Roestvast staal: wat chroom werkelijk doet

Over roestvast staal praat je makkelijk alsof het één stof met één eigenschap is. In werkelijkheid is het een verzamelnaam, en die eigenschap is betrekkelijk.

Technisch gezien bestaat zoiets als roestvast staal niet. Alle staal roest als je het niet goed behandelt; sommige soorten weerstaan corrosie beter dan andere. De Engelse term stainless — „staal zonder vlekken” — is nauwkeuriger, en „roestvast” kun je het beste opvatten als „bestand tegen vlekken”.

Waar de grens loopt

De definitie van roestvast staal is verrassend vaag. Het minimale chroomgehalte wordt opgegeven als 10,5, 11 of 12 procent — afhankelijk van wat je leest. Meestal rekent men staalsoorten met ten hoogste 1,2% koolstof en ten minste 11% chroom tot de roestvaste soorten; messen met 11% chroom en meer zijn inderdaad goed bestand tegen roest.

Het probleem is dat die definities geschreven zijn voor koolstofarm roestvast staal. In de wereld van gereedschaps- en messenstaal is de invloed van de overige elementen te groot om alleen naar chroom te kijken.

Chroom in oplossing en chroom in carbide

Chroom werkt zo: het vormt op het staaloppervlak een oxidelaag die roestvorming voorkomt. Maar dat kan alleen chroom dat in het staal is opgelost. Chroom dat met koolstof tot een carbide is gebonden, vormt geen oxide aan het oppervlak — het is al bezet.

Vandaar het bekendste voorbeeld: staal D2 met ongeveer 12% chroom is niet roestvast. Er zit zoveel koolstof in dat er veel chroomcarbiden ontstaan, en dan blijft er geen chroom over voor het oppervlak.

Het werkt ook andersom. S110V met 15,25% chroom doet qua corrosiebestendigheid niet onder voor M390 met 20% — omdat het om de totale samenstelling gaat en niet om één cijfer. De meeste messenstalen houden 10–13,5% chroom in oplossing; bij M390 is dat met haar twintig procent slechts ongeveer dertien, de rest zit gebonden in carbiden.

CPM-3V laat dezelfde logica van de andere kant zien: er zit maar 7,5% chroom in, formeel is het roestend staal, maar vrijwel al het chroom zit in oplossing, en qua corrosiebestendigheid doet het beter dan D2 — dat overigens juist bekendstaat om zijn goede corrosiebestendigheid. Typisch roestend staal bevat 4–5,5% chroom, dus 7,5% is al grensgebied.

Wat roestvastheid kost

De eis om veel chroom toe te voegen is net zo’n ontwerpbeperking als elke andere. Wie één eis aanneemt, offert elders eigenschappen op.

Wat je opoffert, zijn de carbiden. Bij veel chroom wordt het steeds moeilijker om de carbiden in het staal vanadiumcarbiden te laten zijn. In plaats daarvan ontstaan chroomcarbiden, en die zijn slechter in alles wat voor een mes van belang is.

• Ze zijn zachter dan vanadiumcarbide — dus wear resistance en edge retention zijn lager.
• In poederstalen zijn ze grover — dus de toughness is lager en de snede brokkelt eerder uit.
• Omdat ze zachter zijn, heb je er voor dezelfde edge retention meer van nodig — en daalt de toughness nog een keer.

Plus de simpele rekensom: hoe meer chroom, hoe minder vanadiumcarbide er bij dezelfde hoeveelheid vanadium ontstaat, en hoe meer chroomcarbide.

Hoe men daartegen vecht

De eerste manier is het chroom verlagen en de samenstelling zo uitbalanceren dat al het resterende chroom in oplossing gaat. Dat was precies het uitgangspunt toen men in 1995 S90V maakte met 14% chroom in plaats van de eerdere staalsoorten met 16–20%. Diezelfde basis van 14% lag later ten grondslag aan S30V, S35VN en S125V.

De tweede is molybdeen. Dat verhoogt de corrosiebestendigheid bij een gegeven chroomgehalte, en daarom bevatten S30V, S35VN, S125V, S110V en S45VN 2% molybdeen of meer. S35VN en S90V zitten allebei op 14% chroom, maar S35VN heeft een merkbaar betere corrosiebestendigheid — juist dankzij het molybdeen.

De derde manier komt helemaal zonder powder metallurgy uit: de totale hoeveelheid carbide zeer laag houden, zodat de chroomcarbiden fijn blijven en de toughness hoog. Zo zitten AEB-L, 12C27 en 14C28N in elkaar. Metallurgen hebben het koolstof- en chroomgehalte zorgvuldig uitgebalanceerd om zowel hoge hardness als corrosiebestendigheid te krijgen zonder een woekering aan chroomcarbide. De microstructuur wordt heel fijn, de toughness is uitstekend, en wear resistance en edge retention zijn lager dan bij poedervormige roestvaste soorten.

Een aardig detail: de edge retention van AEB-L en 14C28N is toch beter dan die van de laaggelegeerde 52100 en 1095, omdat chroomcarbiden harder zijn dan ijzercarbide. In dit specifieke paar heeft het roestvaste staal dus een betere balans van eigenschappen dan het „koolstofstaal”. De discussie over wat in het algemeen beter is, blijkt opnieuw zinloos: de vraag is altijd welke soorten precies je vergelijkt en op welke eigenschap.

Aan zulke carbidearme roestvaste soorten kun je wat vanadium of niobium toevoegen en zo een hogere wear resistance krijgen bij een klein verlies aan toughness. Het dichtstbijzijnde beschikbare voorbeeld is Niolox, maar de carbidegrootte daarvan is relatief groot en de toughness is niet geworden wat men wilde; het grofst zijn daar juist de chroomcarbiden. Niobium is bovendien een sterkere carbidevormer dan vanadium en kan zelfs bij veel chroom eigen carbiden vormen, dus de richting deugt.

Waarom dit de koper aangaat

Roestvast staal wordt in messen om een prozaïsche reden verkozen: het vraagt minder onderhoud om roest te voorkomen. En het gaat niet alleen om het uiterlijk — een snede verliest zijn scherpte door corrosie, niet alleen door snijden. Grote bedrijven die messen in serie maken, kiezen ook roestvast staal omdat de gemiddelde consument dat nu eenmaal verwacht.

Een keukenmes van koolstofstaal en het bijbehorende onderhoud passen niet bij iedereen, dus roestvast kiezen is geen slechte keuze. Er bestaan tegenwoordig roestvaste staalsoorten die harder en slijtvaster zijn dan sommige koolstofstalen. De kans op roest blijft daarbij altijd bestaan.

En tot slot: de aanwezigheid van chroom maakt een mes op zichzelf nog niet snijdend. De 420-serie heeft minder dan 0,3–0,5% koolstof en is voor de keuken gewoon te zacht, hoewel ze roest uitstekend weerstaat. X50CrMoV15 met haar 0,5% koolstof is zeer roestbestendig en meer niet. Chroom gaat over vlekken. Over het snijden gaat al het overige.