با پیشرفت تکنولوژی، مواد و عناصر فلزی در موقعیت ها و محیط هایی مورد استفاده قرار می گیرند که کاربرد ایمن و مؤثر آنها بر اساس الزامات سخت گیرانه تضمین می شود. اغلب فلزات، پدیده ای را تجربه می کنند که با اکسیداسیون یا ذوب متفاوت است و شباهت زیادی به تحریق چوب و نایلون در جوهای غنی از اکسیژن دارد. این پدیده را با نام سوختن می شناسیم. واکنش فلزات با اکسیژن، ریسک احتراق و سوختن آن ها را افزایش می دهد. فولاد، به عنوان یکی از آلیاژهای اصلی آهن، نیز از این قاعده مستثنی نیست و در صورت عدم رعایت برخی نکات، احتمال سوختن فولاد وجود دارد.
سوختن زمانی اتفاق می افتد که فولاد به اندازه ای گرم شود که دیگر امکان بازگشت به حالت اولیه وجود نداشته باشد. گرمایش بیش از حد فلزات نیز موجب بروز اثرات و تغییرات منفی در ساختار فلز می شود، لیکن اغلب این تغییرات برگشت پذیر هستند. سوختن از سوی دیگر، پدیده ای است که امکان اصلاح و بازگشت فلز به حالت اولیه را کاملاً از بین می برد و موجب اسقاط شدن ساختارها و اجزای فولادی می شود.
به طور کلی، در زمان سوختن فولاد و دیگر فلزات با دو نوع فرآیند تخریب کننده رو به رو هستیم. اول، پدیده معمول سوختن که در زمان اکسیداسیون بین ذره ای اتفاق می افتد. اکسیداسیون بین ذره ای همان خوردگی است و مرز ذرات فلز رخ می دهد. این پدیده زمانی اتفاق می افتد که پیوند اکسیژن با اجزای مقاوم در برابر خوردگی شکسته می شود و ذرات اکسیژن با اجرای مستعد خوردگی پیوند تشکیل می دهند. به عنوان نمونه بارزی از این پدیده می توان به فولاد ضد زنگی اشاره کرد که محتوای کروم آن به دلیل سوختن فلز، از بین رفته است و در نتیجه، کیفیت و ساختار فولاد ضد زنگ تحلیل می رود. در این صورت، سوختن فلز باعث می شود به جای اکسید کروم، شاهد اکسید آهن باشیم. دومین فرآیند تخریب کننده زمانی رخ می دهد که فولاد در زمان ذوب اولیه بسوزد. ذوب اولیه موقعیتی است که در آن اجزای آلیاژی تنها در مرز برخی از ذرات فلز آلیاژی قرار می گیرند و تمامی ذرات آلیاژ را پوشش نمی دهند. در این موقعیت، شاهد تخلخل فلز و دیگر ناپیوستگی های ذره ای خواهیم بود که با حرارت درمانی نیز از بین نخواهند رفت.
فولاد یکی از آلیاژهای آهن است که مقدار اندکی کربن دارد. کربن موجود در فولاد مقاومت فلز را تا حد قابل توجهی افزایش می دهد؛ با این حال، فولاد کربنی پیش از رسیدن به نقطه ذوب، شروع به سوختن می کند. به عبارت دیگر، نقطه ذوب و نقطه احتراق فولاد بسیار نزدیک به یکدیگر است. در زمان حرارت دادن و رسیدن فلز به نقطه ذوب (حدود 1500 درجه سلسیوس)، فولاد پیش از ذوب شدن می سوزد. در این موقعیت، فلز به رنگ سفید در آمده و جرقه به اطراف پرت می کند. در نتیجه سوختن فولاد، ساختار کریستالی آن تغییر خواهد کرد و فلز شروع به فرو ریختن می کند، به گونه ای که به نظر می رسد فلز حقیقتاً سوخته است.
احتراق یا سوختن پشم فولاد نیز یکی از نمونه های واکنش برگشت ناپذیر پدیده سوختن است. پشم فولاد عمدتاً از آهن تشکیل می شود و در صورت واکنش آن با اکسیژن موجود در هوا، شاهد تشکیل نوعی اکسید آهن خواهیم بود که امکان بازگشت به حالت اولیه را از عنصر مورد نظر سلب می کند. سطح مقطع پشم فولاد به گونه ای است که موقعیت مناسبی برای احتراق و سوختن آن ایجاد می کند. در زمان سوختن پشم فولاد شاهد جرقه های بی شماری خواهید بود که در اثر واکنش آهن و هوا تولید می شوند. نکته جالب توجه آن است که گرم شدن و یا خوردگی پشم فولاد موجب افزایش حجم آن می شود؛ این اثر به واسطه ترکیب عناصر اکسیژن با آهن رخ می دهد.
فولاد ضد زنگ از جمله آلیاژهای مورد استفاده در سیستم های اکسیژن هستند و به صورت گسترده برای ساخت دریچه ها و لوله ها استفاده می شوند. در سال های پیش، محققین بر این باور بودند که فولاد ضد زنگ به راحتی در محیط های غنی از اکسیژن می سوزد. از آن پس، اجزای ساخته شده از فولاد ضد زنگ کاربرد کمتری در محیط های پر اکسیژن داشتند. در 1980 اطلاعات بیشتری در خصوص احتراق این ماده آهنی ارائه شد. بر اساس این اطلاعات، مقاومت فولاد ضد زنگ در برابر احتراق به خوبی سوپر آلیاژهای نیکل نیست؛ با این حال، هزینه های تهیه و تعبیه فولاد ضد زنگ به مراتب کمتر از سوپر آلیاژهای دیگر است. تصویر میکرو ساختار فولاد ضد زنگ پس از سوختن نشان دهنده منطقه تحت تأثیر گرما (Heat-Affected zone)، منطقه ذوب (melting but no Oxide) و منطقه اکسید (product of burning) می باشد. بررسی بیشتر ساختار فولاد ضد زنگ پس از سوختن نشان می دهد که ساختارهای کریستالی آلیاژ اصلی تغییری ندارند و هیچ گونه ذرات اکسیداسیون داخلی نیز مشاهده نمی شود. نقطه ذوب فلز تحت تأثیر گرمای سوختن موجب وقوع پدیده اکسیداسیون در فلز خواهد شد. نزدیک ترین نقطه به محل احتراق نیز نشان دهنده اکسیداسیون شدید داخلی و بروز منافذ بیشتر پس از جامد شدن مجدد فلز می باشد.
برخی از مواد و عناصر فلزی، از جمله فولاد، به سختی در مواجهه با هوای آزاد مشتعل می شوند؛ اما محیط های غنی از اکسیژن به راحتی باعث سوختن و حتی رسیدن فلز به نقطه انفجار خواهند شد. سوختن و احتراق فلزات می تواند عواقب بسیار شدیدی به همراه داشته باشد. برای مثال در سال 1980، مرکز تحقیقات فضایی جانسون شاهد انفجار مهیبی بود که پس از رسیدن فشار اکسیژن محفظه آلومینیومی به 6000psi موجب احتراق محفظه شده بود. در موقعیتی دیگر، مرکز پرواز فضایی مارشال شاهد سوختن پیستون ها و ورقه های تنظیم تراز ساخته شده از فولاد بود که سوختن این اجزا موجب از بین رفتن کامل و انفجار محفظه آزمون شد. عواقب شدید سوختن فولاد و دیگر فلزات باعث شده است بسیاری از محققان به دنبال راهی برای کنترل آتش های ناشی از اکسیژن در زمان انجام آزمایشات مختلف و تولید محصولات فلزی باشند.
در میان عناصر و آلیاژهای فلزی، نقطه احتراق مس حدوداً 1030 درجه سلسیوس است. این دما 30 درجه کمتر از نقطه ذوب بوده و در صورتی که فشار اکسیژن کمتر از 34.5 MPa باشد، فلز تا رسیدن به زمان ذوب مشتعل نخواهد شد. از این رو مس به عنوان یکی از فلزاتی در نظر گرفته می شود که احتراق و سوختن آن دشوار است. از سوی دیگر، نقطه احتراق آهن 930 درجه سلسیوس گزارش شده است (600 درجه کمتر از نقطه ذوب آن). در برخی تحقیقات نیز دمای احتراق آهن 1315 درجه درج شده است که این دما نیز از دمای ذوب آهن کمتر می باشد. به عبارت دیگر می توان گفت در فشار محیط، مقاومت آهن در برای سوختن تقریباً ضعیف است. بررسی احتراق آهن در محیط های پر فشار و غنی از اکسیژن نشان می دهد که در زمان سوختن آهن داغ در اکسیژن، انتقال گرمای طبیعی و اکسید موجب تغییر خواص فلز خواهد شد.
ویژگی های شیمیایی منگنز بسیار فعال بوده و آلیاژهای Mg مستعد اکسیداسیون و سوختن هستند. دمای احتراق منگنز خالص در هوای محیط، حدوداً 630 تا 640 درجه سلسیوس می باشد. برخی آلیاژها، من جمله Er، Gd، Y و دیگر عناصر خاکی نادر می توانند دمای احتراق منگنز را بهبود بخشند. با این حال، آلیاژهای اصلی منگنز، ازجمله Al، Zn، Mn و Cd باعث کاهش دمای احتراق می شوند. علاوه بر این، دمای احتراق آلومینیوم بیش از نقطه ذوب فلز بوده و دمای احتراق نیکل نیز برابر با نقطه ذوب فلز است، همچنین نقره در هیچ دمایی نمی سوزد.
جمع بندیفولاد به عنوان یکی از آلیاژهای آهن، شامل آلیاژهای دیگری چون کربن می باشد. اضافه شدن آلیاژهای گوناگون به فولاد موجب تغییر برخی از ویژگی ها و خواص آن خواهد شد. با این حال، فولاد نیز یکی از فلزاتی است که در شرایط مناسب مشتعل خواهد شد. پدیده سوختن فولاد و فلزات مشابه به دو صورت اتفاق می افتد (خوردگی و افزایش دما) و در این صورت اکسیداسیون ناشی از سوختن موجب ایجاد تغییرات غیر قابل بازگشت در ساختار فولاد می شود.