ステンレス鋼304 (304L) vs 316(316L)：専門家の比較

I.ステンレス鋼とはどのような鋼ですか？

ステンレス鋼は、その卓越した耐食性とユニークな組成を特徴とする汎用性の高い合金です。鉄を主成分とし、最低10.5%のクロムと通常1.2%以下の炭素を含んでいます。クロムは表面に不動態酸化層を形成し、更なる酸化から保護することにより、鋼の特徴である「ステンレス」品質を提供します。

ステンレス鋼の組成は、様々な合金元素の添加によっ てさらに強化され、それぞれが特定の特性に寄与し ている：

• ニッケル延性、成形性、耐食性を向上させる。
• マンガン：強度と耐摩耗性を高める
• シリコン高温での耐酸化性を高める
• モリブデン：耐孔食性と耐隙間腐食性を高める。
• チタン：ミクロ組織を安定させ、溶接性を向上させる。
• 窒素：強度と耐孔食性を高める。

鋼鉄と鉄は関連はあるが、別個の素材である。鉄は鉄と炭素の合金で、主成分は鉄である。ステンレス鋼は特殊な鋼で、従来の炭素鋼に比べて耐食性に優れています。

304"、"304L"、"316"、"316L "という用語は、オーステナイト系ステンレ ス鋼の特定の鋼種を指し、それぞれ異なる用途に適し ている：

• 304：耐食性に優れた汎用グレード
• 304L：304の低炭素バージョン、改善された溶接性を提供する
• 316:モリブデンを含有し、特に塩化物環境での耐食性を強化。
• 316L: 316の低炭素タイプで、優れた溶接性と耐粒界腐食性を持つ。

これらの鋼種を理解することは、環境条 件、機械的特性、加工方法などの要素を考慮 し、特定の製造要件に最も適したステンレ ス鋼を選択する上で極めて重要である。

スチール：

炭素含有量が通常2%以下の鉄を主成分とし、他の合金元素を加えた万能合金。この組成により、純鉄に比べて強度、成形性、耐久性に優れた材料となる。

-GB/T 13304-91 鋼材分類; ASTM A941

鉄だ：

原子番号26、記号Feの基本金属元素。鉄鋼や鋳鉄合金の基礎となる。

鉄は強い強磁性、優れた塑性、高い熱伝導性を示す。異なる温度で様々な結晶構造（同素体）を形成する能力は、鋼の多様な特性に寄与している。

ステンレススチール：

最低10.5%のクロムを含む耐食鋼合金で、酸素に触れると酸化クロム保護層を形成する。この不動態層は、空気、蒸気、水、および他の穏やかな腐食性媒体に対する耐性を提供します。

最も広く使用されている鋼種は、300シリーズ のオーステナイト系ステンレス鋼である：

• 304：汎用グレード（18% Cr, 8% Ni）
• 304L: 溶接性を向上させた低炭素タイプ
• 316:モリブデン添加による耐食性の向上
• 316L：優れた溶接特性を持つ316の低炭素バージョン

これらの鋼種は、耐食性、成形性、機械的性質の優れた組み合わせを提供し、様々な産業における幅広い用途に適しています。

II.なぜステンレス鋼には等級があるのか？

ステンレス鋼の製造では、さまざまな合金が添加され、その特性に違いが生じる。それらを区別するために、異なる スチールナンバー.以下の合金元素の表は、様々な合金元素の共通参照である。 スチールナンバー 装飾ステンレススチール製。

化学組成（質量分率、%）

1.304 ステンレス鋼

パフォーマンス イントロダクション

304ステンレス鋼は、広く使用され、一般的である。 鋼種 耐食性、耐熱性、低温強度、機械的性質に優れている。熱処理による硬化がなく、非磁性を保つため、スタンピングや曲げ加工に最適です。196℃から800℃までの温度で使用できる。

適用範囲

304ステンレス鋼は、一般的にクラスIおよびIIの食器、食器棚、屋内配管、給湯器、ボイラー、バスタブなどの家庭用品に使用されています。また、ワイパーやマフラーなどの自動車部品、医療機器、建材、化学工業、食品工業、農業、船舶部品などにも使用されている。

2.304L ステンレス鋼 - (Lは低炭素)

パフォーマンス イントロダクション

低炭素鋼として、304Lは一般状態では304と同様の耐食性を有する。しかし、溶接または応力除去後、それは粒界腐食に対して優れた耐性を持っています。それはまた、196℃〜800℃の温度範囲で熱処理せずに良好な耐食性を維持することができます。

適用範囲

304Lは、粒界腐食に対する高い耐性を必要とする化学、石炭、石油産業の屋外機器や、熱処理が困難な建材や部品の耐熱部品に一般的に使用されています。

3.316 ステンレス鋼

パフォーマンス イントロダクション

モリブデンの添加により、316ステンレス鋼は耐食性、耐大気腐食性、高温強度に優れ、過酷な条件下での使用に適している。加工硬化特性も優れている（非磁性）。

適用範囲

舶用機器、化学、染料、製紙、シュウ酸、肥料などの生産設備、カメラ、食品工業、沿岸地域施設、ロープ、CDロッド、ボルト、ナット。

4.316L ステンレス鋼 - (00Cr17Ni14Mo2)

パフォーマンス イントロダクション

316ステンレスの低炭素シリーズとして、316と同じ特性を持つが、耐粒界腐食性に優れている。

適用範囲

耐粒界腐食性が特に要求される製品。

Mo(2-3%)を豊富に含み、卓越した耐孔食性、耐食性、優れた高温クリープ強度を示す。

その特徴と実践的応用：

化学組成: (単位: wt%)

機械的特性：

III.パフォーマンス比較

1.化学組成

モリブデンの存在により、316および316Lステンレ ス鋼は優れた耐食性と高温強度を示す。310および304ステン レス鋼に比べ優れた性能を持つ316ステンレス鋼 は、15%～85%の高温および硫酸濃 度を含む過酷な条件下で広く使用されている。

さらに、塩化物による腐食に強いため、海洋環境での使用にも適している。最大炭素含有量は0.03である、 316Lステンレス鋼 は、溶接後の焼鈍が不要で、最大限の耐食性を必要とする用途に最適です。

ケミカル 316Lステンレス鋼の組成

グレード：00Cr17Ni14Mo2

ケミカル 304ステンレス鋼の組成

グレード：0Cr18Ni9

2.耐食性

1.316Lの耐食性

316Lステンレス鋼はモリブデン含有タイプ。その耐食性は304ステンレスを上回り、パルプや紙の製造において堅牢な耐食性を発揮します。さらに、316ステンレス鋼は、海洋や腐食性の工業用雰囲気にも耐性があります。

耐熱性の面では、316Lステンレス鋼は、1600度以下の断続使用および1700度以下の連続使用において良好な耐酸化性を示す。

800～1575度の範囲では、316Lステンレス鋼の連続使用は避けた方が良いが、この温度範囲外で連続使用した場合、この鋼は顕著な耐熱性を示す。

316Lステンレス鋼の炭化物析出に対する耐性は、前述の温度範囲での使用に適した316ステンレス鋼よりも優れている。

316鋼の低炭素バージョンとして、316Lは316鋼と同じ特性を保持するだけでなく、耐粒界腐食性も向上しています。

このため316Lは、粒界腐食に対する特別な耐性を必要とする316鋼の範囲内の用途に特に適している。

2.304の耐食性

304ステンレス鋼は耐食性に優れ、粒界腐食にも強い。

酸化性酸の場合、304ステンレス鋼は沸騰温度以下の濃度≦65%の硝酸溶液中で強い耐食性を示すことが実験で示されている。

また、アルカリ溶液やほとんどの有機酸、無機酸に対して良好な耐食性を示す。

空気中や化学腐食性の媒体中での腐食に耐えることができる高合金鋼であるステンレス鋼は、魅力的な表面と優れた耐食性を持っています。

メッキのような表面処理を必要とせず、ステンレス鋼本来の表面特性を生かすことができる。一般にステンレス鋼と呼ばれるこの汎用性の高い鋼種は、多くの用途に使用されている。

ステンレス鋼の防錆メカニズムは次のとおりである。 合金元素 は緻密な酸化皮膜を形成し、酸素との接触を遮断し、それ以上の酸化を防ぐ。しかし、ステンレス鋼は絶対的な意味での「ステンレス」ではない。

304材に錆が発生する原因はいくつか考えられる：

(1) 環境中の塩化物イオンの存在。

塩化物イオンは、例えば食塩、汗、海水、潮風、土壌などに広く存在する。ステンレス鋼は塩化物イオンが存在する環境では腐食が早く、一般的な低炭素鋼よりも早い場合もあります。

したがって、ステンレス鋼が使用される環境を考慮する必要があり、ほこりを除去し、清潔さと乾燥性を維持するための定期的な洗浄が必要である。

(2)溶液処理の欠如。

合金元素がマトリックスに溶け込まないと、ベース構造の合金含有量が低くなり、耐食性が低下する。

(3)チタンやニオブを含まないこの種の材料は、もともと粒界腐食の傾向がある。

チタンとニオブの添加は、安定化処理とともに粒界腐食を抑制することができる。

パルプや紙の製造において、316ステンレ ス鋼は304ステンレス鋼に比べて耐食性に優れ ている。また、海洋や刺激性の強い工業用雰囲気にも耐性があります。

一般に、304ステンレス鋼と316ステンレス鋼の耐薬品性にはほとんど差がないが、特定の媒体では差がある。

304ステンレス鋼は、最初に開発されたステンレス鋼であるため、特定の条件下では孔食（PC）の影響を受けやすい。

2-3%モリブデンの添加は、この感度を低下させ、316の生成につながる。さらに、余分なモリブデンはまた、特定の高温有機酸の腐食を減少させる。

316ステンレス鋼は、食品・飲料業界の業界標準材料となっているが、モリブデンの世界的な不足と316の高いニッケル含有量のため、304ステンレス鋼よりも高価である。

孔食は主に、酸素不足のためにクロム酸化物の保護層が形成されず、ステンレス鋼の表面に腐食が析出することで発生する。

ほとんどの種類の水性媒体（蒸留水、飲料水、河川水、ボイラー水、海水など）では、304ステンレス鋼と316ステンレス鋼の耐食性はほぼ同じですが、媒体中の塩化物イオン含有量が非常に高い場合は、316ステンレス鋼の方が適しています。

ほとんどの場合、304ステンレス鋼と316ステンレス鋼の耐食性性能に大きな差はないが、場合によっては大きな差が生じることもあり、それぞれのケースについて具体的な分析が必要である。

バルブのユーザーは、媒体に基づいて容器やパイプの材質を選択することになるため、その要件を明確に理解しておく必要がある。ユーザーに材料を勧めることは推奨されない。

こちらも参照のこと：

• 304 vs 316 ステンレス鋼：その違いは何ですか？

3.耐熱性

316ステンレス鋼は、1600℃以下で断続的に、1700℃以下で連続的に使用する場合、良好な耐酸化性を有する。

316ステンレスを800～1575℃の温度範囲内で連続使用するのは避けた方が良いが、この範囲外で連続使用する場合は耐熱性に優れている。

316Lステンレス鋼 は316ステンレス鋼よりも炭化物の析出に対する耐性が高く、より高い温度範囲で使用できる。

4. H食事療法

316ステンレス鋼は1850-2050の温度範囲でアニールする必要がある。^oCに加熱した後、アニールして急冷する。

5.溶接性

316ステンレス鋼は良好な溶接特性を有し、すべての標準的な溶接を使用することができます。 溶接方法.用途に応じて、316Cb、316L、309Cbステンレ ス鋼のフィラー・ロッドまたは電極を溶接に 使用できる。

最適な耐食性のために、溶接後 アニール は、316ステンレ ス鋼の溶接断面に必要である。しかし、溶接後の アニール 316Lステンレスを使用する場合は不要である。

1. 溶接性 316Lの

316Lステンレス鋼は超低炭素純オーステナイト系ステンレス鋼で、溶接性が良く粒界腐食に強い。

しかし、ステンレ ス鋼は熱伝導率が低く線膨張率が高いため、冷却中 に溶接継手に大きな引張応力が発生する。

これは、高い入熱と遅い冷却速度と相まって、熱亀裂、腐食亀裂、変形を引き起こす可能性がある。

316Lステンレス鋼は、あらゆる標準的方法で 溶接できる。用途に応じて、316Cb、316L、309Cbステンレ ス鋼フィラー・ロッドまたは電極を溶接に使 用できる。

一般的に使用されている溶接法のうち、MIGと TIG溶接 は熱入力が小さい。

アルゴン・ガスの流れは、高温の金属を保護するだけでなく、冷却効果もあり、溶接部の耐割れ性を高め、溶接変形を減少させる。

316Lステンレス鋼の場合、溶接後の焼鈍処理 は必要ない(オーステナイト系ステンレス鋼 は一般に、溶接後に応力除去焼鈍を行なわない)。主な理由は以下の通り：

1) オーステナイト系ステンレス鋼は塑性と靭性に優れているため、溶接後の応力除去焼鈍によって特性を回復させる必要がない。

2) 450~850℃の温度範囲は、オーステナイト系ステンレス鋼の鋭敏化温度である。

この範囲での長期加熱は耐食性を劣化させる。溶接部にフェライト相が含まれる場合、475℃脆 性およびシグマ相脆性につながる可能性もあ る。

溶接後の応力除去焼鈍処理は、この温度範囲に入る（固溶化処理と安定化処理を除く）。

特殊なケースでは、溶接後の応力除去焼鈍処理が必要である：

1) 機器部品の形状を安定させるためには、次のようなものを排除する必要がある。 溶接残留応力.

2) 機器が応力腐食しやすい環境で使用される場合、引張腐食を除去する必要がある。 残留応力.

2.304ステンレス鋼の溶接性

18%Cr-8%Ni鋼または304ステン レス鋼に代表されるオーステナイト系ステンレ ス鋼は、一般に溶接前の熱処理や溶接後の熱 処理を必要としない。良好な溶接性能を示す。

しかし、ニッケルやモリブデンの含有量が高 い高合金ステンレス鋼は、溶接中に割れる傾向が ある。

その他、σ相脆化（Fe-Cr金属間化合物）、フェライトによる低温脆性、耐食性低下、応力腐食割れなどの問題がある。

溶接後、接合部は一般的に良好な機械的特性を示すが、熱影響部の粒界にクロムの炭化物があると、粒界腐食が発生しやすいクロム欠乏層となる。

こうした問題を避けるには、低炭素（C≦0.03%）またはチタンやニオブを添加したグレードを使用する。

溶接金属の高温割れを防止するためには、オーステナ イト中のδフェライトを制御することが有効であると 一般的に考えられており、室温で少なくとも5% δフェライトを維持することが推奨されている。

耐食性を主目的とする鋼は、低炭素で安定化した鋼種を選び、適切な溶接後熱処理を施す。

主に構造強度に使用される鋼の場合、析出炭化物による変形や脆化、δ相の発生を防ぐため、溶接後の熱処理は避けるべきである。

6.機械的性質

あらゆる種類の鋼において、 オーステナイト は、降伏強度が最も低い。従って、機械的特性の観点から、オーステナイトはバルブステムに使用する材料としては最も適していません。

特定の強度を確保するためには、ステムの直径を大きくしなければならないからだ。そのため 降伏強度 熱処理によって増加させることはできないが、冷間成形によって増加させることはできる。

316Lと304ステンレス鋼の機械的性質の比較

1.316Lと304の主な化学的相違点は、316Lがモリブデン(Mo)を含むことである。

オーステナイト系ステンレス鋼にモリブデンを添加すると、熱強度とクリープ強度が向上し、耐孔食性と耐粒界腐食性が向上する。

モリブデンは、還元性および高酸化性の塩溶液の両方で鋼の表面を不動態化することができ、鋼の耐食性を高め、塩化物溶液での孔食を防止します。

モリブデンを含有させることで、還元性酸や孔食に対する耐性が向上し、炭素含有量を減らすことで、粒界腐食に対する耐性が向上し、溶接性が改善する。モリブデンを添加することで、孔食をより防 止できる。

304は低炭素ステンレス鋼に分類され、316Lは超低炭素ステンレス鋼です。

炭素含有量が低いほど粒界腐食の発生を抑えることができる。しかしながら、304と316Lは共に塩化物イオンに敏感である。

304の塩化物イオンに対する耐性は316Lのそれよりも著しく弱いため、一般的に316Lは塩化物含有量の多い環境で選択される。

2.316Lと304の間には、主に粒界腐食に関して大きな違いがある。

304は低炭素ステンレス鋼に分類され、316Lは超低炭素ステンレス鋼である。炭素含有量が高いほど、粒界腐食に対する耐性は弱くなる。したがって、316Lは粒界腐食に対する耐性において304を上回る。

3.316Lステンレス鋼の最大炭素含有量は0.03であ り、溶接後の焼きなましと最大限の耐食性を必要とす る用途に適している。

大まかに言えば、316Lは304よりも耐食性および耐粒界腐食性に優れている。溶接性の面では、その低炭素含有量と他の複合要因のために、316Lは304を上回る。

機械的性質については、304の強度は316Lよりも高い。機械加工性は316Lの方が優れている。

7.磁気特性

オーステナイトが広く使用されているため、ステンレ ス鋼はすべて非磁性であるという誤った認識が 生まれている。

オーステナイトが非磁性であることは一般に理解されており、硬化した鍛造鋼はまさにそうである。

ただし、304を使用した コールドフォーミング は、多少磁性があるかもしれない。一方、100%オーステナイト鋳鋼は非磁性である。

IV.低炭素ステンレス鋼

オーステナイトの耐食性は、金属表面に形成されるクロム酸化物の保護層に由来する。

材料が450℃～900℃の高温に加熱されると、材料の構造が変化し、結晶の端部に沿って炭化クロムが形成され、結晶の端部に酸化クロムの保護層が形成されなくなり、耐食性が低下する。

この腐食は'粒界腐食.’

この腐食に対抗するため、304Lと316Lステンレス鋼は、低炭素含有量で開発され、クロム炭化物がなく、粒界腐食がない。

粒界腐食に対する感受性が高いからといって、非低炭素材料が腐食しやすいということではなく、この感受性は高塩素環境でも高いことに注意すべきである。

この現象は高温（450℃～900℃）によるもので、多くの場合、溶接によるものであることに注意。

従来のソフトシート付きバタフライバルブの場合、ほとんどの仕様で304Lまたは316Lステンレス鋼が使用されていますが、当社ではバルブプレートに溶接を行わないため、低炭素ステンレス鋼を使用する必要はありません。

V.なぜ ステンレス鋼の錆?

一般に信じられているのとは異なり、ステンレ ス鋼は特定の条件下で実際に錆びる可能性があ り、絶対的な耐食性という誤解を覆すものであ る。この現象は、材料の組成と環境要因の間の複雑な相互作用によって発生する。

ステンレス鋼の耐食性は、表面に保護酸化膜を形成するクロム含有量に由来する。しかし、この不動態皮膜は、特定の環 境下では損なわれ、局部的な腐食につながるこ とがある。ステンレス鋼の耐食性は、いくつかの 要因に影響される：

1. 化学組成：ステンレス鋼は、鋼種によって耐食性が異な る。例えば、オーステナイト系ステンレス鋼 (例：304、316)は、一般的にフェライト系やマルテンサイト系鋼種に比べて優れた耐食性を示す。
2. 環境条件：塩化物、酸、アルカリなどの腐食性物質が存在すると、保護酸化被膜が破壊されることがある。例えば、304ステン レス鋼は、清浄な雰囲気では高い耐性を示すが、 沿岸地域のような塩化物を多く含む環境では急速に 腐食する可能性がある。
3. 表面状態：汚染、機械的損傷、不適切な表面仕上げは、不動態皮膜の完全性を損ない、腐食の起点となる弱点を作り出す可能性がある。
4. 温度：高温は腐食プロセスを促進し、材料の微細構造を変化させ、耐食性を低下させる可能性がある。
5. ガルバニック・カップリング：希少金属と接触した場合、または異種金属 イオンが存在する場合、ステンレス鋼はガルバ ニ効果により腐食が加速される。

例 えば、304ステンレス鋼パイプは、乾燥した清浄 な雰囲気では優れた性能を示すが、沿岸環境では 塩化物による腐食で急速に劣化する可能性があ る。対照的に、モリブデン含有量の高い316ステン レス鋼は、塩化物の多い環境での孔食や隙間 腐食に対する耐性が優れている。

単一のステンレス鋼種で万能の耐食性を持つもの はないことを理解することが重要である。様々な用途でステンレス鋼部品の耐食性を 最大限に引き出すには、適切な表面処理とメンテナ ンスの実施に加え、特定の環境条件に基づいた適切 な材料選択が不可欠である。