ステンレス鋼は生活のあらゆる場面で見られ、種類も多岐にわたるため、区別するのが難しいほどです。今回は、ステンレス鋼に関する知識のポイントを分かりやすく解説する記事をお届けします。
ステンレス鋼は、耐酸性鋼の略称です。空気、蒸気、水などの弱い腐食性媒体に対して耐性のある鋼はステンレス鋼として知られています。また、化学腐食性媒体（酸、アルカリ、塩、その他の化学浸透）による腐食に耐性のある鋼は、耐酸性鋼と呼ばれます。
ステンレス鋼とは、空気、蒸気、水などの弱腐食性媒体、および酸、アルカリ、塩などの化学腐食性媒体による腐食に強い鋼を指し、耐酸性ステンレス鋼とも呼ばれます。実際には、弱腐食性媒体に強い鋼をステンレス鋼、化学腐食性媒体に強い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腐食性媒体に強いとは限らず、後者は一般的に耐酸性があります。ステンレス鋼の耐食性は、鋼に含まれる合金元素に依存します。
一般的な分類
冶金組織によると
一般的に、冶金学的組織に基づいて、一般的なステンレス鋼は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種類に分類されます。これら3種類の基本的な冶金学的組織を基に、特定のニーズや目的に合わせて、二相ステンレス鋼、析出硬化型ステンレス鋼、鉄含有量50%未満の高合金鋼などが開発されます。
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のマトリックスは非磁性が支配的であるが、ステンレス鋼は主に冷間加工によって強化され（そしてある程度の磁性を付与される可能性がある）、米国鉄鋼協会は304などの200および300シリーズの数値ラベルで表す。
2. フェライト系ステンレス鋼
体心立方構造のフェライト組織（a相）を母材とし、磁性があり、一般的に熱処理による硬化はできませんが、冷間加工によりわずかに強化されたステンレス鋼となります。米国鉄鋼協会（AISI）規格430および446に該当します。
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）であり、磁性があり、熱処理によってステンレス鋼の機械的特性を調整できます。米国鉄鋼協会は410、420、440の図を示しています。マルテンサイトは高温ではオーステナイト組織であり、適切な速度で室温まで冷却するとマルテンサイトに変化します（つまり硬化します）。
4. オーステナイト系フェライト（二相）ステンレス鋼
マトリックスはオーステナイト相とフェライト相の二相組織からなり、一般的にフェライト相の含有量は15%以上で、磁性があり、冷間加工によって強化できるステンレス鋼である。329は代表的な二相ステンレス鋼である。オーステナイト系ステンレス鋼と比較して、二相ステンレス鋼は高強度で、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る。
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またはマルテンサイト組織であり、析出硬化処理によって硬化させ、硬化ステンレス鋼にすることができる。米国鉄鋼協会（AISI）の600シリーズのデジタルラベル、例えば630、つまり17-4PH。
一般的に、合金に加えて、オーステナイト系ステンレス鋼の耐食性は優れています。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ます。軽度の腐食環境で、材料に高い強度または高い硬度が求められる場合は、マルテンサイト系ステンレス鋼や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
厚みの違い
1. 製鉄所の圧延機械では、ロールが加熱されてわずかに変形するため、圧延後の板厚にばらつきが生じ、一般的に中央部が厚く、両端が薄くなります。板厚を測定する際は、規定に従って板の中央部を測定する必要があります。
2. 許容誤差の理由は市場と顧客の需要に基づいており、一般的に大きな許容誤差と小さな許容誤差に分けられます。
V. 製造、検査要件
1. パイププレート
① 100% 放射線検査または UT による接合管板突合せ継手、合格レベル: RT: Ⅱ UT: Ⅰ レベル;
②ステンレス鋼に加え、接合管板の応力除去熱処理。
③ 管板穴ブリッジ幅偏差：穴ブリッジ幅の計算式：B = (S - d) - D1 に従って計算します。
穴橋の最小幅: B = 1/2 (S - d) + C;
2. チューブボックスの熱処理：
炭素鋼、低合金鋼を溶接した分割式仕切り付きパイプボックス、および円筒形パイプボックスの内径の1/3を超える側面開口部を有するパイプボックスの場合、溶接による応力除去熱処理の適用においては、フランジおよび仕切りのシール面は熱処理後に処理する必要がある。
3. 圧力試験
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部の品質を確認するために
① シェルプログラム圧力を、配管プログラムと整合した水圧試験に合わせて試験圧力を上昇させ、配管継手からの漏れがないかを確認する。（ただし、水圧試験中のシェルの一次油膜応力が0.9ReLΦ以下であることを確認する必要がある。）
② 上記の方法が適切でない場合は、合格後に元の圧力に基づいてシェルを静水圧試験し、その後、シェルをアンモニア漏洩試験またはハロゲン漏洩試験にかけることができます。
錆びにくいステンレス鋼の種類は何ですか？
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、10.5%鋼のクロム含有量は錆びにくい。クロムとニッケルの含有量が高いほど耐食性が向上し、例えば304材のニッケル含有量は85～10%、クロム含有量は18～20%であり、このようなステンレス鋼は一般的に錆びない。
2. 製造業者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、設備が高度で、技術が進んだ大規模なステンレス鋼工場では、合金元素の制御、不純物の除去、ビレット冷却温度の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、本来の品質も良好で、錆びにくいです。逆に、設備が旧式で、技術が遅れている小規模な製鉄工場では、製錬工程で不純物を除去できず、製品は必然的に錆びてしまいます。
3. 外部環境。乾燥していて換気の良い環境では錆びにくいですが、湿度の高い環境、雨天が続く環境、または酸性やアルカリ性の空気を含む環境では錆びやすくなります。304ステンレス鋼も、周囲の環境が悪すぎると錆びます。
ステンレス鋼の錆びた箇所はどのように対処すればよいですか？
1.化学的方法
酸洗ペーストまたはスプレーを使用して、錆びた部分を再不動態化させ、酸化クロム皮膜の形成を促進して耐食性を回復させます。酸洗後、すべての汚染物質と酸残留物を除去するために、水で適切にすすぐことが非常に重要です。すべての処理と研磨装置による再研磨が完了したら、研磨ワックスで仕上げることができます。局所的な軽度の錆びには、ガソリンとオイルを1：1の割合で混合したものを清潔な布に含ませて拭き取ることもできます。
2. 機械的方法
サンドブラスト洗浄、ガラス粒子またはセラミック粒子ブラストによる洗浄、除去、ブラッシング、研磨。機械的方法には、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って引き起こされた汚染を取り除く可能性があります。あらゆる種類の汚染、特に異物である鉄粒子は、特に湿度の高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、機械的に洗浄された表面は、できれば乾燥状態で正式に洗浄する必要があります。機械的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、機械的洗浄後に研磨装置で表面を再研磨し、研磨ワックスで仕上げることをお勧めします。
計測機器に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用途が広く、深絞り成形部品、酸配管、容器、構造部品、各種計器本体などの製造に適しています。また、非磁性、低温機器や部品の製造にも使用できます。
2. 304L ステンレス鋼。304 ステンレス鋼では、特定の条件下で Cr23C6 析出による粒界腐食が深刻になるという問題を解決するために、超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。このステンレス鋼は、粒界腐食に対する感受性が 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を除けば、他の特性は 321 ステンレス鋼と同等で、主に耐腐食性機器や部品に使用され、溶体化処理による溶接はできません。また、各種計器本体の製造にも使用できます。
3.304Hステンレス鋼。304ステンレス鋼の内部分岐で、炭素質量分率は0.04%〜0.10%であり、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鋼をベースにモリブデンを添加することで、還元性媒体に対する耐性と孔食耐性を向上させた鋼材です。海水などの媒体における耐食性は304ステンレス鋼よりも優れており、主に孔食耐性材料として使用されます。
5.316Lステンレス鋼。超低炭素鋼で、鋭敏粒界腐食に対する耐性に優れており、耐食性材料として石油化学装置などの厚肉溶接部品や装置の製造に適しています。
6.316Hステンレス鋼。316ステンレス鋼の内部分岐で、炭素質量分率は0.04%～0.10%であり、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。孔食耐性およびクリープ耐性は316Lステンレス鋼よりも優れており、石油化学および有機酸腐食耐性機器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粒界腐食耐性を向上させ、高温での機械的特性も良好です。超低炭素オーステナイト系ステンレス鋼の代替として使用できます。高温や水素腐食耐性などの特殊な用途を除き、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で、ニオブを添加することで粒界腐食耐性を向上させ、321ステンレス鋼と同等の耐酸性、耐アルカリ性、耐塩性などの腐食性媒体に対する耐食性を持ち、溶接性にも優れているため、耐食性材料および耐熱鋼として、主に火力発電、石油化学分野において、容器、パイプライン、熱交換器、シャフト、工業炉の炉管、炉管温度計などの製造に使用されます。
10.904Lステンレス鋼。フィンランドのオットー・ケンプによって発明された超完全オーステナイト系ステンレス鋼で、ニッケル質量分率が24～26%、炭素質量分率が0.02%未満であり、優れた耐食性を有します。硫酸、酢酸、ギ酸、リン酸などの非酸化性酸に対して非常に優れた耐食性を持ち、同時に隙間腐食や応力腐食に対する耐性も良好です。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およびあらゆる温度の酢酸およびギ酸と酢酸の混合酸に対しても優れた耐食性を有します。元の規格ASMESB-625ではニッケル基合金に分類されていましたが、新しい規格ではステンレス鋼に分類されています。中国では近似グレードの015Cr19Ni26Mo5Cu2鋼しか入手できず、ヨーロッパの計測機器メーカー数社が主要材料として904Lステンレス鋼を使用している。例えば、E+H社の質量流量計の測定管には904Lステンレス鋼が使用されており、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る。
11.440Cステンレス鋼。マルテンサイト系ステンレス鋼、焼入れ可能なステンレス鋼、最高硬度HRC57のステンレス鋼。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、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・塩類に対する耐食性に優れ、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す。海洋プラットフォーム、タービンブレード、バルブのスプール、シート、スリーブ、ステムなどの製造に使用されます。
計測機器業界では、汎用性とコストの問題も考慮して、オーステナイト系ステンレス鋼の一般的な選択順序は304-304L-316-316L-317-321-347-904Lステンレス鋼となっています。このうち、317はあまり一般的ではなく、321は推奨されず、347は高温腐食に使用され、904Lは一部のメーカーの部品のデフォルト材料にすぎず、設計段階で904Lを積極的に選択することは一般的にありません。
計装設計の選定においては、通常、計装材料と配管材料は用途が異なります。特に高温条件下では、計装材料の選定には、プロセス機器や配管の設計温度と設計圧力を満たすよう細心の注意を払う必要があります。例えば、高温用クロムモリブデン鋼管を使用する一方で、計装にはステンレス鋼を選択する場合、問題が発生する可能性が非常に高いため、関連する材料の温度と圧力計について専門家に相談する必要があります。
計測機器の設計選定においては、さまざまなシステム、シリーズ、グレードのステンレス鋼に遭遇することが多いため、選定は、具体的なプロセス媒体、温度、圧力、応力がかかる部分、腐食、コストなどの観点から行うべきである。
投稿日時：2023年10月11日