Was macht Edelstahl rostfrei?

1913 entdeckte der englische Metallurge Harry Brearley, der an einem Projekt zur Verbesserung der Gewehrläufe arbeitete, versehentlich die Zugabe von Chrom zu kohlenstoffarmem Material Stahl gibt es schmutzabweisend. Moderner Edelstahl kann neben Eisen, Kohlenstoff und Chrom auch andere Elemente wie Nickel, Niob, Molybdän und Titan enthalten.

Nickel, Molybdän, Niob und Chrom verbessern die Korrosionsbeständigkeit von Edelstahl. Es ist die Zugabe von mindestens 12% Chrom zum Stahl, die ihn rostbeständig macht oder "weniger" färbt als andere Stahlsorten. Das Chrom im Stahl verbindet sich mit Sauerstoff in der Atmosphäre und bildet eine dünne, unsichtbare Schicht aus chromhaltigem Oxid, die als passiver Film bezeichnet wird. Die Größen der Chromatome und ihrer Oxide sind ähnlich, so dass sie sich sauber auf der Oberfläche des Metalls zusammenballen und eine stabile Schicht bilden, die nur wenige Atome dick ist. Wenn das Metall geschnitten oder zerkratzt wird und der passive Film zerstört wird, bildet sich schnell mehr Oxid und gewinnt die freiliegende Oberfläche zurück, wodurch sie geschützt wird

Eisen hingegen rostet schnell, weil atomares Eisen viel kleiner als sein Oxid ist, so dass das Oxid eher eine lockere als eine dicht gepackte Schicht bildet und abblättert. Der passive Film benötigt Sauerstoff zur Selbstreparatur, daher haben rostfreie Stähle eine schlechte Korrosionsbeständigkeit in Umgebungen mit niedrigem Sauerstoffgehalt und schlechter Zirkulation. In Meerwasser greifen Chloride aus dem Salz den passiven Film schneller an und zerstören ihn, als er in einer sauerstoffarmen Umgebung repariert werden kann.

Die drei Haupttypen von rostfreien Stählen sind austenitisch, ferritisch und martensitisch. Diese drei Stahltypen werden durch ihre Mikrostruktur oder vorherrschende Kristallphase identifiziert.

• Austenitisch: Austenitische Stähle haben Austenit als Primärphase (flächenzentrierter kubischer Kristall). Dies sind Legierungen, die Chrom und Nickel (manchmal Mangan und Stickstoff) enthalten und um die Typ 302-Zusammensetzung von Eisen, 18% Chrom und 8% Nickel herum strukturiert sind. Austenitische Stähle sind durch Wärmebehandlung nicht härtbar. Der bekannteste Edelstahl ist wahrscheinlich Typ 304, manchmal auch T304 oder einfach 304 genannt. Chirurgischer Edelstahl Typ 304 ist austenitischer Stahl, der 18 bis 20% Chrom und 8 bis 10% Nickel enthält.
• Ferritisch:Ferritische Stähle haben Ferrit (kubisch-raumzentrierte Kristalle) als Hauptphase. Diese Stähle enthalten Eisen und Chrom, basierend auf der Typ 430-Zusammensetzung von 17% Chrom. Ferritischer Stahl ist weniger duktil als austenitischer Stahl und durch Wärmebehandlung nicht härtbar.
• Martensitisch: Die charakteristische orthorhombische Martensit-Mikrostruktur wurde erstmals um 1890 vom deutschen Mikroskopiker Adolf Martens beobachtet. Martensitische Stähle sind kohlenstoffarme Stähle, die auf der Typ 410-Zusammensetzung von Eisen, 12% Chrom und 0,12% Kohlenstoff basieren. Sie können angelassen und gehärtet sein. Martensit verleiht Stahl eine große Härte, verringert aber auch seine Zähigkeit und macht ihn spröde, so dass nur wenige Stähle vollständig ausgehärtet sind.

Es gibt auch andere Arten von rostfreien Stählen, wie z. B. ausscheidungsgehärtete, Duplex- und gegossene rostfreie Stähle. Edelstahl kann in verschiedenen Ausführungen und Texturen hergestellt und über ein breites Farbspektrum getönt werden.

Es ist umstritten, ob die Korrosionsbeständigkeit von Edelstahl durch den Passivierungsprozess verbessert werden kann. Passivierung ist im Wesentlichen die Entfernung von freiem Eisen von der Oberfläche des Stahls. Dies erfolgt durch Eintauchen des Stahls in ein Oxidationsmittel wie Salpetersäure oder Zitronensäure Acid Lösung. Da die oberste Eisenschicht entfernt wird, verringert die Passivierung die Verfärbung der Oberfläche.

Während die Passivierung die Dicke oder Wirksamkeit der passiven Schicht nicht beeinflusst, ist sie nützlich, um eine saubere Oberfläche für die weitere Behandlung wie Plattieren oder Streichen zu erzeugen. Wenn andererseits das Oxidationsmittel unvollständig aus dem Stahl entfernt wird, wie dies manchmal bei Stücken mit engen Verbindungen oder Ecken der Fall ist, kann es zu Spaltkorrosion kommen. Die meisten Untersuchungen zeigen, dass eine Verringerung der Oberflächenpartikelkorrosion die Anfälligkeit für Lochfraß nicht verringert.