ステンレスは生活のあらゆる場所で見かけますが、その種類は実に様々で、区別するのは困難です。今日は、ステンレスに関する知識のポイントを明確にする記事をご紹介します。
ステンレス鋼はステンレス耐酸鋼の略称で、空気、蒸気、水などの弱い腐食媒体に対して耐食性があり、あるいはステンレス鋼とも呼ばれます。また、化学的腐食媒体（酸、アルカリ、塩、その他の化学物質の含浸）に対しても耐性がある鋼を耐酸鋼といいます。
ステンレス鋼は、空気、蒸気、水などの弱い腐食媒体、および酸、アルカリ、塩などの化学腐食媒体に対する耐腐食性を持つ鋼を指し、ステンレス耐酸性鋼とも呼ばれます。実際には、弱い腐食媒体に対する耐腐食性鋼をステンレス鋼、化学媒体に対する耐腐食性鋼を耐酸性鋼と呼ぶことがよくあります。両者の化学組成の違いにより、前者は必ずしも化学媒体に対する耐腐食性を持つとは限りませんが、後者は一般的にステンレスです。ステンレス鋼の耐腐食性は、鋼に含まれる合金元素に依存します。
共通分類
冶金学協会によると
一般的に、一般的なステンレス鋼は、冶金学的構成に基づき、オーステナイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼の3つのカテゴリーに分類されます。これらの3つのカテゴリーの基本的な冶金学的構成に基づいて、二相鋼、析出硬化型ステンレス鋼、および鉄含有量が50%未満の高合金鋼が、特定のニーズと目的に合わせて開発されています。
1. オーステナイト系ステンレス鋼
オーステナイト組織（CY相）の面心立方結晶構造を持つ母相は非磁性が主体で、主に冷間加工によって強化され（ある程度の磁性を帯びる場合もある）、ステンレス鋼の強度を高めます。アメリカ鉄鋼協会（AIS）は、200番台および300番台の番号ラベル（例えば304）を付与しています。
2. フェライト系ステンレス鋼
体心立方結晶構造のフェライト組織（α相）を母相とする磁性鋼は、通常、熱処理による硬化は認められませんが、冷間加工により若干の強度向上が期待できます。アメリカ鉄鋼協会（AIS）の430および446のラベルが使用されています。
3. マルテンサイト系ステンレス鋼
マトリックスはマルテンサイト組織（体心立方または立方晶系）で、磁性を有し、熱処理によってステンレス鋼の機械的特性を調整することができます。アメリカ鉄鋼協会（AIS）の410、420、および440の番号は、それぞれマークされています。マルテンサイトは高温ではオーステナイト組織ですが、適切な速度で室温まで冷却するとマルテンサイト（すなわち硬化）に変態します。
4. オーステナイト系およびフェライト系（二相）ステンレス鋼
マトリックスはオーステナイトとフェライトの二相組織を有し、そのうち低相マトリックスの含有量は通常15%以上で、磁性を有し、冷間加工によって強化できるステンレス鋼です。329は典型的な二相ステンレス鋼です。オーステナイト系ステンレス鋼と比較して、二相鋼は高強度で、粒界腐食、塩化物応力腐食、孔食に対する耐性が大幅に向上しています。
5. 析出硬化型ステンレス鋼
マトリックスはオーステナイト系またはマルテンサイト系であり、析出硬化処理によって硬化させることで硬化ステンレス鋼となります。アメリカ鉄鋼協会（AIS）は600シリーズのデジタルラベル（例えば630、つまり17-4PH）を制定しています。
一般的に、合金のほか、オーステナイト系ステンレス鋼の耐食性が優れており、腐食性の低い環境ではフェライト系ステンレス鋼を使用でき、腐食性が中程度の環境では、材料に高強度または高硬度が必要な場合は、マルテンサイト系ステンレス鋼と析出硬化型ステンレス鋼を使用できます。
特徴と用途
表面処理
厚さの区別
1. 製鉄所の機械設備では、圧延工程においてロールが加熱され、わずかに変形するため、圧延後の板厚に偏差が生じます。一般的に、板の両端の中央部は厚くなり、両端の中央部は薄くなります。板厚の測定は、規定により、板の先端中央部で測定する必要があります。
2. 許容差の理由は市場と顧客の需要に基づいており、一般的には大きい許容差と小さい許容差に分けられます。
V. 製造、検査要件
1. パイププレート
① 接合管板突合せ継手は100％放射線検査またはUTに合格し、合格レベル：RT：Ⅱ級 UT：Ⅰ級。
②ステンレス鋼に加えて、接合管板の応力緩和熱処理。
③管板の穴ブリッジ幅偏差：穴ブリッジ幅の計算式に従って：B = (S - d) - D1
ホールブリッジの最小幅：B = 1/2 (S - d) + C;
2.チューブボックスの熱処理：
炭素鋼、低合金鋼で溶接された分割範囲仕切りのパイプボックス、およびパイプボックスの側面開口部が円筒パイプボックスの内径の1/3を超えるパイプボックスは、応力緩和熱処理のために溶接を適用する場合、フランジと仕切りのシール面は熱処理後に処理する必要があります。
3. 圧力テスト
シェルプロセス設計圧力がチューブプロセス圧力よりも低い場合、熱交換器チューブとチューブプレートの接続の品質を確認するために
① シェルプログラム圧力を上昇させ、パイププログラムと一致するように水圧試験を実施し、パイプ継手からの漏れの有無を確認します。（ただし、水圧試験中のシェルの一次膜応力が≤0.9ReLΦであることを確認する必要があります）
② 上記の方法が適切でない場合は、シェルは合格後の元の圧力に応じて静水圧テストを実施し、その後シェルのアンモニア漏れテストまたはハロゲン漏れテストを実施することができます。
錆びにくいステンレスとはどのようなものですか？
ステンレス鋼の錆びに影響を与える主な要因は 3 つあります。
1. 合金元素の含有量。一般的に、クロム含有量が10.5%の鋼は錆びにくいです。クロムとニッケルの含有量が多いほど耐食性は向上します。例えば、304材のニッケル含有量が85～10%、クロム含有量が18～20%の場合、このようなステンレス鋼は一般的に錆びません。
2. メーカーの製錬工程もステンレス鋼の耐食性に影響を与えます。製錬技術が優れ、設備も先進的であり、大型ステンレス鋼工場では合金元素の管理、不純物の除去、ビレット冷却温度制御が保証されているため、製品の品質は安定しており、信頼性が高く、本質的な品質が良好で、錆びにくいという利点があります。一方、一部の小型製鋼工場では設備が遅れ、技術も遅れているため、製錬工程で不純物を除去できず、製品に錆が発生してしまう可能性があります。
3. 外部環境。乾燥して風通しの良い環境は錆びにくいですが、湿度の高い空気、雨天が続く環境、あるいは酸性やアルカリ性を含む空気環境は錆びやすいです。304材質のステンレス鋼も、周囲の環境が悪すぎると錆びてしまいます。
ステンレスの錆びの対処法は？
1.化学的方法
酸洗ペーストまたはスプレーを使用して、錆びた部品の再不動態化を促進し、クロム酸化物皮膜の形成を促進し、耐食性を回復させます。酸洗後は、汚染物質や酸の残留物をすべて除去するために、水で十分にすすぐことが非常に重要です。研磨機で再研磨した後、研磨ワックスで仕上げます。部分的な軽度の錆には、ガソリンとオイルを1:1で混ぜたものを清潔な布で拭き取ることもできます。
2. 機械的な方法
サンドブラスト洗浄、ガラスまたはセラミック粒子を用いたブラスト洗浄、除去、ブラッシング、研磨。機械的な方法は、以前に除去された材料、研磨材、または除去された材料による汚染を拭き取る可能性があります。あらゆる種類の汚染、特に異物の鉄粒子は、特に湿気の多い環境では腐食の原因となる可能性があります。したがって、機械洗浄された表面は、乾いた状態で正式に洗浄することが望ましいです。機械的な方法の使用は表面を洗浄するだけで、材料自体の耐食性は変化しません。したがって、機械洗浄後は、研磨装置で表面を再度研磨し、研磨ワックスで仕上げることをお勧めします。
計測機器で一般的に使用されるステンレス鋼のグレードと特性
1.304ステンレス鋼。オーステナイト系ステンレス鋼の中でも最も用途が広く、深絞り成形部品や酸性配管、容器、構造部品、各種機器本体などの製造に適しています。また、非磁性、低温機器・部品の製造にも使用できます。
2. 304Lステンレス鋼。304ステンレス鋼は、特定の条件下でCr23C6析出物が発生し、深刻な粒界腐食が発生する傾向があるため、この問題を解決するために極低炭素オーステナイト系ステンレス鋼が開発されました。その鋭敏化状態における粒界腐食に対する耐性は、304ステンレス鋼よりも大幅に優れています。強度がわずかに低いことに加え、321ステンレス鋼と同様の特性を持つため、主に耐腐食性の高い機器や部品に使用され、溶接溶体化処理は不可能です。各種計装機器本体の製造に使用できます。
3.304Hステンレス鋼。304ステンレス鋼の内部分岐、炭素質量分率は0.04％〜0.10％で、高温性能は304ステンレス鋼よりも優れています。
4.316ステンレス鋼。10Cr18Ni12鋼はモリブデンを添加した鋼種で、還元性媒体に対する耐性と耐孔食性に優れています。海水などの媒体に対する耐食性は304ステンレス鋼よりも優れており、主に耐孔食材料として使用されます。
5.316Lステンレス鋼。極低炭素鋼で、優れた耐粒界腐食性を有し、石油化学装置などの厚肉溶接部品や装置の製造に適した耐腐食性材料です。
6.316Hステンレス鋼。316ステンレス鋼の内部分岐、炭素質量分率0.04％〜0.10％、高温性能は316ステンレス鋼よりも優れています。
7.317ステンレス鋼。316Lステンレス鋼よりも耐孔食性と耐クリープ性に優れており、石油化学製品や有機酸耐食装置の製造に使用されます。
8.321ステンレス鋼。チタン安定化オーステナイト系ステンレス鋼は、チタンを添加することで耐粒界腐食性を向上させ、優れた高温機械的特性を有しています。極低炭素オーステナイト系ステンレス鋼に置き換えることができます。ただし、高温または水素腐食耐性などの特殊な状況を除き、一般的な状況では推奨されません。
9.347ステンレス鋼。ニオブ安定化オーステナイト系ステンレス鋼は、ニオブを添加することで耐粒界腐食性を向上させ、321ステンレス鋼と同様に酸、アルカリ、塩分などの腐食性媒体に対する耐腐食性、優れた溶接性を有し、耐食性材料および耐熱鋼として主に火力発電、石油化学分野、例えば容器、パイプライン、熱交換器、シャフト、工業炉の炉管、炉管温度計などに使用されます。
10.904Lステンレス鋼。超完全オーステナイト系ステンレス鋼は、フィンランドのオットー・ケンプ氏が発明した超オーステナイト系ステンレス鋼で、ニッケル含有量が24％～26％、炭素含有量が0.02％未満で、耐食性に優れています。硫酸、酢酸、ギ酸、リン酸などの非酸化性酸において、非常に優れた耐食性を示すとともに、優れた耐隙間腐食性と耐応力腐食性を備えています。70℃以下の様々な濃度の硫酸に適しており、常圧下では、あらゆる濃度、あらゆる温度の酢酸およびギ酸と酢酸の混酸に対して優れた耐食性を示します。元の規格ASMESB-625ではニッケル基合金に適用され、新しい規格ではステンレス鋼に適用されます。中国では近似等級の015Cr19Ni26Mo5Cu2鋼のみが使用され、欧州のいくつかの計器メーカーは主要材料に904Lステンレス鋼を使用しています。例えば、E+Hの質量流量計の測定チューブには904Lステンレス鋼が使用され、ロレックスの時計ケースにも904Lステンレス鋼が使用されています。
11.440Cステンレス鋼。マルテンサイト系ステンレス鋼、焼入れ性ステンレス鋼、最高硬度のステンレス鋼（硬度HRC57）。主にノズル、ベアリング、バルブ、バルブスプール、バルブシート、スリーブ、バルブステムなどの製造に使用されます。
12.17-4PHステンレス鋼。マルテンサイト析出硬化型ステンレス鋼で、硬度HRC44。高強度、高硬度、高耐食性を有しますが、300℃を超える温度では使用できません。大気中および希酸・希塩類に対する優れた耐食性を有し、その耐食性は304ステンレス鋼や430ステンレス鋼と同等であり、海洋プラットフォーム、タービンブレード、スプール、シート、スリーブ、バルブステムなどの製造に使用されています。
計装業界では、汎用性とコストの問題を合わせて、従来のオーステナイト系ステンレス鋼の選択順序は、304-304L-316-316L-317-321-347-904Lステンレス鋼です。そのうち、317はあまり使用されず、321は推奨されません。347は高温腐食に使用され、904Lは個々のメーカーの一部の部品のデフォルトの材料にすぎず、設計では一般的に904Lを選択することはありません。
計装設計の選択では、通常、計装材料と配管材料が異なる場合があります。特に高温条件下では、プロセス機器またはパイプラインの設計温度と設計圧力を満たす計装材料の選択に特別な注意を払う必要があります。たとえば、高温クロムモリブデン鋼パイプラインの場合、計装にステンレス鋼を選択すると、問題が発生する可能性が高く、関連する材料の温度と圧力ゲージに相談する必要があります。
機器の設計選択では、さまざまなシステム、シリーズ、ステンレス鋼のグレードに遭遇することが多く、特定のプロセス媒体、温度、圧力、応力を受ける部品、腐食、コストなどの観点から選択する必要があります。
投稿日時: 2023年10月11日