Staal is materiaal dat voor het grootste deel uit het element ijzer (Fe) bestaat. Er bestaan zeer veel soorten staal, met vele verschillende legeringen c.q. bestanddelen en elementen. Staal valt gemakshalve in drie groepen in te delen, afhankelijk van de hoeveelheid toegevoegde legeringselementen:
- Ongelegeerd staal (max. 1.5% aan legeringselementen)
- Laaggelegeerd staal (1.5% tot 5% aan legeringselementen)
- Hooggelegeerd staal (meer dan 5% aan legeringselementen)
Nb. Over het algemeen wordt koolstof (C) bij staal niet gezien als legeringselement. Wanneer er sprake is van meer dan 2% koolstof in ijzer, dan spreekt men over gietijzer.
Ongelegeerd staal
Staal dat maximaal 1.5% aan legeringselementen (exclusief koolstof) bevat valt onder ongelegeerd staal. Veel gebruikte legeringen zijn een combinatie met o.a. mangaan (Mn) en silicium (Si). Net als koolstof worden mangaan en silicium ingezet om de sterkte en hardheid van het materiaal te vergroten. Daarbij is silicium tevens een bijproduct van het staal bereidingsproces. Silicium wordt namelijk gebruikt om zuurstof aan het staal te onttrekken.
Veelal wordt gesteld dat ongelegeerd staal het meest gebruikte staal ter wereld is. Dit komt vooral omdat ongelegeerd staal relatief goedkoop is en over het algemeen goed bewerkbaar.
Laaggelegeerd staal
Laaggelegeerd staal bevat tussen de 1.5% en 5% legeringselementen. Net als bij de groep ongelegeerd staal zijn hier mangaan en silicium veel voorkomende legeringselementen. Daarnaast zijn chroom (Cr), vanadium (V), nikkel (Ni) en molybdeen (Mo) veel voorkomende legeringselementen binnen de groep laaggelegeerd staal. De invloeden van deze elementen zijn bij gebruik van meerdere verschillende elementen in één soort staal niet zo eenvoudig te bepalen. Dit komt hoofdzakelijk omdat enkele van deze elementen elkaar kunnen tegenwerken, waar andere elementen elkaar juist weer versterken.
Een legering met chroom wordt vaak toegepast om staal meer oxidatie- en corrosiebestendig te maken. Daarbij wordt in de staalindustrie veel gebruik gemaakt van de harde en slijtvaste eigenschappen van chroom. Het element chroom wordt vaak gecombineerd met nikkel of molybdeen. Chroom in combinatie met molybdeen (ook wel: chroom-molybdeen staal) maakt het materiaal goed bestand tegen hoge temperaturen en maakt het erg sterk.
Het element vanadium wordt ook veel gebruikt in combinatie met chroom en molybdeen, omdat het ongeveer dezelfde eigenschappen geeft aan staal. Vanadium komt veel voor in gereedschappen (gereedschapsstaal), aangezien staal met vanadium legering over het algemeen een stuk taaier is. Dit maakt deze legering zeer geschikt voor gereedschap.
Nikkel heeft vooral gunstige invloed op staal, wanneer er sprake is van heel hoge en heel lage temperaturen. Nikkel wordt ook veel gebruikt om een aantal minder gunstige eigenschappen van chroom te compenseren.
Hooggelegeerd staal
Zoals gesteld bevat hooggelegeerd staal meer dan 5% aan legeringselementen. De bekendste vorm binnen de groep hooggelegeerd staal is RVS: Roestvast staal. De hoofdlegeringselementen in RVS zijn over het algemeen meestal de elementen chroom en nikkel. Er wordt een combinatie van chroom en nikkel gebruikt, omdat nikkel een aantal ongewenste effecten van chroom tegenwerkt.
Roestvast staal is goed bestand tegen oxidatie en corrosie. Deze eigenschap is te danken aan de beschermende oxidehuid, die ontstaat door de chemische verbinding die chroom aangaat met zuurstof. De oxidehuid is zeer dun en daardoor doorzichtig. De oxidehuid bestaat kortgezegd uit een netwerk van chroom (III) oxide, dat wel elektronen maar geen ionen kan geleiden. Daardoor is het metaal tegen corrosie bestand, mits deze oxide laag intact blijft. Belangrijk te weten is dat chloride oplossingen, zoals zeewater of gechloreerd zwemwater de oxidehuid kunnen aantasten. Het resultaat is dan vaak dat er op bepaalde plekken putvormige corrosie ontstaat. Deze vorm van corrosie is vaak lastig te stoppen, aangezien de chloride ionen zich vooral in deze corrosie putten verzamelen. Een toeslag van molybdeen kan wel bestendigheid tegen chloor opleveren. Deze toepassing ziet men vaak bij gebruik in zwembaden. Om de eigenschappen te verbeteren is dan wel een laag koolstofgehalte wenselijk. Nadeel is dat dit het materiaal slechter verspaanbaar maakt. Men kan ook kiezen voor een toeslag van titanium, maar dan is de lasbaarheid slechter.