18 prosent wolfram, 4 prosent molybden og 1 prosent vanadium, men det benyttes også typer med lavere og høyere wolframinnhold. (Noen hurtigstål inneholder ikke wolfram, men har da mye molybden, cirka 10 prosent).

Mikrokonsentrasjoner av niob og titan brukes blant annet som finkorndannere i moderne lavlegerte høyfaste konstruksjonsstål (HSLA-stål). Titan feller ut titannitridpartikler allerede under utstøpingen, og disse partiklene hindrer kornvekst under senere varmepåvirkning (for eksempel sveising). Niob danner under kontrollert varmvalsing niobkarbidpartikler som hindrer kornvekst (i høytemperatur-fasen austenitt) mellom valsestikkene.

Niob og titan benyttes også som såkalte stabiliserende elementer i rustfrie stål for å unngå korngrensekorrosjon. Under gløding før bruk dannes det TiC- eller NbC-partikler gjennom hele materialet. Disse karbidene binder opp karbonet i legeringen slik at det senere, for eksempel under sveising, ikke felles ut kromkarbidpartikler på korngrensene i stålet. Slike kromkarbider vil utarme korngrenseområdene på krom og kan føre til senere korngrensekorrosjon undre bruk.

Kobber i mengder over 0,2 prosent blir tilsatt konstruksjonsstål for å bedre den atmosfæriske korrosjonsmotstanden, spesielt i forurenset industriatmosfære. I mengder fra 0,4 prosent øker kobber stålets styrke gjennom oppløsningsherding, og i mengder over 0,75 prosent økes styrken gjennom utfelling av kobber-partikler i ferritten. Kobber gjør også at maling sitter bedre på ståloverflaten slik at vedlikeholdsbehovet reduseres.

En kobbertilsetning på 1–2 prosent i rustfrie stål forbedrer deres korrosjonsegenskaper, for eksempel i svovelsyre, og gir partikkelherding etter en varmebehandling.

Bor i mengder opp til 30 ppm øker herdbarheten til stål, helst karbonstål med mindre enn 0,4 prosent karbon. Borstål kan herdes direkte etter varmforming, og på den måten kan sterke komponenter produseres på en økonomisk måte. Borstål brukes ofte i slitasjepåkjente produkter som jordbruksredskaper.

Det eldste jernet ble utvunnet av meteoritter og var en jernlegering som inneholdt omtrent 7 masseprosent nikkel. Dette materialet var smibart og kunne hamres ut i ønskede former. Tilgangen var selvfølgelig meget begrenset, og legeringen ble derfor høyere verdsatt enn gull.

Jernmalm (som er ulike typer jernoksid) ble oppdaget omtrent 2500 år fvt., men det tok enda sju hundre år før man greide å separere det nye metallet fra malmen, en oppdagelse som pekte framover mot jernalderen. Opp gjennom historien har jern senere blitt tilvirket i tre varianter: Smijern, råjern og stål.

Trolig var det et folkeslag ved Svartehavet som var de første som klarte å fremstille jern fra jernmalm, allerede omkring år 1800 fvt. De slo seg sammen med de krigerske hettittene i Lilleasia, og mye av den tidlige jernhistorien er knyttet til dette folkeslaget som var kjent for sine overlegne sverd og stridsvogner. Mye tyder på at hettittene holdt fremgangsmåten for jernproduksjon hemmelig i flere hundre år, men på grunn av folkevandringene i Midtøsten og Sør-Europa på 1300–1100-tallet fvt. spredte kunnskapen om jernet seg etter hvert til de andre kulturnasjonene i Midtøsten, til India, Afrika, Europa og Kina.

I denne første tiden ble oksygenet fjernet fra malmen uten å smelte den, det vil si at malmen ble direkte redusert i fast tilstand. Dette ble gjort ved å gløde den sammen med trekull. Hånddrevne blåsebelger sørget for nødvendig trekk, og temperaturen kunne ligge rundt 1000–1200 °C. Ved at karbon i kullet forbandt seg med oksygen i malmen ble det etter hvert dannet en klump av et svampaktig jern (jernsvamp) som var blandet opp med aske og bergrester i form av slagger. For å få et brukbart jern ble klumpen hamret i varm tilstand slik at den ble smidd/sveist sammen til et fast metall samtidig som slagger og andre forurensninger ble tvunget ut. Det ferdige produktet, smijern, også kalt sveisjern, inneholdt omtrent 0,05 prosent karbon og var godt smibart og sveisbart (også til seg selv).

Lenge etterpå oppdaget smedene at et hardere, sterkere og mer holdbart produkt kunne oppnås hvis tynne strimler av jern ble glødet sammen med trekull i lang tid. Ved dette økte karboninnholdet i strimlene (mest nær overflaten), sementering, og ved å smi sammen strimlene igjen oppnådde man en voldsom økning i jernets styrke. Av jernet hadde man nå fått et slags stål som kunne anvendes til verktøy og våpen. Denne herdemetoden var kjent i Midtøsten omtrent 1200 år fvt., og den førte til at interessen for jern økte betraktelig.

Det første «sanne» stålet ble imidlertid produsert i India. Der utviklet man omkring år 400 fvt. en forbedret oppkullingsteknikk der en innbyrdes tilpasset mengde av smijern, trebiter og grønne blad ble blandet og smeltet i en leirdigel. I smelten ble karbon og andre stoffer jevnt fordelt slik at man fikk et stål med en forutsigbar og ensartet kvalitet, wootz-stål. Et avgjørende ledd i prosessen var å mestre smeltetemperaturen som var høyere enn den som ble brukt i annen teknologi den gangen. India var alene om å lage wootz-stål helt fram til 1740 da teknikken ble gjenoppdaget i England.

Kina blir regnet som den første masseprodusenten av kvalitetsstål. I dette landet utviklet jernfremstillingen seg etter hvert på en annen måte enn i resten av verden. Funn av gjenstander av støpejern tyder på at masovner var utbredt i Kina allerede i det femte århundret fvt., og under Han-dynastiet ble det i det første århundret evt. bygd relativt sofistikerte masovner med leirvegger. I det tredje århundret evt. startet så masseproduksjonen av stål i Kina. Masovnene produserte flytende råjern ved å redusere jernmalm med trekull som også fungerte som brensel i smelteprosessen. Av det karbonrike råjernet ble det støpt (relativt sprø) jordbruksredskaper av støpejern eller produsert stål etter å ha raffinert råjernet med en teknikk som sannsynligvis ligner bessemer-prosessen (som kom mye senere i England), etterfulgt av sementering og varmsmiing.

I Sverige er det funnet spor av masovner fra omtrent år 1100. Men de eldste kjente masovnene er noe yngre, bygd i Sveits, Tyskland og i Lapphyttan i Sverige, som hadde masovndrift gjennom nesten hele 1200-tallet. Etter at nedgangstiden i Europa på 1300-tallet var overvunnet, ble det større fart på jern- og stålproduksjonen. Smijernsovnene ble bygd høyere og utstyrt med vannkraftdrevne belger, og de utviklet seg etter hvert til masovner. På 1500-tallet hadde mange land masovner som leverte flytende råjern, på engelsk kalt pig iron fordi smelten ble utstøpt i et mønster som liknet en purke med unger. I Norge kom den første masovnen i drift i 1622 ved Bærum Jernverk (i dag er det ingen masovner i Norge). For samtiden i Europa var råjernet et nytt og uprøvd materiale. Det hadde høyt innhold av karbon, var sprøtt og kunne ikke smis. Selvstendige støperier smeltet om og raffinerte jernet for deretter å levere det som ferdig støpte gjenstander til husholdning og industri.

Støpejern fortrengte kostbar bronse i produkter som kirkeklokker og kanoner og ble det fremherskende materialet i store og tunge gjenstander som var vanskelige å håndtere i smia. En velkjent konstruksjon er støpejernsbroen Ironbridge i Coalbrookdale i England fra 1779. Den har et spenn på 35 meter.

Flere steder i Skandinavia fortsatte man fremstillingen av smijern ved direkte reduksjon av malm helt fram til slutten av 1700-tallet. Andre steder i Europa tok imidlertid produksjonen etter hvert utgangspunkt i råjern fra masovnen. Råjernet ble smeltet om, samtidig som karbon og andre stoffer ble fjernet ved oksidasjon (fersking) ved hjelp av en kraftig luftstrøm over smelten. Fast jern dannet seg gradvis når karboninnholdet sank og smeltetemperaturen steg. Det ble så hamret fritt for restslagg og tilvirket i stenger, passende for videre behandling. Stål ble fortsatt laget ved sementering. En vanskeligere kontrollerbar og mindre brukt prosess var å legere opp smijern med råjern.

Den utstrakte bruken av masovner førte til avskoging fordi trekull ble benyttet som brensel og reduksjonsmiddel, særlig i England og på kontinentet. Av denne grunn, og av økonomiske grunner, gikk man i første halvdel av 1700-tallet over til å bruke koks istedenfor trekull i masovnen. Denne overgangen ble imidlertid en utfordring fordi svovel og fosfor i koksen legerte seg med jernet og gjorde det uegnet, især som råmateriale til smijern. Oppgaven ble angrepet ved å bruke svovelfattig kull og en forbedret forkoksingsprosess, forsterket blest og høyere temperatur. Kvaliteten kom ikke opp mot trekulljern fra Skandinavia, men jernet var billigere og kunne konkurrere. Nye teknikker for fersking til smijern måtte utvikles.

I puddelprosessen fra 1784 ble karbonet i råjernet fjernet ved å oksidere det med luft og jernoksid i en ovn der kull-brenselet ikke var i direkte kontakt med jernsmelten (reverberatory-ovn). Ovnen var utstyrt med en mekanisk innretning for omrøring av smelten. Slaggen ble drevet ut ved valsing. Puddeljern var førsteklasses smijern og ga England en ledende stilling blant Europas smijernsprodusenter helt fram til 1856 (se også puddelovn).

Flusstål og flusstålprosessene, introdusert av Henry Bessemer i 1855 med følge av Sidney Thomas, Pierre Martin og Karl Wilhelm Siemens noen år senere, revolusjonerte den gamle jern- og stålindustrien. I bessemerprosessen blir det høye karboninnholdet og urenheter i råjernet redusert (oksidert) ved å blåse luft gjennom råjernsmelten. Dette var den første økonomiske prosessen som masseproduserte stål fra flytende råjern, og den innledet den moderne stålproduksjonen. Smijern og stål ble nå ett og samme produkt, hvor sammensetningen kunne tilpasses formålet ved prosessjustering og opplegering. Overskuddsvarmen fra forbrenning av oppløst karbon, silisium og fosfor kunne utnyttes til smelting av skrap. Utgangsmaterialet var flytende råjern fra stadig større masovner.

Etter at George Stephenson hadde oppfunnet lokomotivet i 1814, ble valsede jernbaneskinner en av de første større anvendelsene av bessemerstål. Andre viktige produkter var skruer, nagler og bolter.

Puddeljern og digelstål forble etterspurte produkter til spesielle formål til langt utpå 1900-tallet, blant annet fordi det lave slagginnholdet i smijern gav materialet fremragende sveiseegenskaper.

Flusstålprosessene, utvidet med elektrostålprosessen omkring 1900, holdt seg på det nærmeste uforandret fram til 1950–1960, med siemens-martinstål som den klare produksjonslederen. Men utfordringer og problemer meldte seg. Viktige deler av det alminnelige beregningsgrunnlaget for stålkonstruksjoner manglet eller var ikke forstått, og tretthetsbrudd i rullende materiell samt kjeleksplosjoner ble tilbakevendende tragedier på begge sider av 1900-tallet.

Manglende innsikt i de endringene i mikrostruktur og egenskaper som skjer i stålet under sveising, ble avdekket i årene mellom 1930 og 1940 i forbindelse med overgangen fra klinkede til sveiste stålkonstruksjoner, se sprøbrudd. Alvorlige sprekker oppstod i tre sveiste broer over Albertkanalen i Belgia i årene 1938–1940. Sprekker og brudd ble også funnet i et betydelig antall sveiste handelsskip som ble bygd i krigsårene 1941–1945 i USA (Liberty-skip). Undersøkelsene som fulgte, gjorde det klart at bruddene var et resultat av herdesoner (sprø martensitt) dannet ved rask avkjøling av sveis og grunnmateriale. I tillegg hadde spenningskonsentrasjoner knyttet til mangelfull sveiseutførelse en innvirkning. Den samlede effekten rammet høykarbonstål i særlig grad.

Hendelsene initierte en ny epoke for fremstilling av stål, forsiktig påbegynt ved produksjon av deoksidert karbon-mangan-stål for sveiste konstruksjoner og nitrogen-fattige stål til kjettinger i årene før 1940. Den store omveltningen fulgte et tiår senere da Linz-Donawitz-verkene i Østerrike kunne demonstrere fordelene ved å ferske råjernet med ren oksygen istedenfor med luft, det som går under navnet LD-prosessen. Den åpenbare gevinsten består i at nitrogen ikke tar del i prosessen. Derfor synker den forsprøende nitrogenmengden i stålet, og det samme gjør varmetapet under ferskingen slik at konverteren kan fylles med mer skrap. Svovel- og fosforrensingen er svært god, og etter en 15–20-årsperiode fortrengte LD-prosessen og andre oksygenprosesser de gamle luftbaserte metodene.

Finkornstål eller mikrolegerte stål som er en type høyfast lavlegerte konstruksjonsstål (HSLA, High Strength Low Alloy), ble utviklet i samme periode. Ved tilsetting av små mengder egnede legeringselementer (niob, titan) og utvikling av en nøye kontrollert varmvalseprosess (kontrollert valsing) kunne ferrittkornstørrelsen reduseres med 25 mikrometer (μm) ned til 7 μm, noe som bedret både styrken, duktiliteten og seigheten til stålet. Enda bedre materialegenskaper oppnås ved enda finere korn, og forskningslaboratorier verden over er i dag opptatt av å utvikle metoder som ytterligere forfiner mikrostrukturen (ned til 3 μm).

Disse og andre termiske og mekaniske prosesser, inkludert vakuumbehandling av smelten for å fjerne løst hydrogen (jfr. hydrogensprøhet), har revolusjonert fremstilling og egenskaper av sveisbare konstruksjonstål etter andre verdenskrig. Flytegrensen, som bestemmer hvor stor belastning stålet kan utsettes for uten å bli deformert, er hevet med en faktor 2–3. Samtidig er omslagstemperaturen, som beskriver hvor lav temperatur stålet kan ha før det går over fra å være seigt til å bli sprøtt, senket med 50–60 °C. Prosesser og teknikker har forgreninger til andre typer HSLA- og høyfaste stål og til rustfrie stål.

Gevinsten ble raskt forstått og utnyttet i store, sveiste konstruksjoner som broer, atomkraftanlegg, rørledninger for olje og gass og offshore-plattformer, godt assistert av nytt beregningsverktøy for styrke, utmatting og deformasjoner. I skip, der skrogets stivhet er en avgjørende faktor i dimensjoneringen, dro verftene i første omgang fordel av stålenes høye bruddseighet som gir en ekstra sikkerhet mot sprøbrudd.

De mikrolegerte finkornstålene ble fra 1950-tallet også brukt innen bilindustrien for å redusere bilenes vekt. De er imidlertid ikke spesielt velegnet for bruk i komplekse bildeler hvor det i tillegg til styrke stilles store krav til formbarheten. Det var først på 1960-tallet og spesielt på 1990-tallet at de første HSLA-stålene med tilstrekkelig formbarhet, tofasestålene, ble utviklet. Disse stålene, som har en mikrostruktur av de to fasene ferritt og martensitt, har også en meget god evne til å absorbere støtenergi ved en kollisjon. De anvendes derfor innen bilindustrien for å øke bilenes sikkerhet, blant annet til å forsterke tak og understell og til produksjon av kollosjonsforsterkere i støtfangere og bildører. Senere er det utviklet høyfaste stål med enda bedre formbarhet og energiabsorberende evne (blant annet TRIP- og TWIP-stål), og som derfor har samme anvendelse innen bilindustrien som tofasestålene.

Rustfritt stål ble oppfunnet i 1913 av engelskmannen Harry Brearley. Han legerte jern med 12,8 prosent krom og kom dermed fram til et stål som var korrosjons- og rustmotstandig. Brearly var egentlig på jakt etter et metall som var motstandsdyktig mot erosjon i våpenløp. Legeringen Fe-13 %Cr tilhører gruppen ferrittisk rustfrie stål og er blant de minst korrosjonsbestandige rustfrie stålene. Senere er det utviklet martensittisk rustfrie stål til bruk i verktøy og andre sterke komponenter, og austenittiske og ferritt-austenittiske rustfrie stål med andre korrosjonsegenskaper og bruksområder enn de ferrittiske.

Den sterke økningen i stålproduksjonen bryter dessverre med tanken om en bærekraftig utvikling. Koks benyttes som brensel i masovnene, og dette medfører store utslipp av karbondioksid. Det er estimert at stålproduksjon er ansvarlig for 7–9 prosent av verdens utslipp av karbondioksid (gjennomsnittlig 1,8 tonn per tonn produsert stål). Selv om det har skjedd en økende bevisstgjøring av verdens klimaproblemer etter at Parisavtalen ble inngått i 2015, økte verdensproduksjonen av stål fra 2015 til 2019. I 2020 falt riktignok verdensproduksjonen med 0,9 prosent, men mye av denne nedgangen blir knyttet til koronapandemien som rammet verden dette året.

For å redusere stålproduksjonens påvirkning av klimaet arbeides det i dag med en grønnere stålproduksjon ved å benytte hydrogengass som reduksjonsmiddel. Hydrogenet kan enten tilsettes som et hjelpereduksjonsmiddel i masovnene eller benyttes som reduksjonsmiddel i produksjonen av rent jern ved direkte reduksjon av jernmalm (jernsvamp, omtalt lenger oppe i artikkelen). I Sverige er full kommersiell produksjon av «grønt stål» ventet å komme i gang i 2026.

^* CIS står for Commonwealth of Independent States og utgjør Belarus, Kasakhstan, Moldova, Russland, Ukraina og Usbekistan.

e = estimert