1913 m. Anglų metalurgas Harry Brearley, dirbdamas prie šautuvų statinės tobulinimo projekto, atsitiktinai sužinojo, kad chromo pridedama prie mažai anglies plienas suteikia atsparumą dėmėms. Be geležies, anglies ir chromo, šiuolaikiniame nerūdijančiame pliene gali būti ir kitų elementų, tokių kaip nikelis, niobis, molibdenas ir titanas.
Nikelis, molibdenas, niobis ir chromas padidina nerūdijančio plieno atsparumą korozijai. Tai, kad į plieną įpilama ne mažiau kaip 12% chromo, jis atsparus rūdijimui arba „nusidažo“ mažiau nei kitos rūšies plienas. Plieno chromas susijungia su atmosferoje esančiu deguonimi, sudarydamas ploną, nematomą chromo turinčio oksido sluoksnį, vadinamą pasyvia plėvele. Chromo atomų ir jų oksidų dydžiai yra panašūs, todėl jie tvarkingai įpakuojami kartu į metalo paviršių, sudarydami tik kelių atomų storio stabilų sluoksnį. Jei metalas supjaustomas ar subraižomas, o pasyvioji plėvelė sutrinka, greitai susidarys daugiau oksido ir atkuriamas paveiktas paviršius, apsaugant jį nuo oksidacinės korozijos.
Kita vertus, geležis greitai suyra, nes atominė geležis yra daug mažesnė už jos oksidą, todėl oksidas sudaro laisvą, o ne sandariai įpakuotą sluoksnį ir išsilydo. Pasyviajai plėvelei reikalingas deguonis, kad ji galėtų savaime pasitaisyti, todėl nerūdijantis plienas turi silpną atsparumą korozijai esant mažai deguonies ir prastai cirkuliuojančiai aplinkai. Jūros vandenyje druskos chloridai greičiau užpuls ir sunaikins pasyviąją plėvelę, nei ją galima atitaisyti mažai deguonies turinčioje aplinkoje.
Nerūdijančio plieno rūšys
Trys pagrindiniai nerūdijančio plieno tipai yra austenitinis, feritinis ir martensitinis. Šie trys plienų tipai identifikuojami pagal jų mikrostruktūrą arba vyraujančią kristalinę fazę.
- Austenitinis: Austenitinio plieno pirminė fazė yra austenitas (kubinis kristalas, nukreiptas į veidą). Tai yra lydiniai, turintys chromo ir nikelio (kartais mangano ir azoto), susisteminti pagal 302 tipo geležies, 18% chromo ir 8% nikelio kompoziciją. Austenitiniai plienai nėra sukietėjusios termiškai apdorojant. Labiausiai žinomas nerūdijantis plienas yra 304 tipas, kartais vadinamas T304 arba tiesiog 304. 304 tipo chirurginis nerūdijantis plienas yra austenitinis plienas, kuriame yra 18-20% chromo ir 8-10% nikelio.
- Feritinis:Feritinių plienų pagrindinė fazė yra feritas (į kūną nukreiptas kubinis kristalas). Šiuose plienuose yra geležies ir chromo, remiantis 430 tipo sudėtimi iš 17% chromo. Feritinis plienas yra mažiau elastingas nei austenitinis plienas ir nėra kietas termiškai apdorojant.
- Martensitic: Būdingą orthorombinę martensito mikrostruktūrą pirmą kartą pastebėjo vokiečių mikroskopistas Adolfas Martensas apie 1890 m. Martensitinis plienas yra mažai anglies išskiriantis plienas, pagamintas iš 410 tipo sudėties geležies, 12% chromo ir 0,12% anglies. Jie gali būti grūdinti ir sukietėję. Martensitas pasižymi dideliu plieno kietumu, tačiau taip pat sumažina jo kietumą ir daro trapų, todėl tik keli plienai yra visiškai sukietėję.
Taip pat yra kitų rūšių nerūdijančio plieno, pavyzdžiui, grūdinto kritulių, dvipusio ir lietinio nerūdijančiojo plieno. Nerūdijantis plienas gali būti pagamintas iš įvairių apdailos medžiagų ir faktūrų bei gali būti tonuotas plačiu spalvų spektru.
Pasyvacija
Kyla tam tikrų ginčų dėl to, ar nerūdijančio plieno atsparumą korozijai galima pagerinti pasyvavimo būdu. Iš esmės pasyvavimas yra laisvos geležies pašalinimas iš plieno paviršiaus. Tai atliekama panardinant plieną į oksidantą, pavyzdžiui, azoto rūgštį ar citriną rūgšties sprendimas. Kadangi pašalinamas viršutinis geležies sluoksnis, pasyvacija sumažina paviršiaus spalvą.
Nors pasyvavimas neturi įtakos pasyvaus sluoksnio storiui ar efektyvumui, jis yra naudingas gaminant švarų paviršių tolimesniam apdorojimui, pavyzdžiui, dengimui ar dažymui. Kita vertus, jei oksidantas nevisiškai pašalinamas iš plieno, kaip kartais atsitinka gabalėliais su sandariais sujungimais ar kampais, gali atsirasti įtrūkimai. Dauguma tyrimų rodo, kad mažėjanti paviršiaus dalelių korozija nesumažina jautrumo korozijai.