ステンレス鋼の等級：究極のガイド

以下の情報は、ステンレス鋼の各等級を包括的に 理解し、特定の用途について十分な情報に基づ いた決定を可能にするものである。

現在、304および316鋼種は、工業用途で 最も広く利用されているオーステナイト系ステンレ ス鋼である。これらの鋼種は、耐食性、成形性、機械的 特性のバランスが非常に優れているため、 幅広い製造工程に適している。

一般的に18/8ステンレス鋼と呼ばれるグレード304は、約18%のクロムと8%のニッケルを含んでいます。それは様々な環境下で優れた耐食性を示し、広く食品加工機器、厨房機器、および建築用途に使用されています。低炭素鋼種であるグレード304Lは、溶接性が向上し、粒界腐食に対する優れた耐性を提供し、溶接構造または高温での使用にさらされるコンポーネントで特に有益です。

グレード316にはモリブデン（通常2-3%）が含まれており、耐食性、特に塩化物やその他の腐食性の強い化学薬品に対する耐食性を著しく高めています。この特性は、海洋環境、化学処理装置、製薬産業に理想的です。炭素含有量が低い（≤0.03%）316Lは、溶接性が改善され、溶接中や高温サービス中の鋭敏化に対する耐性が向上します。

コスト面では、304ステン レス鋼は合金含有量が低いため、一般的に 316ステンレス鋼より20-30%安価である。しかし、より過酷な環境下での長期耐久 性とメンテナンス要件の低減により、316の高 い初期コストは正当化される場合が多い。交換頻度やダウンタイムなどの要素を 考慮した包括的なライフサイクル・コスト分析 により、より正確な比較ができる。

適切なステンレス鋼の種類を選ぶ際には、以下の重要な要 素を考慮すること：

1. 環境条件（塩化物、酸、高温への暴露など）
2. 機械的性質の要件（降伏強さ、引張強さ、延性、硬さ）
3. 製造方法（溶接、成形、機械加工、または高度な製造技術）
4. 規制コンプライアンス（食品安全基準、医薬品GMP、原子力産業仕様書）
5. 初期材料費、加工費、長期メンテナンスなどのライフサイクルコスト分析
6. 表面仕上げの要件と美観への配慮
7. 透磁率（特定の用途で重要）
8. 熱および電気伝導特性

ステンレス鋼グレード

以下の表は、ステンレス鋼の各シリーズとその種類、主な特徴、代表的な用途をまとめたものである。

ステンレス鋼の分類

ステンレス鋼は、化学組成、特性、用途、機能特性、金属組織を含む様々な基準に基づいて分類することができる。この包括的な分類システムは、特定の産業用途に最も適したステンレス鋼種を選択するのに役立ちます。

化学組成：

1. クロムステンレス鋼（430、446など）
2. クロム・ニッケル系ステンレス鋼（例：304、316）
3. クロム・マンガン・窒素系ステンレス鋼 (201、202など)
4. クロム・ニッケル・モリブデン系ステンレス鋼 (316L、317Lなど)
5. 超低炭素ステンレス鋼（例：304L、316L）
6. 高モリブデンステンレス鋼 (例: 904L、254 SMO)
7. 高純度ステンレス鋼（316Ti、321など）

特性と応用：

1. 耐硝酸性（硝酸グレード）ステンレス鋼
2. 耐食ステンレス鋼
3. 応力腐食性ステンレス鋼
4. 高強度ステンレス鋼
5. 耐熱ステンレス鋼
6. 耐摩耗ステンレス鋼

機能的特徴：

1. 低温ステンレス鋼（例：304LN、316LN）
2. 非磁性ステンレス鋼（例：304、316）
3. 易削性（快削性）ステンレス鋼（303、416など）
4. 超塑性ステンレス鋼（301、304など）
5. 耐高温ステンレス鋼（例：309、310）

金属組織：

1. フェライト系(F)ステンレス鋼 (430、444など)
2. マルテンサイト系(M)ステンレス鋼 (410、420など)
3. オーステナイト系(A)ステンレス鋼 (例：304、316)
4. オーステナイト・フェライト系 (二相鋼) ステンレス鋼 (A-F) (例: 2205, 2507)
5. オーステナイト-マルテンサイト二相鋼 (A-M) (2304、2101など)
6. 析出硬化(PH)ステンレス鋼 (例：17-4PH、15-5PH)

これらの分類を理解することは、エンジニア やメーカーが、耐食性、機械的特性、成形性、 溶接性、費用対効果などの特定の要件に基づ いて最適なステンレス鋼種を選択する上で極め て重要である。ステンレス鋼種 の選択は、化学処理、食品・飲料、航空宇宙、海洋 産業など、さまざまな分野の産業用途の性能、 寿命、全体的な成功に大きく影響する。

ステンレス鋼の機械的性質

比較 ステンレス鋼の機械的性質

上記の分類はマトリックス構造のみを考慮したものである。

基本的な3種類のステンレス鋼に加え、マルテンサイト・フェライトやオーステナイト・フェライトなどの複合ステンレス鋼、マルテンサイト・カーバイド・ステンレス鋼などの析出硬化型ステンレス鋼も含まれる。

ステンレス鋼の詳細

この表は、各鋼種の主な特徴、使用例、代表的な用途を簡潔にまとめたものです。

1.フェライト鋼

低炭素 クロムステンレス鋼 クロム含有量が14%以上のクロムステンレス鋼、クロム含有量が27%以上のクロムステンレス鋼、およびモリブデン、チタン、ニオブ、ケイ素、アルミニウム、タングステン、バナジウムなどの添加元素を含む。

化学組成では、フェライトを形成する元素が支配的な位置を占めており、マトリックス構造は主に鉄系である。

これは 鋼種 はフェライト系と呼ばれ、焼入れ（固溶体）形態で、焼鈍と時効処理により、少量の炭化物や金属間化合物が観察される。

このような鋼の例としては、Cr17、Cr17Mo2Ti、Cr25、Cr25Mo3Ti、Cr28などがある。

フェライト系ステンレス鋼 は、クロム含有量が高いため比較的耐食性、耐酸化性に優れているが、機械的性質や加工性に劣る。

主に抗酸性構造や抗酸化鋼として使用される。

2.フェライト-マルテンサイト鋼

この種の鋼は、高温ではY+A（またはδ）相であり、低温に近づくとY-M相に変化する。

フェライトを保持し、常温ではマルテンサイトとフェライトとして存在する。

構造中のフェライトの量は、組成や加熱温度によって数％から数十％まで変化する。

この種の鋼の例としては、0Cr13、1Cr13、上限付近のクロムと下限付近の炭素を含む2Cr13、Cr17Ni2鋼、Cr17W4鋼、および1Cr13をベースとする多くの改良12%クロム熱間強度鋼（耐熱ステンレス鋼としても知られる）、例えばCr11MoV、Cr12WMoV、Cr12W4MoV、18Cr12WMoVNbなどがある。

フェライト-マルテンサイト鋼は部分硬化を示し、機械的特性を得ることができるが、これらはフェライトの含有量と分布に大きく影響される。

この種の鋼のクロム含有量は、通常12-14%から15-18%の間である。

前者は大気や弱い腐食性の媒体に耐える能力を持ち、減衰性がよく、線膨張係数が小さい。

後者のタイプは、同じクロム含有量のフェライト系酸性鋼に匹敵する耐食性を持つが、高クロムフェライト鋼の欠点も残っている。

3.マルテンサイト鋼

通常の焼入れ温度では、マルテンサイト鋼はY相であるが、この相は高温でしか安定しない。M相は一般的に300℃前後で安定し、冷却するとマルテンサイトに変化する。

この種の鋼には2Cr13、2Cr13Ni2がある、 3Cr13および13Cr14NiWVBAやCr11Ni2MoWVB鋼などの改良12%クロム熱間強化鋼がある。

の機械的特性、耐食性、プロセス性能、および物理的特性を評価した。 マルテンサイト系ステンレス鋼 は、2-14%クロ ムフェライトマルテンサイト系ステンレス鋼と同様 である。

組織中に遊離フェライトが存在しないため、機械的性能は前述の鋼よりも高いが、熱処理に対する熱感受性は低い。

4.マルテンサイト超硬鋼

Fe-C合金は0.83%の炭素を含む。

ステンレス鋼では、クロムのためにS点が左にシフトしている。クロム12%、炭素0.4%以上の鋼、クロム18%、炭素0.3%以上の鋼は過共析鋼に属する。

この種の鋼は通常の焼入れ温度で加熱され、二次炭化物はオーステナイトに完全に溶解することができないため、硬化組織はマルテンサイトと炭化物から構成される。

この範疇に入るステンレス鋼種はそれほど多くないが、以下のような高炭素のステンレス鋼もある。 4Cr139Cr18、9Cr18MoV、9Cr17MoVCo鋼。

低温で焼き入れを行うと、上限近くの炭素を持つ3Cr13鋼もこのような組織になる可能性がある。

炭素含有量が高いため、上記3種の鋼種はクロム含有量が多くても、耐食性は12-14%クロムのステンレス鋼と同等でしかない。

この種の鋼は主に、切削工具、ベアリング、バネ、医療器具など、高い硬度と優れた耐摩耗性を必要とする部品に使用される。

5.オーステナイト鋼

この種の鋼は、安定化元素の濃度が高く、高温でのY相域が広い。

冷却すると ポイント 室温以下になると、常温ではオーステナイト組織となる。

このカテゴリーには、18-8、18-12、25-20、 20-25Moなどのクロム・ニッケル・ステンレス鋼 や、Cr18Mn10Ni5、Cr13Ni4Mn9、Cr17Ni4Mn9N、 Cr14Ni3Mn14Ti鋼など、一部のニッケルや 窒素の代わりにマンガンを使用した低ニッケル・ ステンレス鋼が含まれる。

オーステナイト系ステンレス鋼は、熱処理 特性は劣るものの、ひずみ硬化による冷間 変形法で強度を高めることができるなど、多 くの利点がある。

しかし、結晶間腐食や応力腐食の影響を受けやすく、合金添加剤の使用やプロセス対策によって軽減することができる。

6.オーステナイト・フェライト鋼

安定したオーステナイト元素の量が限られているため、鋼は室温でも高温でも純粋なオーステナイト組織を持たず、オーステナイト・フェライト相状態になる。フェライト相の組成と量は加熱温度によって大きく変化する。

低炭素18-8ニッケルクロム鋼、18-8ニッケルクロム鋼を含む多くの種類のステンレス鋼がこのカテゴリーに分類されます。 チタンニオブ、モリブデン、フェライトは鋳鋼の組織で特に顕著である。

他の例としては、14-15%以上のクロムと0.2%未満の炭素を持つクロムマンガンステンレス鋼（Cr17Mn11など）、および産業界で研究され、適用されているクロムマンガンステンレス鋼のほとんどが含まれる。

純オーステナイト系ステンレス鋼に比べ、降伏強度が高く、耐食性に優れています。 粒界腐食応力腐食に対する感受性の低減、溶接時の熱間クラックの発生傾向の低減、良好な鋳造流動性。

しかし、加圧加工性が悪い、孔食の影響を受けやすい、強磁場条件下ではc相が脆く磁性が弱いなどの欠点もある。

これらの長所と短所は、構造中のフェライトの存在に直接関係している。

7.オーステナイト-マルテンサイト鋼

この鋼のMs点は室温より低く、固溶化熱処理後のオーステナイトの形成と溶接が容易である。

マルテンサイト変態は通常、2つのプロセスによって達成される。

• 固溶化処理後、700～800℃で加熱すると、炭化クロムの析出によりオーステナイト体が準安定状態に変態する。その後、Ms点が室温以上に上昇し、冷却過程でオーステナイトからマルテンサイトに変態する。
• 固溶処理後、Ms点とMf点の間で直接冷却すると、オーステナイトがマルテンサイトにも変態する。

第2の方法は耐食性に優れるが、固溶化熱処理と極低温インターバルの時間をあまり長くしすぎると、オーステナイトの時効安定性により冷間強化効果が低下する。

処理後、金属間化合物を強化するために400～500度で時効処理を行う。

このカテゴリーに分類される鋼種の例には、17Cr-7Ni-A1、15Cr-7Ni-A1、15Cr-7Ni-A1がある。9Ni-A1、17Cr-5Ni-Mo、15Cr-8Ni-Mo-A1。

オーステナイト-マルテンサイト鋼は、オーステナイト-マルテンサイト系ステンレス鋼としても知られ、1950年代から開発・応用されている新しいタイプのステンレス鋼である。

組織中にオーステナイトとマルテンサイトに加えてフェライトが存在するため、ハーフオーステナイト系析出硬化ステンレス鋼とも呼ばれる。

これらの鋼は、高強度（Cは100-150に達することがある）と良好な熱強化性能を特徴とするが、低クロム含有量と熱処理中のクロム炭化物の析出により、耐食性は標準オーステナイト系ステンレス鋼よりも低い。

高い強度は、非磁性などの耐食性やその他の特性の一部を犠牲にすることで得られる。

オーステナイト・マルテンサイト鋼は、主に航空産業やロケット・ミサイル産業で使用されているが、機械製造ではあまり使用されておらず、超高強度鋼の一種に分類されることもある。