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 2. ステンレスの種類と特長

 ステンレスは一種類と思いがちですが、下図のように主要元素として、クロムだけを含む「クロム系」と、クロムとニッケルを少量含む「ニッケル系」に大別されます。さらに、金属組織から、クロム系は「フェライト系」と「マルテンサイト系」に、ニッケル系は「オーステナイト系」と「オーステナイト・フェライト系(二相系)」に分類されます。その特色は下表に上げるとおりです。


 上の表から、「金属組織での分類」からそれぞれの特色をあげてみました。

 フェライト系
主添加元素
クロム
特長
純鉄の場合、高温時の状態であるオーステナイト相(面心立方格子)はある程度の炭素を結晶内に取り込むことができますが、フェライト相(体心立方格子)はほとんど取り込めません。このため冷却過程でオーステナイト相からフェライト相に変化(変態)するとき、余分な炭素は追い出され、セメンタイト(鉄の炭化物)として析出します。
ステンレスも鉄と同じで、ゆっくり冷却するとフェライト相とクロムの炭化物や窒化物になります。これが「フェライト系ステンレス」です。
代表的なものはSUS 430の18クロム系のステンレスです。この系統のステンレスは熱処理により硬化することがほとんどなく、焼なまし(軟質)状態で使用されます。また、マルテンサイト系ステンレスより成形加工性および耐食性が優れており、溶接性も比較的良好であるため、一般耐食用として広く用いられています。
使用実態
汎用のフェライト系ステンレスSUS 430(17%クロム)等は、オーステナイト系ほどの耐食性を発揮しないため、業務用厨房、建築内装、家具など、それほど腐食環境が厳しくない用途に使用されてきましたが、近年の技術革新により、耐食性に優れるフェライト系ステンレス(高純度フェライト系ステンレス)が開発され、オーステナイト系からの代替としても、その適用範囲が急速に拡大しています。

 マルテンサイト系
主添加元素
クロム
特長
代表的なものはSUS403、SUS410の13クロム系のステンレスです。
このグループのステンレスは、焼入れにより硬化するので、成分と熱処理条件を選ぶことにより広範囲の性質が得られます。また耐食性のうえからは、炭素量が少ない方が望ましいのですが、反面炭素含有量の多いものは耐磨耗性が優れています。
使用実態
棒鋼、平鋼の形状で使用されることが多く、高強度、耐食・耐熱性が必要な機械構造用部品、例えばタービンブレード、刃物、ポンプ、シャフト、ノズルなど硬さを求められる用途に適しています。
また耐食性のうえからは、炭素量が少ない方が望ましいのですが、反面炭素含有量の多いものは耐磨耗性が優れており、SUS420(13ク口ム高炭素)クラスは刃物、外科用器具として用いられ、最高の硬さを有するSUS440(18クロム高炭素)クラスは軸受、ベアリングに使用されます。

 オーステナイト系
主添加元素
ニッケルと少量のクロム
特長
「オーステナイト系ステンレス」の代表格は、クロムを18%とニッケルを8%加えたSUS 304です。温度が下がって常温になってもオーステナイト相がフェライト相に変化することなく、結晶構造も面心立方格子を維持します。一般的にオーステナイト系ステンレスは比較的耐食性に優れ、その用途は家庭用品、建築内外装、液化天然ガス(LNG)タンク、原子力設備と広範囲にわたっています。

一般に延性および靭性に富み、深絞り、曲げ加工などの冷間加工性が良好で溶接性も優れています。さらに耐食性も優れ、低温、高温における性質も優秀です。
使用実態
最も多く用いられているステンレス鋼です。代表例は SUS304 です。建築で使用されたり、家庭にある様々ステンレス鋼製の製品の大部分や,車輛材料(現在は SUS301 であることが多い)などはこの合金です。製品形状は薄板が最も多く、そのほか厚板、棒、管、線、鋳物など全般にわたり、。製造量は全ステンレス生産量の60%を越えます。

 オーステナイト・フェライト系
主添加元素
ニッケル,クロムオーステナイトとフェライトの二つの金属組織
特長
オーステナイト相とフェライト相の2つの金属組織(二相)が混在したステンレスで、物理的性質はフェライトとオーステナイトの中間になります。また、耐海水性,耐応力腐食割れ性に優れ、強度が高いという特長があります。これらの特性により、海水用復水器,熱交換器および排煙脱硫装置などの環境対策機器や各種化学プラント用装置に用いられています
使用実態
海水用復水器 熱交換器および排煙脱硫装置などの公害防止機器や各種化学プラント用装置に用いられています。製造される形は主に厚板、管、鋳物などです。


■ステンレスの種類の見分け方

 鉄、コバルト、ニッケルは磁石に付くことが知られています。これらの金属は、小さな磁石の集まりで、通常は、おのおのが打ち消しあって全体としては磁石になっていませんが、磁石を近づけると小磁石の方向がそろい磁石にくっつきます。しかし、これがステンレスの性能に影響与えことはありません。

 @ フェライト系やマルテンサイト系のステンレスは、小磁石の集まりなので磁石に付きます。

 A 面心立方格子のオーステナイト系ステンレスは小磁石を持っておらず磁石に付きません。












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