L’acier est l’alliage métallique le plus répandu au monde. Dans sa forme la plus simple, il se compose de fer et de quantités variables de carbone. Parce que le fer et le carbone sont bien connus depuis l’Antiquité, l’alliage a été produit sous une forme ou une autre bien avant la naissance du Christ. Certains des tout premiers aciers ont été fabriqués dans les régions orientales de l’Afrique, vers 1400 avant notre ère.
Le fer est le principal composant de l’acier, le carbone étant loin derrière, entre 0.2% et 2.14%, selon la nuance. Le carbone est le moyen le plus économique d’allier le fer, mais d’autres métaux peuvent être utilisés pour augmenter l’élément et conférer au métal certaines propriétés. Le métal connu sous le nom de fonte est en fait un acier à très haute teneur en carbone, ce qui lui confère un point de fusion plus bas et une plus grande coulabilité. L’acier est bien connu pour sa résistance, qui lui est donnée précisément par les éléments d’alliage.
Lorsque le fer est à l’état de métal solide, les atomes forment une structure en réseau cristallin. Bien que cette structure soit assez rigide, il peut y avoir des imperfections, qui créent de minuscules points faibles dans le métal. Les atomes des éléments d’alliage peuvent remplir ces points faibles microscopiques du réseau, donnant à l’alliage la flexibilité et la résistance à la traction pour lesquelles il est connu.
L’industrie sidérurgique moderne produit le métal grâce à l’utilisation de ce qu’on appelle le four à oxygène de base. Dans ces fours, le fer en fusion est traversé par de l’oxygène pur, ce qui réduit les niveaux d’impuretés. Des agents de nettoyage appelés flux sont également ajoutés dans ce même but. Le principal avantage de ce procédé, autre qu’un produit de haute qualité, est sa rapidité.
Les procédés précédents comprenaient le procédé Bessemer, où l’air était forcé à travers le fer en fusion pour oxyder les impuretés. Le monoxyde de carbone est un sous-produit de ce processus, les autres impuretés formant des scories. L’invention du procédé Bessemer a été particulièrement remarquable car il a fait de l’acier un produit de masse et bon marché. L’alliage avait été produit par diverses méthodes au Moyen Âge et avant, mais aucune d’entre elles n’était particulièrement efficace et ne pouvait être utilisée à grande échelle.
Au fur et à mesure que les techniques de fabrication de l’acier se sont améliorées, une plus grande variété d’alliages est devenue disponible. L’utilisation de plusieurs métaux différents, tels que le tungstène et le chrome, peut produire un métal adapté à des applications très spécifiques. L’éventail de propriétés que l’acier peut être donné par l’ajout de différents éléments est visible, par exemple, dans le fait que deux choses aussi différentes que les épées de samouraï et les automobiles sont toutes deux fabriquées à partir de fer allié à d’autres métaux.