ステンレス鋼の種類とその用途について、不思議に思ったことはありませんか?このブログでは、ステンレス鋼種の世界に飛び込み、そのユニークな特徴と用途を探ります。機械工学のエキスパートが、複雑な知識をご案内し、お客様のニーズに最適な鋼種をお選びいただくためのヒントをご提供します。知識を深め、魅力的なステンレスの世界を発見してください!
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:
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。
シリーズ | ステンレス・スチール・タイプ | 特徴と応用 |
---|---|---|
200 | 一般 | クロム、ニッケル、マンガンを含むオーステナイト系ステンレス鋼。 |
300 | 一般 | クロム、ニッケル含有;オーステナイト系ステンレス鋼。 |
301 | 具体的 | 良好な展延性、短時間での硬化、良好な溶接性、優れた耐摩耗性。 疲労強度 から304へ。 |
302 | 具体的 | 304と同等の耐食性を持ち、高強度である。 炭素含有量. |
303 | 具体的 | 304よりも加工しやすく、少量の硫黄とリンが添加されている。 |
304 | 具体的 | 一般モデル、18/8ステンレス鋼、GBグレード0Cr18Ni9。 |
309 | 具体的 | 304よりも優れた耐熱性 |
316 | 具体的 | 食品産業や外科用機器に使用され、耐食性に優れ、より優れた耐塩化物腐食性、「海洋鋼」、核燃料回収に使用される。 |
321 | 具体的 | 304と同様、チタンによる溶接部の腐食リスクを低減。 |
400 | 一般 | フェライト系およびマルテンサイト系ステンレス鋼。 |
408 | 具体的 | 良好な耐熱性、弱い耐食性、11% Cr、8% Ni。 |
409 | 具体的 | フェライト鋼(クロム鋼)。 |
410 | 具体的 | マルテンサイト系(高強度クロム鋼)、耐摩耗性に優れるが耐食性は劣る。 |
416 | 具体的 | 硫黄添加による加工特性の向上。 |
420 | 具体的 | 「ブレード・グレード "のマルテンサイト鋼で、手術器具に使用される。 |
430 | 具体的 | フェライト系、装飾用、成形性は良いが、耐熱性、耐食性に劣る。 |
440 | 具体的 | カミソリの刃に使用:440A、440B、440C、440F(加工しやすい)。 |
500 | 一般 | 耐熱クロム 合金鋼. |
600 | 一般 | マルテンサイト析出硬化ステンレス鋼。 |
630 | 具体的 | 一般的な析出硬化型、17-4;17% Cr、4% Ni。 |
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:
特性と応用:
機能的特徴:
金属組織:
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。
比較 ステンレス鋼の機械的性質
分類 | 構成(%) | 硬化性 | 耐食性 | 加工性 | 溶接性 | 磁気 | ||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
C | Cr | ニー | ||||||
フェライト | <0.35 | 16 | 27 | / | グッド | グッド | グッド | がある。 |
マルテンサイト | <1.20 | 11 | 15 | 自己硬化 | がある。 | がある。 | 悪い | がある。 |
オーステナイト | <0.25 | >16 | 7 | / | グッド | グッド | グッド | / |
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。
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。
S.S.のタイプ | 主な特徴 | 例 | 用途 |
---|---|---|---|
フェライト鋼 | - 低炭素クロムステンレス鋼。 - クロム含有量 > 14%. - Mo、Ti、Nb、Si、Al、W、Vなどの元素を含む。 - 主にフェライト形成元素。 - 耐食性、耐酸化性。 - 機械的特性と加工性が悪い。 | Cr17、Cr17Mo2Ti、Cr25、Cr25Mo3Ti、Cr28 | 抗酸性構造、抗酸化鋼。 |
フェライト-マルテンサイト鋼 | - 高温ではY+Aまたはδ相になる。 - 低温下ではY-M相に変化する。 - フェライトとマルテンサイトから成る。 - フェライトの量は変化する。 - クロム含有量は通常12~18%。 - 部分的な硬化は可能。 | 0Cr13、1Cr13、2Cr13、Cr17Ni2、Cr17W4、Cr11MoVなど。 | グレードにより様々な用途に使用可能。 |
マルテンサイト鋼 | - 焼入れ温度ではY相。 - 冷却するとマルテンサイトに変化する。 - フェライト-マルテンサイト鋼と同様の特性を持つが、機械的性能は高い。 - 構造中にフリーフェライトはない。 | 2Cr13、2Cr13Ni2、3Cr13、13Cr14NiWVBAなど。 | フェライト-マルテンサイト鋼と同様の様々な用途。 |
マルテンサイト・カーバイド鋼 | - 高炭素含有Fe-C合金。 - 12%以上のクロムを含む。 - 通常の焼入れ温度で加熱。 - 硬化 マルテンサイトの構造 とカーバイド。 - 12-14%クロムステンレス鋼と同等の耐食性。 | 4Cr13、9Cr18、9Cr18MoV、9Cr17MoVCo | 切削工具、ベアリング、バネ、医療器具。 |
オーステナイト鋼 | - 高濃度の安定化元素。 - 高温での広いY相ゾーン。 - 常温ではオーステナイト組織。 - 冷間変形による強化が可能。 - 結晶間腐食と応力腐食に弱い。 | 18-8、18-12、25-20、20-25Mo、Cr18Mn10Ni5など。 | 様々な工業用途、ひずみ硬化の利点。 |
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は限られている。 - オーステナイト・フェライト相状態。 - フェライトの組成と量は様々である。 - より高い 降伏強度 純オーステナイト鋼と比較して。 - 溶接時の応力腐食や高温割れの影響を受けにくい。 - 圧力加工性が悪く、孔食の影響を受けやすい。 | 各種クロムマンガンステンレス鋼 | 高い降伏強度と耐食性を必要とする産業。 |
オーステナイト-マルテンサイト鋼 | - Ms点は室温より低い。 - 固溶化処理後にオーステナイトを形成する。 - 冷却または加熱過程でマルテンサイトに変態する。 - 強度は高いが、耐食性は標準的なオーステナイト鋼より劣る。 - 1950年代に開発され、ハーフオーステナイト系析出硬化ステンレス鋼として知られる。 | 17Cr-7Ni-A1、15Cr-9Ni-A1、17Cr-5Ni-Moなど。 | 航空、ロケット・ミサイル産業、機械製造にはあまり使用されない。超高張力鋼。 |
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
ステンレス鋼は、その優れた特性により、様々な産業用途に幅広く利用されている万能材料です。以下では、最も一般的なステンレス鋼とニッケル合金の種類を、その用途と利点を示す例やデータとともに詳しく説明します。
以下は、よくある質問に対する回答である:
工業用途に最適なステンレス鋼の種類を選択す る際には、耐食性、機械的特性、成形性、コストな どの要素を考慮することが不可欠である。工業用途で最も一般的に使用されるステンレス鋼 は、304や316などのオーステナイト系鋼種である。
グレード304は、優れた耐食性、良好な引張強さ、および高い成形性により広く使用されています。18%のクロムと8%のニッケルを含み、食品加工機器、化学処理、建築部品など幅広い用途に適している。ただし、高塩化物環境での耐孔食性は劣る。
グレード304Lは、溶接中に鋭敏化のリスクを低減することにより、溶接性を向上させる304の低炭素変種である。これは、304と同じ耐食性と成形性を維持し、溶接後アニールされていない厚い部品に最適です。
グレード316は、2-3%モリブデンの添加により耐食性が向上し、海洋環境、化学処理、医薬品製造などの塩化物にさらされる用途に適しています。それは304に比べて孔食や隙間腐食に優れた耐性を提供し、高温でその特性を保持します。
グレード316Lは、304Lと同様、316の低炭素 化合物である。溶接時の鋭敏化のリスクを低減し、316と同 じ耐食性と機械的特性を維持しながら、溶接後 焼鈍を行わない厚い部品に使用される。
グレード430のようなフェライト系ステンレ ス鋼は耐食性に優れ、費用対効果も高いが、 一般的にオーステナイト系鋼よりも成形性が 低く、要求の厳しい工業用途には適さない場合が ある。
マルテンサイト系ステンレ ス鋼は強靭だが成形性に劣り、刃物や自動車部 品など高い強度と硬度を必要とする用途によく使 われる。しかし、脆く、耐食性が低いため、一般工業用にはあまり適していない。
二相鋼は、オーステナイト系鋼とフェライト 系鋼の特性を併せ持ち、より高い強度と耐食性の 向上により、要求の厳しい用途に適している。しかし、オーステナイト系鋼種に 比べ、一般的な産業環境ではあまり使用されな い。
要約すると、ほとんどの工業用途では、耐食性、 機械的特性、成形性に優れるグレード304ま たはグレード316オーステナイト系ステンレス 鋼が一般的に最適である。これらの鋼種間の具体的な選択は、用途 の具体的な要件、特に必要とされる耐食性の レベルによって異なる。
さまざまなブランドのステンレス・スチール製品の中から選ぶ際には、それぞれのニーズに合った高品質の製品を選ぶために、いくつかの要素を考慮する必要がある。まず、素材の品質とグレードに注目しましょう。300シリーズの18/8や18/10のような高グレードのステンレス鋼は、クロムとニッケルの含有量が高いため、耐食性と耐久性に優れており、好まれます。18/0や200シリーズのような低グレードは、安価かもしれないが、耐食性や全体的な品質が低下することが多い。
調理器具は、構造と層数を考慮しよう。アルミニウムなどの導電性金属をステンレス層で挟んだ多層構造の調理器具は、熱伝導と耐久性に優れています。IH、オーブン、コンロなど、使用する調理法に対応しているか確認する。
耐久性と寿命は非常に重要です。高品質のステンレススチール製品は、頑丈な構造と長持ちする性能で知られています。高級素材の使用と確かな建設技術を重視するブランドを探しましょう。
ステンレススチールは非反応性で、食材に金属的な風味を与えません。18/10のような高級ステンレススチールは特に腐食や錆に強く、酸味のある食材の調理に最適です。
溶接や熱処理を伴う製品の場合、使用するステンレ ス鋼種が適切であることを確認すること。304のようなオーステナイト系鋼種は溶接性が 高く、割れや腐食に強い。また、使用環境も考慮する。海洋または化学用途には、モリブデンを 含むタイプ316ステンレス鋼の方が塩化物イオン への耐性が高い。
機能性が最重要視される一方で、色、仕上げ、デザインといった美的・機能的な配慮も見逃せません。ブランドによっては、製品の外観と耐久性の両方を高める優れた仕上げオプションを提供しています。
顧客レビューを読んだり、品質や安全性へのこだわりを示す認証や推薦を探したりして、ブランドの評判を調べましょう。最後に、予算を考慮しましょう。高品質のステンレス製品は高価ですが、一般的に性能と寿命が優れています。予算と必要な品質や機能のバランスを考えて、十分な情報に基づいた決断を下しましょう。
ステンレス鋼の材料を購入する際には、プロジェ クトの具体的なニーズに合ったものを選ぶた めに、いくつかの重要な要素を考慮する必要があ る。使用環境と耐食性は極めて重要で、温度、 pHレベル、腐食性要素への暴露などの要素を 評価する必要がある。クロムとモリブデンの含有量が高いことで知られる304や316のようなグレードは、優れた耐食性を提供し、海洋や化学処理用途のような過酷な環境に適しています。
鋼種によって特性が異なるため、鋼種の選択は重要である。304や316のようなオーステナイト系鋼種は、コスト、加工能力、耐食性のバランスが取れており、よく評価されている。フェライト系鋼種は、低コストとフェライト構造のため、食品サービスや医療環境でよく使用される。マルテンサイト系鋼種は強度が高いが、一般に溶接には適さない。17-4PHのような析出硬化鋼種は、航空宇宙や防衛のような高強度用途に使用されます。
すべての鋼種が溶接できるわけではないので、 溶接要件を考慮する必要がある。304Lや347のようなオーステナイト系鋼種、 430や439のようなフェライト系鋼種は溶接に適し ているが、マルテンサイト系鋼種は粒界腐食や熱間 割れなどの問題がある。
加工性と成形性も重要である。303や416のような硫黄を含む鋼種は機械加工が容易である。304のようなオーステナイト系や430の ようなフェライト系は成形性が良いが、マル テンサイト系は一般的に成形性が悪く、脆い。
材料が熱にさらされる場合は、特性を損なわずに高温に耐えられる材 種を選ぶことが不可欠である。熱処理可能な鋼種には、440Cや17-4 PHがある。
強度、延性、靭性などの機械的特性は、用途 の要件に適合していなければならない。オーステナイト系鋼種は通常、高い延性と靭性を提供し、マルテンサイト系および析出硬化系鋼種は高い強度を提供する。
ステンレススチールの仕上げは、外観とメンテナンスの両方に影響します。鏡面仕上げは見栄えは良いがメンテナンスが必要で、酸洗や電解研磨のような仕上げは人通りの多い場所では実用的である。
費用対効果と入手可能性も重要である。より高品質のグレードは、初期費用は高くつくかもしれないが、長期的なメンテナンス費用や交換費用を削減することができる。選択したグレードが信頼できるサプライヤーから入手可能であることを確認することは極めて重要である。
最後に、顧客の嗜好と法規制への準拠を考慮する。業界によっては特定の仕上げや認証が必要な場合があるため、エンドユーザーの美的嗜好や規制要件を満たすことが重要です。
これらの要素を慎重に評価することで、特定の用途に最適なステンレス鋼材料を選択することができ、最適な性能、耐久性、費用対効果を確保することができます。