202、201、304ステンレス鋼は錆びるか？

ステンレス鋼とは？

ステンレス・スチールとは？

ステンレス鋼の定義

ステンレス鋼は鉄を主成分とし、最低10.5%のクロム(Cr)と通常1.2%以下の炭素(C)を含む万能合金です。この正確な元素の組み合わせは、ステンレス鋼の特徴的な耐食性を与え、表面に保護クロム酸化物層を作成します。

ステンレス鋼の製造工程では、様々な合金元素が戦略的に添加され、特定の特性や性能を高めている。これらの元素には以下が含まれる：

• クロム（Cr）：最低10.5%、耐食性に重要な不動態酸化膜を形成する。
• ニッケル（Ni）：延性、成形性、耐食性、特に酸性環境での耐食性を向上させる。
• マンガン（Mn）：強度と耐摩耗性を高める。
• シリコン（Si）：高温での耐酸化性を向上
• チタン（Ti）：構造を安定させ、溶接性を向上させる。
• モリブデン（Mo）：耐孔食性と耐隙間腐食性を高める。

これらの要素を慎重にバランスさせた結果、錆や腐食に強いだけでなく、優れた機械的特性を発揮する素材となり、あらゆる産業分野の幅広い用途に適している。このユニークな特性の組み合わせこそが、鋼を真に「ステンレス」たらしめるものであり、現代のエンジニアリングや製造業において高く評価されています。

なぜステンレス鋼にはさまざまなグレードがあるのか？

ステンレス鋼の製造は高度な冶金プロセスであ り、所望の性能特性を達成するために、様々な合金元素 を特定の量だけ正確に添加する必要がある。このように慎重に組成を操作することで、特定の用途や環境に合わせた幅広いステンレス鋼種が生み出される。

ステンレス鋼の鋼種は、その化学組成、微細構造、および結果として得られる特性に基づいて分類されます。クロム、ニッケル、モリブデン、窒素などの主要合金元素は、耐食性、機械的強度、延性、および他の重要な属性を強化するために調整されます。

例えば、オーステナイト系ステンレ ス鋼 (300シリーズ) は一般的に、成形性と耐食性を向 上させるためにニッケルを多く含み、フェライト系鋼種 (400シリーズ) は、その特性をよりクロムに依存している。マルテンサイト系ステンレ ス鋼は、硬度と強度を高めるために炭素を 含んでおり、切削工具や外科器具に適してい る。

下表は、装飾用ステンレス鋼に使用される一般 的な合金元素、その代表的な組成範囲、および材 料特性に及ぼす主な影響を概説したものであ る。この情報はあくまでも参考情報であり、具体 的な鋼種選定は冶金専門家または材料仕様書 に相談する必要がある。

ステンレス鋼化学成分 チャート（パーセンテージ%）

これらの鋼種を理解することで、エンジニア、設計者、製造者は、耐食性、機械的特性、成形性、費用対効果などの要素をバランスさせながら、特定の要件に最も適したステンレス鋼を選択することができる。

錆びにくいステンレス鋼とは？

ステンレス鋼の耐食性を左右する要因トップ3：

合金元素組成

ステンレス鋼の耐食性は、主にクロム含有量 によって決まる。基本的な耐食性を提供する受動的なクロ ム酸化皮膜を形成するには、最低10.5% のクロムが必要である。

一般に、クロムとニッケルの含有量が高いほ ど耐食性が向上する。例えば、18-20%クロムと 8-10%ニッケルを含む304ステンレス鋼 は、多くの環境で優れた耐食性を示す。

モリブデン、窒素、チタンなどの他の合金元素 は、特定の耐食性をさらに向上させる。例えば、2-3%モリブデンを添加した316ステン レス鋼は、塩化物を多く含む環境での孔食や隙間 腐食に対して優れた耐性を持つ。

製造工程の品質

ステンレス鋼の冶金的品質は、その耐食性に大きく影響します。高度な製造工程が、その品質を保証します：

1. 合金組成の精密制御
2. 不純物や介在物の効果的な除去
3. 微細構造の均一化のための最適熱処理
4. 不動態層を強化する適切な表面仕上げ

大規模で技術的に進んだ製鋼所では、 一般的に優れた品質管理が行われ、より安定し た信頼性の高い耐食性製品が生産される。逆に、設備や工程が最適でない工場では、 組成の不一致、残留不純物、不十分な組織管理な どにより、耐食性が損なわれたステンレス鋼を生産 することがある。

環境暴露

使用環境は、ステンレス鋼の腐食挙動に重要な役割を果たす：

• 大気条件：乾燥した換気の良い環境では、一般に腐食のリスクは最小限である。しかし、塩化物や二酸化硫黄の濃度が高い海洋大気や工業環境は、腐食性が高くなる可能性がある。
• pHレベル：ほとんどのステンレス鋼は、中性のpH範囲では良好に機能するが、強酸性またはアルカリ性の環境では腐食の影響を受けやすい場合がある。
• 温度：高温は腐食プロセスを促進し、不動態皮膜の安定性に影響を及ぼす可能性がある。
• 特定のイオンの存在：特に塩化物は、特定の条件下では、304の ような高級ステンレス鋼でさえ孔食やすきま腐 食を誘発する可能性がある。
• 表面の汚染：堆積物の蓄積や生物学的成長は、局所的な腐食性の微小環境を作り出す可能性がある。

合金組成と環境要因の両方を考慮した適切な材料選択は、特定の用途で最適な耐食性を確保するために不可欠である。

非磁性ステンレス鋼はより良いですか？磁性ステンレス鋼は304グレードに匹敵しない？

ステンレス鋼の品質検査に磁石を使うという一般的な慣行は、広範な誤解に基づいている。多くの消費者は、非磁性ステンレ ス鋼は本質的に錆びにくいと信じているが、ステンレ ス鋼の磁気特性は、実際には耐食性よりも微細構造 によって決まる。

ステンレス鋼の微細組織は、主にその化学組成 と製造時に受ける熱処理の影響を受ける。ステンレス鋼の3つの主なミクロ組織は、フェライト、オーステナイト、マルテンサイトである。フェライト系およびマルテンサイト系ステンレ ス鋼は磁性を持つが、オーステナイト系ステンレ ス鋼は一般的に非磁性である。しかし、オーステナイト系ステンレ ス鋼は、優れた機械的特性と溶接性にもかか わらず、耐食性においてフェライト系ステンレ ス鋼を常に上回るとは限らないことに注意す る必要がある。

市場には、低ニッケル、高マン ガン含有量の200系や300系など、さまざまな 種類のステンレス鋼が流通している。これらの鋼種は非磁性だが、ニッケル含有量の 高い業界標準の304ステンレス鋼と比較すると、 性能面で劣ることが多い。304ステンレス鋼であっても、冷間引抜き、応力除去焼鈍、精密研磨、インベストメント鋳造などの特定の製造工程後には、わずかな磁性を示すことがあることは注目に値する。

さらに、ステンレス鋼の耐食性は、表面に保護不動態 層を形成するクロム含有量に主に起因する。この不動態層は、磁性ステンレス鋼と非磁 性ステンレス鋼の両方に存在するため、磁気 試験は耐食性の信頼できない指標となる。

結論として、ステンレス鋼の品質を判断す る唯一の基準として磁気特性を使用することは、 科学的に不健全であり、材料の性能について 誤った結論を導く可能性がある。化学成分、用途、特定鋼種の特性などを 考慮した総合的な評価が、目的に適したステンレ ス鋼の選定に不可欠である。

ステンレス鋼も錆びる理由

ステンレス・スチールを購入する際、多くの消費者は小さな磁石を携帯し、非磁性ステンレス・スチールは本質的に錆びないと信じている。しかし、これは誤解である。ステンレス鋼の磁気特性は、耐食性ではなく結晶構造によって決まる。

ステンレス鋼の表面に茶色い錆の斑点があるのを見ると、顧客はしばしば驚く。「ステンレス」は決して錆びないという意味であり、もし錆びたらその素材は欠陥品に違いないと思い込んでいるのだ。しかし、この見方はステンレスの複雑な性質を単純化しすぎている。

実際には、ステンレス鋼は特定の条件下で 腐食することがある。大気中の酸化には耐えるが、 酸性、アルカリ性、塩分環境での耐食性は、いくつかの 要因によって異なる：

1. 化学組成
2. 冶金状態
3. 動作条件
4. 環境メディア

例えば、304ステンレ ス鋼は、乾燥した清浄な雰囲気では優れた耐食性を 示す。しかし、沿岸環境に曝されると、塩化物 を多く含む海霧によって急速に腐食する。これは、すべてのステンレス鋼種が万能に耐食性を発揮できるわけではないことを示している。

ステンレス鋼の耐食性は、表面上の薄く、連続的で安定したクロムリッチな酸化皮膜に由来する。この不動態皮膜は、酸素の浸入とそれに続く下地金属の酸化を防ぐ。しかし、この保護膜が継続的に損なわれると、大気中の酸素や水分が侵入して鉄原子と反応し、表面の錆が進行する。

ステンレス鋼表面の保護膜は、いくつかのメカニズムで損傷する可能性がある：

1. 電気化学的腐食：ステンレス鋼表面に付着した金属粒子や埃が、湿度の高い条件下で結露した水分とマイクロガルバニックセルを形成し、不動態皮膜を損なうことで発生する。
2. 有機酸腐食：水と酸素の存在下で有機酸を形成し、最終的に金属表面を腐食させる有機物質（果汁や食品残渣など）の汚染によって生じる。
3. 局部腐食：酸性、アルカリ性、または塩化物を含む物質（アルカリ性洗浄液や塩水噴霧など）による表面汚染が原因で、孔食や隙間腐食が発生する。
4. 化学腐食：高濃度の硫黄酸化物や窒素酸化物を含む汚染大気中で発生し、凝縮した水分が腐食性の酸（硫酸、硝酸、酢酸）を形成し、ステンレス鋼の表面を侵す。

ステンレスの錆を防ぐには？

上記の条件は、ステンレス鋼表面の不動態酸化クロ ム皮膜の完全性を損ない、局部的な腐食や発 錆を引き起こす可能性がある。

腐食に強い金属表面を維持するには、以下のベストプラクティスを実践することをお勧めします：

1. 定期的なメンテナンス：中性洗剤またはステンレス鋼専用クリーナーを使 用して、定期的な洗浄方法を確立する。孔食や隙間腐食の原因となる汚染物質、塩化物、その他の腐食性物質を除去するため、表面を研磨剤不使用でやさしくこすり洗いする。
2. 環境に応じた素材選択：

• 非工業用で腐食性の穏やかな環境では、 201や202などのオーステナイト系ステンレス鋼種 の使用を検討すること。費用対効果は高いが、これらの鋼種は、 沿岸部や塩素の多い地域では腐食の影響を 受けやすい。
• 沿岸地域や腐食リスクの高い環境では、304 グレードのステンレス鋼 (UNS S30400)を選ぶこと。この多用途のオーステナイト系鋼種は、ニッ ケル含有量が高く(8-10.5%)、耐孔食性が向 上しているため、海水腐食に対して優れた耐性を 示す。

1. 表面処理：特に重要な部品や腐食性の高い環境では、電解研磨や不動態化処理で酸化クロム保護層を強化することを検討する。
2. 設計上の考慮事項：鋼材表面への腐食性物質の蓄積を防ぐため、設計にあたっては適切な排水を行い、水のトラップを避ける。
3. 定期的な検査：定期的な目視点検を実施し、変色や孔食などの腐食の初期兆候を特定することで、迅速な対策を講じることができる。
4. ガルバニック・カップリングを避ける：ステンレス鋼と他の金属を接合する場合は、適切な絶縁技術を使用し、ガルバニック腐食を防止する。
5. 加工後のケア：溶接や機械加工の後は、適切な洗浄を行い不動態化層を回復させ、必要に応じて化学的不動態化処理を行い、表面全体に均一な耐食性を確保する。

これらのガイドラインを守ることで、ステンレス鋼製部品の耐用年数を大幅に延ばし、さまざまな環境条件下で美観を保つことができる。

ステンレス鋼の錆に対処するには？

酸洗ペーストやスプレーを効果的に塗布することで、錆を除去し、保護膜であるクロム酸化膜を再生させ、ステンレス鋼の耐食性を回復させます。このプロセスには以下が含まれる：

1. 患部に酸洗剤を徹底的に塗布する。
2. メーカーの指示に従い、十分な滞留時間を確保する。
3. すべての汚染物質と酸の残留物を除去するために、きれいな水で厳密にすすぎ洗いをする。
4. 必要に応じて弱アルカリ性溶液で表面を中和する。

処理後は、目の細かい研磨装置を使用して表面の仕上げを復元し、高品質の研磨ワックスを塗布して表面を密閉して保護する。

軽度の錆汚れには、ミネラル・スピリットと軽油を1：1で混ぜたものが効果的です。溶液を塗布し、浸透させた後、マイクロファイバークロスで拭き取る。

b) 機械的方法：

機械的な錆び取り技術には以下のようなものがある：

1. 研磨ブラスト：ガラスビーズ、酸化アルミニウム、またはセラミック粒子を使用して表面を制御しながら洗浄すること。
2. 研磨：錆を除去し、表面を修復するために、徐々に細かい研磨剤を使用すること。
3. 機械的ブラッシング：汚染を避けるためにステンレス鋼ワイヤーブラシを使用する。
4. 電動工具による清掃：広い面積には適切なアタッチメントを装着したアングルグラインダーを使用する。

これらの方法は、特に湿度の高い環境で問題となる、埋め込まれた鉄粒子を含む表面の汚れを効果的に除去します。ただし、湿気による鉄粉の発錆を防ぐには、表面が乾いているときに機械洗浄を行うことが重要です。

機械的洗浄は表面の錆を効果的に除去しますが、本質的に材料の耐食性を向上させるものではないことに注意してください。保護を強化するには

1. 目的の表面仕上げを達成するために、砥粒を徐々に細かくしていく。
2. 徹底的に洗浄し、ゴミや汚れを取り除く。
3. 不動態化処理を施し、酸化クロム層を回復させる。
4. 最適な保護のために、高品質の研磨剤とシーラントで仕上げます。

適切な化学的・機械的手法と適切な仕上げ技術を組み合わせることで、ステンレス鋼の耐食性と美観を効果的に回復・維持することができる。