miniatura|Ponte fabricada en aceiro. miniatura|Prensas en acerías. miniatura|Acerías. O termo aceiro serve comunmente para denominar, en enxeñaría metalúrxica, a unha mestura de ferro cunha cantidade de carbono variable entre o 0,008 % e o 2,11 % en masa da súa composición, dependendo do grao e presenta propiedades mecánicas melloradas en comparación coa forma pura do ferro. Se a aliaxe posúe unha concentración de carbono maior do 1,8 %, prodúcense fundicións que, en oposición ao aceiro, son moito máis fráxiles e non é posible forxalas, senón que teñen que ser moldeadas.
Debido ao seu alto módulo de elasticidade, límite elástico, resistencia á fractura e baixo custo da materia prima, o aceiro é un dos materiais máis fabricados no mundo. O aceiro utilízase en estruturas (como varillas de reforzo de formigón ou vigas de aceiro ), en pontes, infraestruturas, ferramentas, barcos, trens, automóbiles, bicicletas, máquinas, electrodomésticos, mobles e armas.
O ferro e o carbono son sempre os elementos principais do aceiro, pero utilízanse outros elementos para producir varios graos de aceiro, o que demostra propiedades materiais, mecánicas e microestruturais alteradas. Os aceiros inoxidables, por exemplo, conteñen normalmente un 18 % de cromo e presentan unha resistencia á corrosión e á oxidación mellorada en comparación co seu homólogo de aceiro ao carbono. O aceiro galvanizado revístese cunha capa de cinc para conseguir un efecto similar. Baixo presións atmosféricas, os aceiros xeralmente adoptan dúas formas cristalinas: cúbico centrado no corpo e cúbico centrado nas caras; non obstante, dependendo do historial térmico e da aliaxe, a microestrutura pode conter a fase martensita distorsionada ou a fase cementita rica en carbono, que son tetragonal e ortorrómbico, respectivamente. No caso do ferro aliado, o fortalecemento débese principalmente á introdución de carbono na rede principalmente de ferro, o que inhibe a deformación baixo tensión mecánica. A aliaxe tamén pode inducir fases adicionais que afectan as propiedades mecánicas. Na maioría dos casos, as propiedades mecánicas modificadas son a expensas da ductilidade e o alongamento do estado de ferro puro, que diminúen coa adición de carbono.
O aceiro produciuse en fornos baixos durante miles de anos, pero o seu uso industrial a grande escala comezou só despois de que se ideasen métodos de produción máis eficientes no século XVII, coa introdución do alto forno e a produción de aceiro de crisol. A isto seguiulle o proceso de Bessemer en Inglaterra a mediados do século XIX e, a continuación, o forno de soleira aberta. Coa invención do proceso Bessemer, comezou unha nova era de aceiro producido en masa. O aceiro doce substituíu o ferro forxado. Os estados alemáns foron os principais produtores de aceiro en Europa no século XIX. A produción de aceiro estadounidense centrouse en Pittsburgh, Bethlehem, Pensilvania, e Cleveland, Ohio, ata finais do século XX. Actualmente, a produción mundial de aceiro céntrase na China, que produciu o 54 % do aceiro mundial no 2023.
Non se debe confundir o aceiro co ferro, que é un metal duro e relativamente dúctil pero de baixa resistencia, con diámetro atómico (dA) de 2,48 Å, con temperatura de fusión de 1535 °C e punto de ebulición 2740 °C. Pola súa banda, o carbono é un non metal de diámetro menor (dA = 1,54 Å), brando e fráxil na maioría das súas formas alotrópicas (excepto na forma de diamante). A difusión deste elemento na estrutura cristalina do anterior lógrase grazas á diferenza en diámetros atómicos, formándose un composto intersticial.
A diferenza principal entre o ferro e o aceiro áchase na porcentaxe do carbono: o aceiro é ferro cunha porcentaxe de carbono de entre o 0,03 % e o 1,075 %; a partir desta porcentaxe considéranse outras aliaxes con ferro.
Cabe destacar que o aceiro posúe diferentes constituíntes segundo a súa temperatura, concretamente, de maior a menor dureza, perlita, cementita e ferrita; ademais da austenita (para maior información consultar o artigo Diagrama ferro-carbono).
O aceiro conserva as características metálicas do ferro en estado puro, pero a adición de carbono e doutros elementos tanto metálicos como non metálicos mellora as súas propiedades físico-químicas.
Existen moitos tipos de aceiro en función do elemento ou os elementos aleantes que estean presentes. A definición en porcentaxe de carbono corresponde aos aceiros ó carbono, nos cales este non metal é o único aleante, ou hai outros pero en menores concentracións. Outras composicións específicas reciben denominacións particulares en función de múltiples variables por exemplo os elementos que predominan na súa composición (aceiros ó silicio), da súa susceptibilidade a certos tratamentos (aceiros de cementación), dalgunha característica potenciada (aceiros inoxidables) e mesmo en función do seu uso (aceiros estruturais). Usualmente estas aliaxes de ferro englóbanse baixo a denominación xenérica de aceiros especiais, razón pola que aquí se adoptou a definición dos comúns ou "ao carbono" que ademais de ser os primeiros fabricados e os máis empregados,Aproximadamente o 90 % do aceiro comercializado é "ó carbono". serviron de base para os demais. Esta gran variedade de aceiros levou a Siemens a definir o aceiro como «un composto de ferro e outra substancia que incrementa a súa resistencia».Diccionario Enciclopédico Hispano-Americano, Tomo I, Montaner e Simón Editores, Barcelona, 1887, p. 265.
O aceiro é o material máis importante da nosa civilización e del están feitas a maior parte das ferramentas e máquinas.
Historia miniatura|Histórico forno Bessemer. miniatura|Gravado que mostra o traballo nunha fragua na Idade Media. O termo aceiro procede do latín " aciarius", e este da palabra " acies", que é como se denomina nesta lingua o fío dunha arma branca. " Aciarius" sería, por tanto, o metal adecuado, pola súa dureza e resistencia, para poñelo na parte cortante das armas e as ferramentas. Descoñécese a data exacta en que se descubriu a técnica para obter ferro a partir da fusión de minerais. Ao contrario do ferro, que desde as orixes da humanidade se ten atopado en pequenas cantidades na natureza procedente de meteoritos, o aceiro é un produto tecnolóxico humano de invención relativamente recente. As primeiras pezas de aceiro obtíñanse collendo un cacho de ferro candente e golpeándoo contra cinzas que se ían incorporando ao metal até acadar o grao de dureza desexado ou manténdoo durante tempo mergullado en carbón. Hoxe o aceiro obtense de dúas materias primas: a gusa producida a partir de mineral nun alto forno ou ferro vello transformado nunha aciaría eléctrica. Con todo, os primeiros restos arqueolóxicos de utensilios de ferro datan do 3000 a. C. e foron descubertos en Exipto, aínda que hai vestixios de adornos anteriores. Algúns dos primeiros aceiros proveñen do leste de África, ao rededor de 1400 a. C. Durante a dinastía Han da China produciuse aceiro ao derreter ferro forxado con ferro fundido, en torno ao século I a. C.Gernet, 69. Tamén adoptaron os métodos de produción para a creación de aceiro wootz, un proceso xurdido na India e en Sri Lanka desde aproximadamente o ano 300 a. C. e exportado a China cara ao século V. Este temperán método utilizaba un forno de vento, soprado polos monzóns.Needham, Volume 4, Part 1, 282. Tamén coñecido como aceiro Damasco, era unha aliaxe de ferro con gran número de diferentes materiais, incluíndo trazas doutros elementos en concentracións menores a 1000 partes por millón ou 0,1 % da composición da rocha. Estudos realizados por Peter Paufler suxeriron que na súa estrutura incluíanse nanotubos de carbono, o que podería explicar algunhas das calidades deste aceiro -como a súa durabilidade e capacidade de manter un fío-, aínda que debido á tecnoloxía da época é posible que as mesmas se haxan obtido por azar e non por un deseño premeditado.
Entre os séculos IX e X produciuse en Merv o aceiro de crisol, no cal o aceiro se obtiña quentando e arrefriando o ferro e o carbón por distintas técnicas. Durante a dinastía Song do século XI na China, a produción de aceiro realizábase empregando dúas técnicas: a primeira producía aceiro de baixa calidade por non ser homoxéneo —método " berganesco"— e a segunda, precursora do método Bessemer, quita o carbón con forxas repetidas e somete a peza a arrefriados abruptos. Hartwell, Robert. «Markets, Technology and the Structure of Enterprise in the Development of the Eleventh Century Chinese Iron and Steel Industry.» Journal of Economic History 26 (1966). pp. 53-54.
O ferro para uso industrial foi descuberto cara ao ano 1500 a. C., en Medzamor e no monte Ararat, en Armenia. A tecnoloxía do ferro mantívose moito tempo en segredo, difundíndose cumpridamente cara ao ano 1200 a. C.
Non hai rexistros de que a templabilidade fose coñecida ata a Idade Media. Os métodos antigos para a fabricación do aceiro consistían en obter ferro doce no forno, con carbón vexetal e tiro de aire, cunha posterior expulsión das escouras por marteladas e carburación do ferro doce para cementarlo. Logo perfeccionouse a cementación fundindo o aceiro cementado en crisoles de arxila e en Sheffield (Inglaterra) obtivéronse, a partir de 1740, aceiros de crisol. A técnica foi desenvolta por Benjamin Huntsman.
En 1856, Henry Bessemer, desenvolveu un método para producir aceiro en grandes cantidades, pero dado que só podía empregarse ferro que contivese fósforo e xofre en pequenas proporcións, foi deixado de lado. Ao ano seguinte, Carl Wilhelm Siemens creou outro, o procedemento Martin-Siemens, no que se producía aceiro a partir da descarburación da fundición de ferro doce e óxido de ferro como produto do quecemento con aceite, gas de coque, ou unha mestura este último con gas de alto forno. Este método tamén quedou en desuso.
Aínda que en 1878 Siemens tamén foi o primeiro en empregar electricidade para quentar os fornos de aceiro, o uso de fornos de arco eléctrico para a produción comercial comezou en 1902 por Paul Héroult, quen foi un dos inventores do método moderno para fundir aluminio. Neste método faise pasar dentro do forno un arco eléctrico entre chatarra de aceiro cuxa composición se coñece e uns grandes eléctrodos de carbono situados no teito do forno. miniatura|Estrutura de ferro forxado da Torre Eiffel. En 1948 invéntase o proceso do osíxeno básico L-D. Tras a segunda guerra mundial iniciáronse experimentos en varios países con osíxeno puro en lugar de aire para os procesos de refinado do aceiro. O éxito logrouse en Austria en 1948, cando unha fábrica de aceiro situada preto da cidade de Linz, Donawitz desenvolveu o proceso do osíxeno básico ou L-D.
En 1950 invéntase o proceso de coada continua que se usa cando se require producir perfís laminados de aceiro de sección constante e en grandes cantidades. O proceso consiste en colocar un molde coa forma que se require debaixo dun crisol, o cal cunha válvula pode ir dosificando material fundido ao molde. Por gravidade o material fundido pasa polo molde, que está arrefriado por un sistema de auga; ao pasar o material fundido polo molde frío convértese en pastoso e adquire a forma do molde. Posteriormente o material é conformado cunha serie de rodetes que ao mesmo tempo o arrastran cara á parte exterior do sistema. Unha vez conformado o material coa forma necesaria e coa lonxitude adecuada o material córtase e almacena.
Na actualidade utilízanse algúns metais e metaloides en forma de ferroaleacións, que, unidos ao aceiro, proporciónanlle excelentes calidades de dureza e resistencia.
Actualmente, o proceso de fabricación do aceiro complétase mediante a chamada metalurxia secundaria. Nesta etapa outórganse ó aceiro líquido as propiedades químicas, temperatura, contido de gases, nivel de inclusións e impurezas desexadas. A unidade máis común de metalurxia secundaria é o forno culler. O aceiro aquí producido está listo para ser posteriormente coado, en forma convencional ou en coada continua.