01
定義: なぜ「ステンレス」なのか
ステンレス鋼は、その名のとおり、「錆びにくく、腐食しにくい」という特性を核とした合金含有量の高い鋼の一種です。その表面は一般に銀色の金属光沢を維持します。追加の電気めっきや塗装作業を行わなくても、空気、湿気、蒸気、その他の弱腐食性媒体に対して長期間耐性があります。実際の用途では、弱い腐食に強い鋼種を「ステンレス鋼」と呼び、高温、アルカリ、塩などの化学媒体による腐食に強い鋼種を「耐酸鋼」と呼ぶことに慣れています。両者は組成が異なりますが、どちらも合金元素で構成される「耐腐食装甲」に依存しています。
02
主要な機能: ステンレス鋼の秘密
重要な元素である「クロム」に起因する最初のことは、ステンレス鋼の耐腐食性です。クロム含有量が 10.5% 以上の場合、鋼の表面に非常に薄くて緻密な酸化クロム不動態膜が形成され、外部の腐食媒体を隔離し、「自己保護」を実現します。これに基づいて、ニッケルやモリブデンなどの元素を添加すると、耐食性、強度、耐熱性をさらに向上させることができます。一般に、ステンレス鋼のクロム含有量は最大 26% に達し、ほとんどの腐食環境に安全に対応できます。
03
カテゴリー: 多家族制度
ステンレス鋼にはさまざまな特性を持つ多くの種類があります。一般的な分類方法は次のとおりです。
現在、最も一般的に使用されている分類方法は、鋼の構造特性に基づいて分類し、化学組成と特性に基づいて分類し、その 2 つを組み合わせることです。
04 ステンレス鋼の一般的な形状
ステンレス鋼は、コイル、プレート、プロファイル、鋼管および部品に分類できます。合計 5 つのカテゴリがあり、その中で最も重要なものはコイルとプレートです。
形材とは、アングル鋼、平鋼、Iビーム、溝形鋼など、さまざまな形状の板を組み合わせて作られた材料のことです。
鋼管の中でも溶接管ではなく、主に継目無鋼管（シームレス鋼管）を指します。両者の違いは、一度に形成されるかどうかです。
部品とは主にエルボやフランジなどの小物を指します。
コイル材とプレートは実際には同じであり、工場での形状が異なるだけです。コイル状のものはロール状、プレート状のものはシート状です。工場出荷時に両方のプレートである場合は、オリジナルプレートとも呼ばれます。通常は厚い板です。厚すぎるので丸められません。通常、厚みが16mmを超えると巻くことができません。
ステンレス鋼板は圧延機（圧延機とは板を圧延する機械のこと）の圧延工程に応じて熱間圧延と冷間圧延に分けられます。このうち、熱間圧延はNO.1、冷間圧延は2BまたはBAと表記されるのが一般的です。 BAは2Bに比べて表面状態が良く、鏡とほぼ同じで明るいです。一番良いのは鏡面ですが、鏡面は在庫が無いので全て加工が必要です。例えば304は板を購入する場合が多いので、ロールを機械で板状に平らにする必要があり、この機械は平坦化機です。
国産冷間圧延板の板厚は通常3mm未満、熱間圧延板の場合は3mm以上が一般的です。厚さ3mmの板は熱間圧延と冷間圧延の両方が行われます。輸入された冷間圧延板の厚さは 4 mm 未満、さらには 6 mm 未満の場合もあります。熱間圧延板のうち、3mm～12mmのものを中板、12mm以上のものを厚板といいます。厚板は120mmを超える場合もあります。これらは熱間圧延中厚板と呼ばれ、冷間圧延された薄板は冷間圧延板と呼ばれます。
05
共通ブランド
もちろん、もっと簡単な分類もあります。ステンレス鋼は大きく200系、300系、400系の3つに分類されます。中でも300シリーズが最もよく使われています。 200系や400系は、ある程度300系の代替として存在していると言えます。正確には400シリーズはステンレス鋼とは言いませんが、ニッケルが含まれていないためステンレス鋼と呼ばれています。そのため磁石で吸着することも可能ですが、200シリーズ、300シリーズはニッケルが含まれているため非磁性となり、鉄磁石では吸着できません。 304 は 300 シリーズの中で非常に一般的な品種であるため、ステンレス鋼全体の価格傾向は通常 304 の価格変動から推測できます。200 シリーズにはニッケルが少なく、400 シリーズにはニッケルが含まれておらず、300 シリーズには最も多くのニッケルが含まれているため、300 シリーズがニッケル価格の影響を最も受けます。 300シリーズは単純に304、304L、316、316L、321、309S、310Sなどに分類できます。区別は各種金属元素の含有量の違いに基づいています。ステンレスは含有量が異なれば特性も異なります。 304と304Lの違いはカーボン含有量の違いです。 Lが付いているものは炭素含有量が低い、つまりローカーボンを意味します。 316と316Lの違いも同様です。
06
ステンレス鋼の計算
ステンレス鋼板の理論重量の計算:
板重量＝比重×厚さ（mm）×幅（m）×長さ（m）
1mm=100山
ステンレス鋼仕様の計算:
ステンレス鋼管：（外径－肉厚）×肉厚×0.02491＝Kg/m
ステンレス板：厚み*(幅×長さ)×比重==Kg/平方センチメートル
ステンレス鋼板;厚み*(幅×長さ)×比重==Kg/平方センチメートル
割合：
ステンレス鋼が異なれば比重も異なります。
07
ステンレス表面技術
ステンレス鋼の一種で独特の強度を持ち、耐摩耗性が高く、耐食性に優れ、非常に錆びにくい性質を持っています。したがって、環境保護産業で広く使用され、化学産業でも広く使用され、機械および電気産業でも使用され、家電産業でも使用され、室内装飾でも使用され、仕上げ産業でも使用されます。この種のステンレス鋼の応用と開発の見通しは、ますます幅広い方向に進むでしょう。しかし、ステンレス鋼の発展はその表面処理技術の発展に大きく依存します。
表面処理グレード
表面処理方法
一般的に使用されるステンレス鋼の表面処理は次のとおりです。
09
ステンレス鋼の熱処理
01フェライト系ステンレス鋼の熱処理
通常の状況下では、フェライト系ステンレス鋼は安定した単一フェライト構造を示し、加熱および冷却操作中に相変化を受けません。したがって、機械的特性を調整するために熱処理を使用する方法はありません。その主な目的は、脆性を軽減し、粒界腐食に対する耐性を向上させることです。
02オーステナイト系ステンレス鋼の熱処理
オーステナイト系ステンレス鋼にCrやNiなどの合金元素を添加すると、Ms点が室温以下、つまり-30～+70℃の範囲に下がります。これにより、オーステナイト構造が安定した状態に保たれ、加熱中も冷却中も、室温を超えている限り相変態は発生しません。したがって、オーステナイト系ステンレス鋼の熱処理の主な目的は、機械的特性を変えることではなく、耐食性を向上させることです。
03マルテンサイト系ステンレス鋼の熱処理
マルテンサイト系ステンレス鋼は、フェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、二相ステンレス鋼と比較して、熱処理により非常に広い範囲で機械的性質を調整できることが最大の特徴です。このようにして、さまざまな使用条件の要件を満たすように調整できます。熱処理方法が異なれば、耐食性に対する影響要因も異なります。
04 フェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼の熱処理
二相ステンレス鋼は、ステンレス鋼ファミリーの若いメンバーです。開発されたのは比較的遅いですが、その特徴は広く認識され、注目を集めています。二相ステンレス鋼は、高Cr、低Ni、Mo、N添加、組織特性といった独自の成分特性を有しており、オーステナイト系ステンレス鋼よりも高強度であり、フェライト系ステンレス鋼よりも優れた塑性特性を有します。オーステナイト系ステンレス鋼と同等の耐食性を誇ります。 cl～中水および海水においては、どのステンレス鋼よりも優れた耐孔食性、どのステンレス鋼よりも優れた耐すきま腐食性、どのステンレス鋼よりも優れた耐応力腐食損傷性を有します。
05析出硬化型ステンレス鋼の熱処理
他のものと比較して、析出硬化型ステンレス鋼の開発は人間の実践の過程で大幅に遅れています。実験、要約、革新を経て初めて登場したステンレス鋼の一種です。これまで登場したステンレス鋼の中でも、比較的耐食性に優れているのがフェライト系ステンレス鋼とオーステナイト系ステンレス鋼です。しかし、熱処理によって機械的特性を調整する方法がないため、その役割は限られています。さらに、マルテンサイト系ステンレス鋼は、熱処理を使用して機械的特性を広範囲で調整できます。ただし耐食性は弱いです。
ステンレス鋼の構造と特性に対する合金元素の影響
01鉄の分極特性に対する合金元素の影響
合金元素の種類とその含有量は、ステンレス鋼の耐食性に直接影響します。合金元素の役割は主に鉄の分極特性の変化に現れ、電極電位もその影響を受けます。
Fe、Cr、Ni、Ti、およびその他の一般的に使用される金属が経験する陽極分極操作プロセスは、複製できない単一の分極形状を示します。アノードの経路から振り返ると、アノードの電位が上向きに上昇し始め、それに応じてアノード電流、つまり腐食速度も変化し、ほぼ同じ規則に従います。分極曲線の代表的なパターンを下の図に示します。アノード分極電位が高い方向に移動・発展するため、安定した状態では腐食電流は徐々に減少しません。代わりに、最初に増加し、次に最小値まで減少し、この時点で安定します。このような電流を維持した後、一定の電位上昇段階を経て、再び電流が増加します。このタイプの電極分極曲線は、活性化および不動態化遷移を伴うアノード分極曲線と呼ばれ、このタイプの曲線は、活性化ゾーン (A)、不動態化ゾーン (B)、および過剰不動態化ゾーン (T) の 3 つの領域に分割されます。
分極処理は金属の耐食性を向上させる上で非常に重要です。アノード分極またはカソード分極を強化する因子は金属の耐食性を向上させることができますが、アノード分極またはカソード分極を除去する因子は金属の耐食性を低下させます。異なる合金元素は、鉄の分極特性に異なる影響を与えます。不動態化ゾーンを拡大するこのような元素、つまり、Ecp および P 領域の電位を低下させ、Er 点電位を増加させる元素は、鋼の耐食性を向上させることができます。不動態化性能を高める元素、つまり Icp および I1 点の位置を左に移動させる元素は、腐食電流を減少させ、耐食性を向上させます。 Ｅｒ点電位を高めることができる元素は、孔食傾向を低減する特性を有しているという事情がある。これは、Ｅｒ点電位が低い状態で、オーバーパッシベーション電位付近で電位が変動すると、局所的に不動態皮膜の破壊が生じやすく、孔食が発生しやすいためである。鋼に一般的に使用される合金元素の中で、Cr 元素は純鉄の不動態化性能を極めて強力に向上させることができます。この改善により、Ecp、Ep、および Er ポイントの電位が増加し、Icp および I1 ポイントの位置も左に移動します。 Cr は鉄の耐食性を向上させるのに最も効果的な元素であることがわかります。さらに、合金元素 Ni、Si、Mo なども、不動態化ゾーンをさまざまな程度に拡大し、不動態化性能を向上させることができます。 Moは鉄の不動態化性能を向上させるだけでなく、Er点の電位値を増加させ、それによって鉄の耐孔食性能を向上させることができます。
02鉄の電極電位への影響
通常の状況下では、金属固溶体の電極電位は他の化合物の電極電位よりも常に低くなります。したがって、腐食プロセス全体を通じて、金属固溶体は常に陽極として機能し、腐食されます。鉄の電極電位を高くすると耐食性を向上させることができます。
研究によれば、鉄にCrを添加して固溶体を形成すると、下図に示すように鉄固溶体の電極電位が大幅に上昇することがわかっています。材料の電極電位を高めることができ、材料の耐食性を大幅に向上させることができます。
クロムは鉄の不動態化性能に良い影響を与え、またクロムは鉄の電極電位にも良い影響を与えます。このため、クロムはさまざまなステンレス鋼の主要な合金元素となっています。
03ステンレス鋼の耐食性に対する合金元素の影響
(1) クロム
クロムはステンレス鋼の耐食性を決定する主な元素です。クロムの含有量が原子比で８分の１、８分の２などになると、鉄の電極電位はジャンプ状に上昇し、それに伴って耐食性も向上します。クロムはα安定化元素です。酸化クロムは比較的緻密で、耐食性の保護膜を形成します。
(2) 炭素と窒素
炭素はオーステナイトを強く安定化させる性質があります。オーステナイトを安定化させる能力はNiの約30倍です。また、ステンレス鋼を強化するための主要な元素でもあります。同時に、炭素とクロムは一連の炭化物を形成する可能性があり、ステンレス鋼の耐食性に重大な影響を及ぼします。また、炭素はステンレス鋼の加工性や溶接性を劣化させたり、フェライト系ステンレス鋼を脆化させたりします。したがって、ステンレス鋼の製造・開発プロセスにおいては、炭素の適用と管理が重要な課題となります。
炭素とクロムの組み合わせがステンレス鋼の組織形成に及ぼす影響については、以下のような状況となっています。写真は炭素含有量を低く抑え、クロム含有量を多くするとフェライト組織が得られる様子を示しています。炭素含有量が高い状態、クロム含有量が低い状態では、マルテンサイト組織が得られる。クロムステンレス鋼の範囲では、クロム含有量が 17% 未満であれば、炭素含有量が増加し続けると、マルテンサイトマトリックスを有するステンレス鋼が得られます。炭素含有量が低く、クロム含有量が13%であれば、フェライト系ステンレス鋼が得られます。クロム含有量が１３％から２７％に増加すると、クロム含有量の増加によりフェライトの安定化能力が高まり、それに伴って鋼中の炭素含有量も０．０５％から０．２％に増加する。このとき、フェライトマトリックスはまだ維持されています。
(3) ニッケル
ニッケルはステンレス鋼の三大元素の一つです。ステンレス鋼の耐食性を向上させることができます。 γ相安定化元素でもあります。単相オーステナイトを得て、オーステナイトの形成を促進するステンレス鋼の主要元素です。これにより、Ms 点を効果的に低下させ、マルテンサイト変態を起こさずにオーステナイトを非常に低い温度、つまり -50°C 以下で維持できるようになります。
ニッケル含有量の増加により、オーステナイト鋼中の C および N の溶解度が低下し、それによって炭窒化物が脱溶して析出する傾向が増加します。ニッケル含有量が増加すると、粒界腐食を引き起こす臨界炭素含有量が減少します。これは、鋼の粒界腐食に対する感受性が増加することを意味します。ニッケルは、オーステナイト系ステンレス鋼の耐孔食性および隙間腐食性に対して顕著な影響を与えません。さらに、ニッケルはオーステナイト系ステンレス鋼の高温酸化耐性を向上させることができます。これは主に、ニッケルが酸化クロム膜の組成、構造、性能を改善するという事実に関係しています。ただし、ニッケルが存在すると鋼の高温硫化耐性が低下します。
(4)マンガン
まず、マンガンは比較的弱いオーステナイト形成元素であり、オーステナイト組織を安定化させる強い役割を果たします。第二に、マンガンはオーステナイト系ステンレス鋼のニッケルを部分的に置き換えます。 2% のマンガンは 1% のニッケルに相当します。第三に、マンガンは、酢酸、ギ酸、グリコール酸などの有機酸に対するクロムステンレス鋼の耐食性を向上させることができ、ニッケルよりも効果的です。最後に、鋼中のＣｒ含有量が１４％を超えると、Ｍｎ単独添加では単一オーステナイト組織を得ることができなくなる。ステンレス鋼中の Cr 含有量が 17% を超えると、比較的良好な耐食性が得られます。したがって、工業的に使用されているMn置換Niオーステナイト系ステンレス鋼は、主にFe-Cr-Mn-Ni-N系鋼である。このようなタイプも存在します。しかしながら、ニッケルを含まないFe-Cr-Mn-Nオーステナイト系ステンレス鋼の量は比較的少ない。
(5) 窒素
初期の頃、Cr-Mn-N および Cr-Mn-Ni-N オーステナイト系ステンレス鋼では、Ni 元素を節約するために窒素が主に使用されていました。近年、窒素は Cr-Ni オーステナイト系ステンレス鋼の重要な合金元素となっています。
オーステナイト系ステンレス鋼に窒素を添加すると、オーステナイト組織が安定し、強度と耐食性、特に耐粒界腐食、孔食、すきま腐食などの耐局部腐食性が向上します。通常の低炭素および極低炭素オーステナイト系ステンレス鋼と比較して、耐粒界腐食性が向上します。その理由は、窒素が鋭敏化処理中の炭化クロムの析出過程に影響を及ぼし、それによって粒界のクロム濃度が増加するためである。高純度のオーステナイト系ステンレス鋼には炭化クロムの析出停止はありませんか?このとき、窒素の役割には次の側面が含まれます。 1 つは、窒素が不動態皮膜の安定性を高め、それによって平均腐食速度を効果的に低減できることです。一方、窒素含有量が多い鋼では、窒化クロムが析出するものの、窒化クロムの析出速度が極めて遅いため、鋭敏化処理によって粒界クロム欠損が生じることはない。粒界腐食への影響は最小限です。さらに、窒素は粒界に偏析したリンを抑制する効果があり、粒界腐食に対する鋼の耐性を向上させることができます。
現在使用されている窒素含有オーステナイト系ステンレス鋼は、主に耐食性と高強度を兼ね備えています。窒素管理型、中窒素型、高窒素型の3種類に分けられます。極低炭素（C≦0.02%～0.03%）Cr-Niオーステナイト系ステンレス鋼に0.05%～0.10%Nを添加し、鋼の強度を高め、鋼の耐粒界腐食性と耐応力腐食性を最適化した窒素管理タイプです。 0.10%～0.50%Nを含む中窒素タイプを常圧で溶解・注入します。窒素含有量が0.40％以上の高窒素タイプです。通常、加圧下で製錬され、注入されます。主に固溶体状態または半冷間加工状態で使用されます。高い強度と耐食性を兼ね備えています。現在、窒素含有量が0.8～1.0％の高窒素オーステナイト鋼が実用化され、工業生産が開始されている。
(6) チタン、ニオブ、モリブデン、希土類元素
チタンは強力な炭化物形成元素であり、ニオブも強力な炭化物形成元素です。どちらもクロムに比べて優先的に炭素と炭化物を形成し、粒界腐食を防止し、耐食性を向上させることができます。チタンの添加も必要であるし、ニオブの添加も必要である。それらは鋼中の炭素と特定の比率を維持する必要があります。
モリブデンはステンレス鋼の不動態化能力を向上させ、熱硫酸、希塩酸、リン酸、有機酸などの不動態化媒体の範囲を拡大します。モリブデンを含む不動態膜は、多くの媒体に対して安定性が高く、溶けたり剥がれたりしにくいです。塩化物イオンによる不動態皮膜の損傷を防ぐことができるため、モリブデンを含むステンレス鋼は孔食に強い性質を持っています。
Ce、La、Yなどの希土類元素は、ステンレス鋼に添加するとマトリックス中に微量に溶解し、粒界を洗浄し、介在物を劣化させ、組織を均一にし、析出物の析出や粒界偏析を減少させ、鋼の耐食性と機械的性質を向上させます。
04ステンレス鋼の組織に対する合金元素の影響
ステンレス鋼のマトリックス構造の形成に対する合金元素の影響は 2 つのカテゴリーに分類できます。 1 つは、クロム、白金、シリコン、チタン、ニオブなどのフェライトの形成に関連する元素です。もう 1 つは炭素、窒素、ニッケル、マンガン、銅などのオーステナイト形成元素です。異なる機能を持つこれら 2 種類の元素が一緒に鋼に添加されると、ステンレス鋼の組織状態はそれらの複合効果によって決まります。より単純な処理操作を実行するために、フェライト形成元素の効果はクロム当量と呼ばれるクロムの効果に変換され、オーステナイト形成元素の効果はニッケル当量と呼ばれるニッケルに変換されます。実際の鋼の組成と得られる組織状態をクロム当量とニッケル当量から対応図を作成すると下図のようになります。
図によれば、鋼が存在する領域はオーステナイト系ステンレス鋼であるA相領域であることがわかります。 Cr28 ステンレス鋼が存在する領域はフェライト相領域であり、フェライト系ステンレス鋼です。ステンレス鋼がマルテンサイト相領域にある場合、それはマルテンサイトステンレス鋼です。単相のオーステナイト組織を得たい場合は、これら 2 種類の合金元素が一定のバランスに達する必要があります。そうでないと、鋼中に一定量のフェライト組織が現れ、その後多相組織になります。
ステンレスも錆びる可能性があります
ステンレス鋼の腐食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％であれば錆びにくい傾向にあります。クロムとニッケルの含有量が多いほど、耐食性能は向上します。 304 の材料要件と同様に、ニッケル含有量は 8 ～ 10%、クロム含有量は 18 ～ 20% に達する必要があります。この条件であれば、通常の状況ではステンレス鋼は錆びません。
2.製品の品質は安定しており、信頼できます。製造会社が使用する製錬技術は、ステンレス鋼の耐食性に影響を与えます。優れた製錬技術と、合金元素の管理、不純物の除去、鋼ビレットの冷却温度の制御などの高度な設備を備えた大規模なステンレス鋼工場は、製造する製品の品質を維持することができます。本質的な品質も良好で、錆びにくいです。逆に、小規模な製鉄所の中には、設備が旧式で工程が遅れているところもあります。製錬工程では不純物を除去することができず、製造された製品には必然的に錆が発生します。
3. 外部環境は比較的乾燥しており、風通しの良い環境が錆びにくいです。ただし、空気湿度が比較的高い場合、雨天が続いた場合、空気中のpHが高い環境では非常に錆びやすくなります。 304のステンレスの場合、ある程度周囲の環境が悪いと錆びてしまいます。
ステンレスの錆びの対処法は？
1. 酸洗いペーストまたはスプレーを使用した化学的方法を使用して、錆びた領域の不動態化プロセスを完了します。これにより、酸化クロムの薄膜が生成され、耐食性が回復します。酸洗い作業が完了した後、すべての汚染物質と酸残留物を除去するために、きれいな水を使用して適切に洗い流すことが非常に重要です。すべての加工が完了したら、再度研磨装置を使用して研磨作業を行い、研磨ワックスで封止します。局所的な軽い錆の場合は、ガソリンとエンジンオイルを 1:1 の割合で混ぜたものを使用し、錆の部分をきれいな布で拭き取ることもできます。
2. 機械的サンドブラストが使用され、ガラスまたはセラミック粒子を使用してショットブラスト、消滅、ブラッシング、研磨が行われます。以前に除去された材料、研磨材料、または不明瞭な材料を消去する機械的手段による汚染の可能性があります。さまざまな種類の汚染、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、表面を機械的に洗浄する場合は、乾燥した状態で定期的に洗浄することが最善です。機械的方法の使用は表面をきれいにすることしかできませんが、材料自体の耐食性を変えることはできません。したがって、機械洗浄後に研磨装置を使用して再度研磨し、研磨ワックスで封止することをお勧めします。
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