Når et «vanlig» stål blir utsatt for fukt, ruster det ved at det på overflaten dannes et belegg av jernhydroksid. Dette belegget er meget porøst, og derfor kan oksygenioner lett trenge igjennom det og lage mer rust innover i stålet. Fordi rustdannelse medfører en volumekspansjon, har rusten også en tendens til å danne flak som faller av.

I rustfritt stål reagerer krom med oksygen og fukt fra luften og danner en såkalt passivfilm på overflaten. Dette kan også skje i vann gjennom en reaksjon med oppløst oksygen i vannet. Filmen er en kjemisk forbindelse mellom hovedsakelig krom og oksygen, blant annet omtalt som hydratisert Cr₂O₃ fordi den inneholder hydrogen. Den er bare noen få nanometer tykk, men er meget tett og beskytter mot korrosjon. Hvis filmen skades, kan den reparere seg selv.

Klorioner trenger imidlertid lett igjennom filmen. Derfor vil rustfritt stål korrodere i omgivelser med klorioner, for eksempel i saltvann. Tilsetting av noen prosent molybden hjelper mot dette fordi molybden gjør at passivfilmen lettere blir dannet og gjør den mer bestandig. Hvis stålet i tillegg til molybden tilsettes minst åtte vektprosent nikkel, fås syrefast stål.

De mest sentrale legeringselementene i rustfrie stål er krom, nikkel og til dels karbon, og det er mengdeforholdet mellom hovedsakelig disse elementene som gir de forskjellige typene rustfritt stål. Klassifisert etter sin mikrostruktur inndeles stålene i ferrittiske, martensittiske, austenittiske, ferrittisk-austenittiske (dupleks) og utherdbare rustfrie stål.

Generelt sett er det austenitt- og dupleksstålene som har høyest korrosjonsmotstand, og martensitt-, dupleks- og de utherdbare stålene som har høyest styrke. Stål med en ren austenittstruktur er umagnetiske mens rustfrie stål som inneholder ferritt eller martensitt er mer eller mindre magnetiske.

Hvorfor legeringsinnholdet er opphav til forskjellige typer rustfritt stål er forklart nedenfor.

Framstillingen av rustfrie stål regnes som en av de store metallurgiske oppdagelsene på 1900-tallet. Oppdagelsen blir tilegnet den selvlærte engelske metallurgen Harry Brearley (1871–1948) som arbeidet for hæren med å framstille et metall som var motstandsdyktig mot erosjon i geværløp.

Da Brearley i 1913 legerte jern med 12,8 prosent krom, kom han fram til et martensittisk stål som viste seg å være korrosjons- og rustbestandig. Hele arbeidet pågikk i årene 1912–1915. I 1920 ble han tildelt «The Bessemer Gold Medal» for arbeidet som førte fram til en legering med 0,3 prosent karbon og 8–18 prosent krom. Han kalte det nye stålet for «rustless steel».

Det er imidlertid godt dokumentert at andre forskere hadde framstilt liknende legeringer og stål tidligere. Den første var trolig franskmannen Pierre Berthier (1782–1861) som i 1821 oppdaget korrosjonsmotstanden til jernkromlegeringer i noen syrer. Og i årene 1904–1912 ble det framstilt flere legeringer som i dag ville blitt klassifisert som ferrittisk, martensittisk eller austenittisk rustfritt stål. Men Brearley var den første som innså den store kommersielle betydningen til den nye ståltypen og som virkelig gjorde den kjent, og etter hvert begynte stålverkene å produsere rustfrie stål.

• stål
• ferritt
• austenitt
• martensitt
• deltaferritt
• syrefast stål
• korrosjon