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■ ステンレス鋼について

 特殊鋼の一つにSUS材、ステンレス鋼鋼材があります。ステンレス鋼とは、Crを13%以上含有し、炭素を0.1%以下に低減させた鋼種です。

 ステンレス鋼は錆びにくい鋼です。鋼中に含まれるCrにより、鋼の表面に強固な酸化膜を作り、この酸化膜がそれ以上の錆びの進行をとめます。酸化膜生成に必要なCrの最低濃度が1 2%のため、Cr濃度を13%以上入れるのが特徴です。ステンレス鋼は成分系で3種類に分類されます。13Crステンレス鋼、18Crステンレス鋼、18-8ステンレス鋼です。13CrとはCrを13%含有すること、18-8とはCrを18%およぴNiを8%含有することを意味します。Niを入れるとCr酸化膜がより強固に鋼表面に付着します。組織に着目すると、13Crステンレス鋼はマルテンサイト系、18Crステンレス鋼はフェライト系、18-8ステンレス鋼はオーステナイト系です。Niを8%添加すると、通常は鋼の高温域でしか存在しないオーステナイトが常温でも安定存在します。オーステナイトは単相なので、組織目体も錆びにくい性質があります。錆びない順番は、オーステナイト系、フェライト系、マルテンサイト系となります。強度からみると、マルテンサイト系が最も強く、ついでフェライト系、オーステナイト系の順番です。

 通常環境では錆びにくいステンレス鋼ですが、弱点は5つあります。粒界脆化・応力腐食割れ、σ相脆化、孔食および異種金属反応です。粒界脆化は、粒界に炭化物が析出しやすいことにより起こります。炭化物にCrが移動するために、粒界付近でCr濃度が12%以下になり、錆びを防ぐことができなくなります。対策としては、できるだけ炭素濃度を下げCr添加量を増やします。応力腐食割れは、表面に引張応力を加えるとそこから錆びることです。この傾向は、特に塩素ガスがあると顕著です。塩酸として作用し、表面の酸化膜を破ってしまうのです。硝酸などの酸化性の酸には強いステンレス鋼ですが、塩酸や硫酸などの還元性の酸には非常に弱い特徴があります。σ相脆化は、18CrなどのCr濃度が高いステンレスで発生します。700℃以上に加熱すると、σ相とよぶFeとCrの化合物が粒界に析出し、粒界腐食を起こします。孔食は、酸化膜の一部が破れて孔が開くことにより発生します。この孔に塩素イオンが侵入すると、そこだけ腐食されます。この腐食を孔食とよびます。異種金属反応は、ステンレス鋼に別の金属を接触させると局部電池が構成され、接触部で腐食が進行してしまうことです。これは、周囲に水分があると顕著です。これらのステンレス鋼の弱点をよく理解したうえで、部品や部材に使うことを検討します。塩化イオン存在環境で使用したり、むやみに繰り返し応力がはたらく場所で使ったり、あるいは、錆びさせないために部品の外側をステンレス鋼で作って中にバネなどの異種金属を接触させると、思わぬ事故のもととなります。
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