Hva gjør rustfritt stål rustfritt?

I 1913 oppdaget den engelske metallurgen Harry Brearley, som arbeidet med å forbedre rifletønner, tilfeldigvis at krom tilsatte lite karbon stål gir den flekkbestandig. I tillegg til jern, karbon og krom, kan moderne rustfritt stål også inneholde andre elementer, for eksempel nikkel, niob, molybden og titan.

Nikkel, molybden, niob og krom forbedrer korrosjonsbestandigheten til rustfritt stål. Det er tilsetningen av minimum 12% krom til stålet som gjør at det motstår rust, eller flekker "mindre" enn andre typer stål. Krommet i stålet kombineres med oksygen i atmosfæren for å danne et tynt, usynlig lag med kromholdig oksyd, kalt den passive filmen. Størrelsene på kromatomer og oksydene derav er like, så de pakker pent sammen på overflaten av metallet og danner et stabilt lag som bare er noen få atomer tykke. Hvis metallet kuttes eller riper og den passive filmen blir forstyrret, vil mer oksid raskt danne seg og gjenvinne den utsatte overflaten og beskytte den fra oksidativ korrosjon.

Jern, derimot, ruster raskt fordi atomjern er mye mindre enn oksydet, så oksidet danner et løst heller enn tettpakket lag og flasser bort. Den passive filmen krever oksygen for selvreparasjon, så rustfritt stål har dårlig korrosjonsbestandighet i miljøer med lite oksygen og dårlig sirkulasjon. I sjøvann vil klorider fra saltet angripe og ødelegge den passive filmen raskere enn den kan repareres i et miljø med lite oksygen.

De tre hovedtyper av rustfritt stål er austenittisk, ferritisk og martensittisk. Disse tre typene stål identifiseres ved deres mikrostruktur eller den dominerende krystallfasen.

• austenittisk: Austenittiske stål har austenitt som sin primære fase (ansiktssentrert kubikkrystall). Dette er legeringer som inneholder krom og nikkel (noen ganger mangan og nitrogen), strukturert rundt type 302 sammensetning av jern, 18% krom og 8% nikkel. Austenittiske stål er ikke herdbare ved varmebehandling. Det mest kjente rustfrie stål er sannsynligvis Type 304, noen ganger kalt T304 eller ganske enkelt 304. Type 304 kirurgisk rustfritt stål er austenittisk stål som inneholder 18-20% krom og 8-10% nikkel.
• ferrittisk:Ferritiske stål har ferritt (kroppssentrert kubikkrystall) som hovedfase. Disse stålene inneholder jern og krom, basert på sammensetningen Type 430 av 17% krom. Ferritisk stål er mindre duktilt enn austenittisk stål og er ikke herdbart ved varmebehandling.
• martensitic: Den karakteristiske ortorhombiske martensittmikrostrukturen ble først observert av den tyske mikroskopisten Adolf Martens rundt 1890. Martensitiske stål er stål med lav karbon som er bygget rundt Type 410-sammensetningen av jern, 12% krom og 0,12% karbon. De kan være tempererte og herdede. Martensite gir stål stor hardhet, men det reduserer også seighet og gjør det sprøtt, så få stål er fullstendig herdet.

Det er også andre kvaliteter av rustfritt stål, for eksempel nedbørshærdet, dupleks og støpt rustfritt stål. Rustfritt stål kan produseres i en rekke utførelser og teksturer og kan farges over et bredt spekter av farger.

Det er en del uenighet om korrosjonsmotstanden til rustfritt stål kan forbedres ved passiveringsprosessen. I hovedsak er passivering fjerning av fritt jern fra overflaten av stålet. Dette utføres ved å senke stålet i en oksidant, for eksempel salpetersyre eller sitronsyre syre løsning. Siden det øverste jernlaget fjernes, reduserer passivering overflatens misfarging.

Selv om passivering ikke påvirker tykkelsen eller effektiviteten til det passive laget, er det nyttig å produsere en ren overflate for videre behandling, så som platting eller maling. På den annen side, hvis oksidanten fjernes ufullstendig fra stålet, som noen ganger skjer i biter med tette skjøter eller hjørner, kan det føre til sprekk korrosjon. Mest forskning indikerer at redusert korrosjon på overflaten ikke reduserer følsomheten for korrosjon.