Varför är rostfritt stål rostfritt?

År 1913 upptäckte den engelska metallurgen Harry Brearley, som arbetade på ett projekt för att förbättra gevärfat, av misstag att genom att lägga krom till lågkolstål ger det fläckbeständigt. Förutom järn, kol och krom kan modernt rostfritt stål också innehålla andra element, såsom nickel, niob, molybden och titan.

Nickel, molybden, niob och krom ökar korrosionsbeständigheten hos rostfritt stål. Det är tillsatsen av minst 12% krom till stålet som gör att det motstår rost eller fläckar "mindre" än andra typer av stål. Kromet i stålet kombineras med syre i atmosfären och bildar ett tunt, osynligt lager av krominnehållande oxid, kallad passiv film. Storleken på kromatomer och deras oxider är liknande, så de packar snyggt på ytan av metallen och bildar ett stabilt skikt som bara är några atomer tjocka. Om metallen skärs eller repas och den passiva filmen störs, kommer mer oxid snabbt att bildas och återhämta den exponerade ytan och skydda den från oxidativ korrosion.

Järn, å andra sidan, rostar snabbt eftersom atomjärn är mycket mindre än dess oxid, så oxiden bildar ett löst snarare än tätt packat lager och flingar bort. Den passiva filmen kräver syre för självreparation, så rostfritt stål har dålig korrosionsbeständighet i miljöer med låg syre och dålig cirkulation. I havsvatten kommer klorider från saltet att attackera och förstöra den passiva filmen snabbare än den kan repareras i en miljö med låg syre.

Typer av rostfritt stål

De tre huvudtyperna av rostfritt stål är austenitiskt, ferritiskt och martensitiskt. Dessa tre typer av stål identifieras genom deras mikrostruktur eller dominerande kristallfas.

• austenitiskt: Austenitiska stål har austenit som sin primära fas (ansiktscentrerad kubisk kristall). Dessa är legeringar som innehåller krom och nickel (ibland mangan och kväve), strukturerade kring järnkompositionen Type 302, 18% krom och 8% nickel. Austenitiska stål är inte härdbara genom värmebehandling. Det mest kända rostfritt stål är förmodligen typ 304, ibland kallad T304 eller helt enkelt 304. Typ 304 kirurgiskt rostfritt stål är austenitiskt stål som innehåller 18-20% krom och 8-10% nickel.
• ferritiska: Ferritiska stål har ferrit (kroppscentrerad kubisk kristall) som huvudfas. Dessa stål innehåller järn och krom, baserat på kompositionen Type 430 av 17% krom. Ferritiskt stål är mindre duktilt än austenitiskt stål och är inte härdbart genom värmebehandling.
• martensitiska: Den karakteristiska ortorombiska martensitmikrostrukturen observerades först av den tyska mikroskopisten Adolf Martens omkring 1890. Martensitiska stål är lågkolstål byggda kring typ 410 av järnkomposition, 12% krom och 0,12% kol. De kan vara tempererade och härdade. Martensite ger stål stor hårdhet, men det minskar också segheten och gör det sprött, så få stål är helt härdade.

Det finns också andra kvaliteter av rostfritt stål, såsom nederbörd härdat, duplex och gjutet rostfritt stål. Rostfritt stål kan tillverkas i en mängd olika ytbehandlingar och strukturer och kan tonas över ett brett spektrum av färger.

passive

Det råder viss tvist om huruvida korrosionsbeständigheten hos rostfritt stål kan förbättras genom passiveringsprocessen. I huvudsak är passivering avlägsnande av fritt järn från stålets yta. Detta utförs genom att nedsänka stålet i en oxidant, såsom salpetersyra eller citronsyralösning. Eftersom det övre skiktet av järn avlägsnas minskar passivering ytfärgningen.

Medan passivering inte påverkar det passiva skiktets tjocklek eller effektivitet, är det användbart vid framställning av en ren yta för ytterligare behandling, såsom plätering eller målning. Å andra sidan, om oxidanten avlägsnas ofullständigt från stålet, som ibland händer i bitar med täta fogar eller hörn, kan det uppstå spaltkorrosion. Mest forskning tyder på att minskande ytpartikelkorrosion inte minskar känsligheten för gropkorrosion.