Rustfritt stål

Rustfritt stål er en jernlegering som har god motstandskraft mot korrosjon (rust) og andre kjemiske angrep.

Generelt

Motstandskraften mot korrosjon som rustfritt stål har, kommer av at stålet legeres med krom. Når krominnholdet overstiger 10,5 % dannes det en tynn hinne på stålet, som passivt beskytter det underliggende stålet mot videre oksidering. Yttersjiktet, som består av kromoksid, er bare noen nanometer tykt og usynlig for det blotte øye. Hvis stålet skades ytterligere, gjenoppbygges yttersjiktet svært raskt, forutsatt at det finnes oksygen tilgjengelig i omgivelsene. Den kjemiske motstandskraften i rustfritt stål øker med stigende krominnhold, men den øker også med minskende kullinnhold, så man prøver å holde kullinnholdet i rustfritt stål under 0,25 %.
Rustfritt stål ble oppfunnet av Harry Brearley i 1912. Under eksperimenter med ulike legeringer til kanonrør, oppdaget han at jern-kromlegeringer ikke rustet.
En vanlig misforståelse om rustfritt stål er at det overhodet ikke ruster. Faktum er at alt stål kan ruste under de rette betingelsene, men rustfritt stål har en betydelig høyere motstandskraft mot rustangrep og annen korrosjon enn annet stål. Grunnen til dette er at kromet danner en kromoksidfilm (Cr₂O₃) på overflaten og beskytter det underliggende stålet mot oksidering. Filmen er delvis selvreparerende slik at den kan gjendannes der stålet skades.

Andre typer rustfritt stål

Det finnes minst et tusentall ulike typer rustfritt stål som fremstilles kommersielt, alle med sine unike egenskaper og anvendelsesområder, men det går an å dele disse i mindre grupper av rustfrie ståltyper, alt etter bruksområde og struktur.

1. Rustfritt stål

Vanlig rustfritt stål inneholder minst 11 vekt% krom og brukes til stålemner som skal brukes i miljøer med moderate kjemiske påkjennelser, ofte i ferskvann eller materialer som ofte bløtlegges, for eksempel bestikk, barberblader og kniver. Rustfritt stål som inneholder mellom 13–18 % krom og ingen nikkel kalles også kromstål.

2. Syrefast stål

Syrefast eller syrebestandig stål inneholder foruten jern, karbon og krom også en del nikkel og/eller mangan samt mindre kvantiteter av andre metaller som molybden, niob og titan. Dette er dyrt stål.
Syrefast stål brukes i miljøer med større kjemiske påkjenninger, f.eks. i kasseroller, bestikk, rørdeler, rustfrie skruer og muttere, detaljer som kommer i kontakt med enkelte syrer samt deler til båter. Til knivblad bruker man imidlertid å unngå stål med nikkel, da det gjør kniven vanskeligere å slipe og beholde en skarp egg på. I stedet bruker man forskjellige typer kromstål til dette. Stållegeringer som inneholder både krom og nikkel, kalles også for kromnikkelstål.

Martensittisk rustfritt stål

Martensittisk rustfritt stål har en martensittisk struktur. Det har et krominnhold på 12–18 %, og et karboninnhold på 0,1–0,3 %. Stålet er magnetisk og herdbart. Til denne gruppen tilhører visse typer kromstål.
Martensittisk rustfritt stål er ganske hardt og brukes f.eks. i verktøy som kniver og sakser. Stålet egner seg dårlig til sveising og brukes derfor ikke som konstruksjonsmateriale.

Ferrittisk rustfritt stål

Ferittisk rustfritt stål har et krominnhold på 12–30 %, og et karboninnhold under 0,1 %. Det har en ferrittisk struktur. Det er magnetisk, men kan ikke herdes. Visse typer av kromstål og varmebestandig stål tilhører denne kategorien. Stålet egner seg dårlig til sveising og brukes ikke som konstruksjonsstål.

Austenittisk rustfritt stål

Austenittisk rustfritt stål utgjør den største gruppen av rustfrie stål. Det har en austenittisk struktur, noe som medfører at det ikke er magnetisk og ikke kan herdes.
Det består av krom (12–30 %) og nikkel (7–30 %) samt andre metaller, ofte molybden (2–3 %). Karboninnholdet er svært lavt, som regel under 0,05 %.
Rustfritt stål av denne typen er enklere å arbeide med enn andre stålkvaliteter. Det er lett formbart, og det lave karboninnholdet gjør at det er lettere å sveise enn andre typer av rustfritt stål. De austenittiske rustfrie ståltypene har derfor et stort bruksområde som konstruksjonsstål og i rør. Syrefast stål tilhører denne kategorien av rustfritt stål.
En svært vanlig legering i denne kategorien er 18/8-stål (eller 18/10-stål) som er legert med 18 % krom og 8 % (10 %) nikkel. Rustfrie husholdningsartikler som gryter, kasseroller m.m. er ofte laget av 18/8-stål. Bestikk laget av 18/8-stål har en tendens til å sverte visse typer porselen. Visse vaskemidler for oppvaskmaskin gjør at den passiviserende hinnen som naturlig dannes på alle rustfrie ståltyper, blir temmelig mørk i en gråblå nyanse. Dette betyr ikke at tingene ikke er rene, snarere at belegget som beskytter stålet har blitt tykkere og sterkere. Man bør altså ikke prøve å pusse bort den mørke fargen på bestikket.

Ferritt-austenittisk (duplex) rustfritt stål

Ferritt-austenittisk rustfritt stål, også kalt duplex-stål, inneholder krom (opptil 29 %), nikkel (5–8 %), molybden (1–4 %), karbon (under 0,03 %) samt nitrogen (0,4 %). Det har god korrosjonsbestandighet og høy mekanisk holdbarhet, og passer i miljøer med høyt innhold av klorider, for eksempel i konstruksjoner ved kysten og offshore.
Dette stålet er et sterkere materiale enn de austenittiske ståltypene, og kan også sveises og formes, så det egner seg bra til konstruksjoner.

Martensitt-austenittisk rustfritt stål

Martensitt-austenittisk rustfritt stål består av krom (13–16 %), nikkel (5–6 %), molybden (1–2 %) og karbon (0,04–0,08 %). Det er magnetisk og kan herdes og sveises. Det brukes bl.a. i turbiner og propeller.

Korrosjon

Også rustfritt stål rammes av korrosjon avhengig av dets miljø. De kan rammes av groptæring i nærvær av oksidasjonsmiddel som saltvann. Groptæring innebærer at passivfilmen brister i et punkt hvormed punktet blir anode og det omgivende stålet katode. Det innebærer at oksidasjonen skjer i punktet, dvs metallet angripes i et punkt som hules ut slik at det dannes en grop. Korrosjonen gjøres mulig dels gjennom kompleksdannelsen mellom metallioner og Cl –, dels gjennom at hydrolysen er sur, noe som senker pH i gropen.
Dog kan nevnes at austenitisk rustfritt stål kan motstå miljøer med saltvann på grunn av en tilsetning av nok molybden.En vanlig sammensetning av rustfritt stål for å motstå saltvann er, foruten jern, 18 % krom, 10 % nikkel og 3 % molybden.