I 1913 opdagede den engelske metallurg Harry Brearley, der arbejdede på et projekt til forbedring af rifletønder, ved at tilføje krom til lavt kulstof stål giver det pletbestandigt. Foruden jern, kulstof og krom kan moderne rustfrit stål også indeholde andre elementer, såsom nikkel, niob, molybdæn og titan.
Nikkel, molybdæn, niob og krom forbedrer rustbestandighedens korrosionsbestandighed. Det er tilføjelsen af mindst 12% krom til stålet, der får det til at modstå rust eller pletter 'mindre' end andre typer stål. Krom i stålet kombineres med ilt i atmosfæren for at danne et tyndt, usynligt lag af kromholdigt oxid, kaldet den passive film. Størrelserne på chromatomer og deres oxider er ens, så de pakker pænt sammen på overfladen af metallet og danner et stabilt lag, som kun er et par tomme atomer. Hvis metallet er skåret eller ridset, og den passive film afbrydes, vil der hurtigere dannes mere oxid og genvinde den eksponerede overflade og beskytte det fra oxidativ korrosion.
Jern, på den anden side, ruster hurtigt, fordi atomjern er meget mindre end dets oxid, så oxiden danner et løst snarere end tætpakket lag og flager væk. Den passive film kræver ilt til selvreparation, så rustfrit stål har dårlig korrosionsbestandighed i miljøer med lavt ilt og dårlig cirkulation. I havvand vil chlorider fra saltet angribe og ødelægge den passive film hurtigere end den kan repareres i et miljø med lavt ilt.
Typer af rustfrit stål
De tre hovedtyper af rustfrit stål er austenitisk, ferritisk og martensitisk. Disse tre typer stål identificeres ved deres mikrostruktur eller den dominerende krystalfase.
- austenitisk: Austenitiske stål har austenit som deres primære fase (ansigt-centreret kubisk krystal). Disse er legeringer, der indeholder krom og nikkel (sommetider mangan og nitrogen), struktureret omkring Type 302-sammensætning af jern, 18% chrom og 8% nikkel. Austenitisk stål er ikke hærdbare ved varmebehandling. Det mest kendte rustfrie stål er sandsynligvis Type 304, nogle gange kaldet T304 eller simpelthen 304. Type 304 kirurgisk rustfrit stål er austenitisk stål indeholdende 18-20% krom og 8-10% nikkel.
- ferritisk:Ferritisk stål har ferrit (kropscentreret kubisk krystal) som deres hovedfase. Disse stål indeholder jern og krom, baseret på sammensætningen af Type 430 af 17% krom. Ferritisk stål er mindre duktilt end austenitisk stål og er ikke hærdet ved varmebehandling.
- martensitisk: Den karakteristiske ortorhombiske martensitmikrostruktur blev først observeret af den tyske mikroskopist Adolf Martens omkring 1890. Martensitiske stål er stål med lavt kulstofindhold bygget omkring Type 410 sammensætning af jern, 12% krom og 0,12% kulstof. De kan være tempererede og hærdede. Martensite giver stål stor hårdhed, men det reducerer også dens sejhed og gør det sprødt, så få stål er fuldt hærdet.
Der er også andre kvaliteter af rustfrit stål, såsom nedbørshærdet, duplex og støbt rustfrit stål. Rustfrit stål kan produceres i forskellige finish og teksturer og kan tones over et bredt spektrum af farver.
passivering
Der er en vis uenighed om, hvorvidt korrosionsbestandigheden af rustfrit stål kan forbedres ved hjælp af passiveringsprocessen. I hovedsagen er passivering fjernelse af frit jern fra stålets overflade. Dette udføres ved at nedsænke stålet i en oxidant, såsom salpetersyre eller citronsyre syre løsning. Da det øverste jernlag fjernes, formindsker passivering misfarvning af overfladen.
Selvom passivering ikke påvirker tykkelsen eller effektiviteten af det passive lag, er det nyttigt til fremstilling af en ren overflade til yderligere behandling, såsom plettering eller maling. På den anden side, hvis oxidanten fjernes ufuldstændigt fra stålet, som nogle gange sker i stykker med stramme samlinger eller hjørner, kan der opstå spaltekorrosion. De fleste undersøgelser indikerer, at formindskelse af overfladepartikelskorrosion ikke reducerer modtageligheden for grov korrosion.