Was macht Edelstahl „rostfrei“?

Warum rostet Edelstahl nicht?

Edelstahl ist eines der am häufigsten verwendeten Werkstoffe der Welt, es ist das robuste Arbeitstier der Ingenieur-, Energie- und Medizinbranche und bildet das Rückgrat der Besteckindustrie. Fast jeder weiß, was Edelstahl ist und was Edelstahl am besten macht (der Hinweis ist im Namen), aber nur wenige wissen, warum dieses Mehrzweckmetall so korrosionsbeständig ist. Die Antwort ist, dass das Element hinter der bemerkenswerten Umweltbeständigkeit des Edelstahls auch das Element ist, das sein charakteristisches glänzendes Aussehen verleiht: Chrom.

Die Ursprünge von Edelstahl

Obwohl viele englische, französische, deutsche und polnische Erfinder seit den frühen 1800er Jahren einen Anspruch auf die Entdeckung von rostfreiem Stahl haben, wird allgemein davon ausgegangen, dass Edelstahl von Sheffield Stahlhersteller Harry Brearley im Jahr 1912 offiziell „entdeckt“ wurde, während sie korrosionsbeständig erforschen. Legierungen zur Verwendung bei der Herstellung von Pistolenfässern. Brearley stellte fest, dass die Reduktion von Kohlenstoff und die Zugabe von Chrom die chemische Beständigkeit seiner Legierung signifikant erhöht, und stellte fest, dass vor allem Chrom das Geheimnis der außergewöhnlichen Widerstandsfähigkeit seiner Legierung gegen Wasser und Haushaltssäuren war. Obwohl moderne rostfreie Stähle viele zusätzliche Elemente wie Mangan und Silizium hinzugefügt werden, gilt das Kriterium von Brearley heute noch, und eine Legierung muss mindestens 10,5% Chrom haben, um als „rostfreier Stahl“ einzustufen.

Metallurgie

Das Vorhandensein von Chrom im rostfreien Stahl verändert seine Eigenschaften erheblich und gewährt so dringend benötigte Oxidationsbeständigkeit gegenüber Stahl, einem Metall, das in erster Linie mit Eisen legiert ist - ein Element mit berüchtigter schrecklicher Rostbeständigkeit. Chrom bewirkt, dass Edelstahl anders mit Sauerstoff reagiert und eine dünne Schicht unreaktives Chromoxid auf der Metalloberfläche bildet, anstatt eine dicke Rostschicht, die auf unbestimmte Zeit in das Metall eindringt. Natürlich gibt es auch unzählige verschiedene Sorten von rostfreiem Stahl, jede mit unterschiedlichen chemischen Zusammensetzungen und Additiven, die bestimmte Eigenschaften verbessern sollen. Edelstahlstähle mit noch größerer Rost- und Chemikalienbeständigkeit sind erhältlich - ein Beispiel ist der Edelstahl A4 oder 316, der den Zusatz Molybdän enthält. Molybdän erhöht eine Eigenschaft, die als Gitterstamm bekannt ist, und strafft die kristalline Struktur der Metalloberfläche auf molekularer Ebene, was die Menge an Energie erhöht, die benötigt wird, um die Chromoxidschicht zu durchdringen.

Wie „Stainless“ ist Edelstahl?

Ein beliebtes Missverständnis ist, dass alle Edelstahlsorten vollständig gegen Rost immun sind. Die Wahrheit ist, dass rostfreie Stähle in Wirklichkeit rostbeständig sind — einige mehr als andere. In bestimmten Umgebungen und unter bestimmten Bedingungen werden selbst die widerstandsfähigsten Edelstahlsorten der Oxidation und Korrosion zum Opfer fallen, obwohl dies viele Jahre dauern kann. Trotzdem bieten Bauteile wie Edelstahlschrauben im Vergleich zu Standard-Stahlbauteilen noch eine bemerkenswerte Verbesserung der Umweltbeständigkeit.

Rostfreie Stähle können ihre chemische Beständigkeit auf verschiedene Arten verlieren. Eine davon ist ein vollständiges Untertauchen in Wasser, das verhindert, dass Sauerstoff mit der Metalloberfläche reagiert und eine Chromoxidschicht bei Kratzern oder Beschädigung verhindert. Nicht spezialisierte Edelstahlsorten können auch bei sehr hohen Temperaturen (bis 400°C) beschädigt werden, bei denen sich Chromatome mit Kohlenstoff verbinden, was zu Chrommangeln in der Metalloberfläche führt. Eines der häufigsten Prüfverfahren für die chemische Beständigkeit und Qualität von rostfreien Stählen ist ein Salzsprühtest. Dieses Verfahren setzt das Material einer hochkonzentrierten Chloridumgebung aus, die eine lange Nutzungsdauer simulieren soll. Bei einem Salzsprühtest korrodieren rostfreie Stähle, aber der Zweck des Tests besteht in der Regel nicht darin zu bestimmen, ob das Material überlebt, sondern wie schnell und mit welcher Schwere die Korrosion auftritt.