不動態化ステンレス鋼: 知っておくべきことすべて

ステンレス鋼は、その耐久性と錆びに強い性質で高く評価されていますが、さらに保護を強化することもできます。化学薬品による処理である不動態化により、腐食に対する耐性が向上し、厳しい条件下でも寿命が延びます。海洋、工業、医療の分野では、不動態化されたステンレス鋼は未処理のステンレス鋼よりも優れた性能を発揮します。

この記事では、不動態化処理が必要なステンレス鋼の種類、不動態化処理によって得られる利点、不動態化処理のプロセス、不動態化処理のテスト方法、および不動態化処理に最適なグレードについて説明します。

ステンレス鋼の不動態化とは何ですか?

ステンレス鋼の不動態化は、ASTM A967 および AMS 2700 ガイドラインに従って、表面の鉄を除去することで耐腐食性を向上させる化学処理です。自然酸化層とは異なり、不動態化により保護用の酸化クロム膜がすぐに形成されます。これは、強力な化学物質や湿度のある環境で推奨されており、医療、食品加工、航空宇宙の用途で広く使用されています。

不動態化プロセスの歴史

不活性化は 19世紀 鉄やステンレス鋼などの金属が自然に保護酸化層を形成することが発見されたとき。 20世紀ステンレス鋼の使用増加に伴い、制御された化学的不動態化方法が開発されました。 産業および軍事用途. 次のような基準 ASTM A967 そして 2700 の その後、業界全体で一貫性のある効果的な結果が保証されました。

ステンレス鋼を不動態化する理由は何ですか?

鉄含有量:
ステンレス鋼には、等級に応じて 60 ～ 70% の鉄が含まれています。クロムは自然に保護酸化層を形成しますが、鉄の含有量が多いため耐腐食性が制限されます。

製造中の汚染:
製造中に、炭素鋼の工具や空気中の鉄粉塵との接触により余分な鉄汚染物質が発生することが多く、材料の耐腐食性がさらに低下します。

酸化層の損傷:
自然な酸化層は溶接や傷によって損傷し、鋼鉄が腐食しやすくなります。

不動態化プロセス:
不動態化により表面の鉄や汚染物質が除去され、より安定した酸化クロム膜が形成されます。

保護の強化:
強化された酸化クロム層により、腐食環境に対する保護が強化され、ステンレス鋼の耐久性が向上します。

ステンレス鋼の不動態化の種類

ステンレス鋼の不動態化方法は用途によって異なります。主な化学的方法には、硝酸、クエン酸、リン酸、クロム酸による不動態化があります。特定のケースでは、電気化学的方法と機械的方法が使用されます。以下は発明日順に記載されています。

機械的不動態化

意味:
機械的不動態化には、表面の汚染物質を除去し、自然な酸化層の形成を促進するための研磨やサンドブラストなどのプロセスが含まれます。

メリット:

• 有害な化学物質は使用されていません。
• 他の表面処理と組み合わせて、より優れた結果を得ることができます。

デメリット:

• 保護層を化学的に強化しません。
• 特定の耐腐食性アプリケーションでは効果が低くなります。

硝酸不動態化

意味:
硝酸不動態化では、硝酸の混合物を使用してステンレス鋼の外側から遊離鉄を除去します。

メリット:

• 実証済みで広く使用されている方法。
• 耐食性の向上に効果的です。
• ASTM A967 などの業界標準に準拠しています。

デメリット:

• 危険な化学物質が含まれます。
• 適切な廃棄と安全上の注意が必要です。

クロム酸不動態化

意味:
クロム酸不動態化では、クロム酸を使用して保護酸化物層を形成します。

メリット:

• 特定の高需要アプリケーションにおいて強化された保護を提供します。
• 耐久性のある酸化層を形成します。

デメリット:

• 有毒廃棄物による環境問題。
• 厳しい規制により利用が減少。

リン酸不動態化

意味:
リン酸不動態化は耐食性を高めるだけでなく、コーティングの表面接着性も向上させます。

メリット:

• 耐腐食性とコーティングの密着性が向上します。
• コーティング前の準備に最適です。

デメリット:

• 他の方法よりもあまり一般的ではありません。
• 取り扱い中に追加の安全対策が必要になる場合があります。

電気化学的不動態化

意味:
電気化学的不動態化では、電流を流してステンレス鋼上の保護酸化コーティングの生成を加速します。

メリット:

• 不動態化プロセスを正確に制御します。
• 高品質な表面仕上げに適しています。

デメリット:

• 特殊な機器が必要です。
• 化学的方法よりも高価です。

クエン酸不活性化

定義
クエン酸不動態化は、クエン酸を使用して硝酸と同じ効果を達成する、より環境に優しい方法です。

利点:

• 硝酸に比べて安全で毒性が低い。
• 廃棄の心配が少なく、環境に優しいです。
• 効果的な耐腐食性を提供します。
• 管理が簡単なため、最も広く使用されているパッシベーション技術の 1 つとなっています。

デメリット:

• 一貫した結果を得るには、より厳格なプロセス制御が必要になる場合があります。
• 鉄汚染物質の除去効果は硝酸よりやや劣ります。

ステンレス鋼の不動態化はどのような効果をもたらすか

不動態化はステンレス鋼にいくつかの利点をもたらします。不動態化されたステンレス鋼は、不動態化されていないステンレス鋼と比較して、耐腐食性、電気化学的安定性、および表面の清潔さが向上します。これらの利点により、不動態化されたステンレス鋼は耐久性が高くなり、不動態化されていないステンレス鋼では腐食や表面汚染が発生しやすい厳しい環境にも適しています。

耐食性：

• 不動態化されたステンレス鋼は 耐腐食性が5～20倍向上.
• 不動態皮膜は、次のような局所的な腐食を防ぎます。 ピッティングこれにより、厳しい環境でも材料の寿命が延びます。

電極電位の変化:

• 不動態化後、ステンレス鋼の電極電位は 正の方向.
• これにより反応性が低下し、 金属の溶解を遅らせる耐食性が向上します。

表面の清浄度:

• 不動態化により不純物が除去され、 自由鉄よりきれいな表面が得られます。
• よりきれいな表面は 腐食しにくい材料の化学的安定性が向上します。

酸化層の厚さ:

• このプロセスにより、 酸化クロム層保護能力を強化します。
• より厚い層は より良い保護 化学物質や酸化から保護します。

磁気：

• 不動態化されたステンレス鋼、特に 304 のようなオーステナイト系ステンレス鋼は、通常、非磁性であるか、または磁性が低いです。
• 冷間加工後には、ある程度の磁気特性が現れる場合がありますが、これは冷間加工後の不動態化されていないステンレス鋼でも同様です。

表面の滑らかさ:

• 不動態化処理により汚染物質や遊離鉄が除去されるため、表面の滑らかさが向上することがよくあります。表面が滑らかになると、一部の用途では摩擦が軽減され、美観も向上します。

硬度：

• 不動態化されたステンレス鋼は一般的に わずかに高い硬度 不動態化処理されていない鋼よりも。
• 不動態化処理により表面硬度が向上し、摩耗や傷のリスクが軽減されます。ただし、具体的な改善効果は材料の組成によって異なります。 クロムとニッケルの含有量、処理方法など 冷間加工または熱処理.

疲労強度：

• 不活性化はプラスの影響を与える 疲労強度 表面品質を改善し、汚染物質を除去します。
• 表面がきれいで欠陥が少ないと、材料の 疲労寿命改善のレベルは、鋼材の元の状態と、鋼材が稼働する周囲の環境によって異なります。

表面耐久性:

• 不動態化されたステンレス鋼は、 表面耐久性不動態化層により、物理的な摩耗や擦り切れに対する保護が強化されます。
• この耐久性は、回転機械部品のように、繰り返し接触または動きを伴う用途で特に役立ちます。

耐衝撃性:

• 不動態化されたステンレス鋼は 耐性がわずかに向上 不動態化層が表面を損傷から保護するため、軽微な衝撃に対しても耐性があります。
• しかし、この影響は最小限であり、全体として 耐衝撃性 合金の種類と熱処理に大きく依存します。

電気伝導率：

• 不動態化されたステンレス鋼は、電気伝導性がわずかに低くなる場合があります。不動態化層により表面抵抗が上昇しますが、その影響は通常小さく、全体的な伝導性に大きな影響を与えることはありません。

耐酸化性:

• 不動態化により、安定した酸化層が形成され、耐酸化性が向上します。この層はステンレス鋼を酸素との反応から保護し、表面酸化のリスクを軽減します。

メンテナンスの必要性の低減:

• 不動態化により、腐食しにくい、よりクリーンで安定した表面が作られます。つまり、メンテナンスの頻度が少なくなり、重要なアプリケーションのダウンタイムが短縮されます。

長期的な経済的利益:

• 不動態化されたステンレス鋼は腐食環境で長持ちするため、交換や修理のコストが削減されます。不動態化への初期投資は、長期的な費用の削減によって回収されます。

ステンレス鋼を不動態化するにはどうすればいいですか?

1. 清掃：

まず、グリース、油、汚れなどの表面汚染物質を除去します。この手順により、不動態化プロセスに備えて表面がきれいになります。

2. 不動態化:

洗浄したステンレス鋼を、通常は硝酸またはクエン酸などの酸性溶液に浸します。一般的な硝酸浴には、20-45% 酸が 70 ～ 90°F で少なくとも 30 分間浸されています。場合によっては、酸化層の形成を加速するために二クロム酸ナトリウムが含まれます。ただし、クエン酸を使用した不動態化装置などのより安全な代替手段も、プロセスを強化するために使用されます。

3. 中和とすすぎ：

不動態化処理後、水酸化ナトリウム浴を使用して部品を中和します。その後、真水ですすいで完全に乾燥させます。この手順により、酸の残留物がすべて除去されます。

4. テスト:

不動態化された表面をテストして、その効果を確認します。一般的なテストには、湿気への暴露、熱、塩水噴霧などがあり、錆や腐食に対する耐性をチェックします。

このプロセスにより、表面の鉄が除去され、酸化層が復元され、溶接副産物や汚染物質が除去されます。

ステンレス鋼の不動態化処理で注意すべきこと

1. フラッシュアタック（制御不能な腐食）：
   不動態化は、適切に管理しないと制御不能な腐食を引き起こす可能性があります。フラッシュアタックにより表面が黒ずみ、エッチングされてしまいますが、これは不動態化プロセスで達成されるべき結果とは逆の結果です。
2. 汚染された酸溶液:
   フラッシュアタックを回避するには、酸溶液に汚染物質が混入しないようにすることが重要です。酸浴を定期的に新しい溶液に交換することで、汚染物質の蓄積を防ぐことができます。
3. 水質:
   逆浸透水や脱イオン水など、水道水よりも塩化物濃度が低い高品質の水を使用してください。これにより、フラッシュアタックやその他の腐食の問題のリスクが軽減されます。
4. 異なるグレードのステンレス鋼の混合:
   300 シリーズや 400 シリーズなど、異なるグレードのステンレス鋼を同じ浴で一緒に不動態化することは避けてください。これにより、卑金属の方が速く腐食するガルバニック腐食が発生する可能性があります。

これらの予防措置に従うことで、不動態化プロセスがより効果的になり、潜在的な問題を回避できます。

ステンレス鋼が不動態化されているかどうかをテストする方法

ステンレス鋼が適切に不動態化されていることを確認するには、テストが不可欠です。不動態化層の品質と存在を確認するには、いくつかの方法があります。

1. 水浸漬試験

ステンレス鋼を水に浸します。一定時間経過しても錆びや変色がなければ、不動態化が適切に行われていることを示します。

2. 塩水噴霧試験

鋼を塩水噴霧環境にさらします。不動態化された表面は長期間錆びません。

3. 硫酸銅テスト

硫酸銅溶液を鋼に塗布します。銅の堆積物が形成されない場合は、表面は適切に不動態化されています。

4. 湿度テスト

ステンレス鋼を高湿度の環境に置きます。錆や腐食が見られなければ、不動態化層が有効であることが確認できます。

5. 酸化試験

表面に酸化剤を使用します。酸化に対する耐性は不動態化が成功したことを示します。

6. ブルードットテスト

乾燥したステンレス鋼の表面に青い点溶液を塗布します。30 秒以内に青い点が現れなければ、不動態化層は良好です。

7. 化学組成分析

表面要素を分析する 鉄、クロム、ニッケル 不動態化が成功したことを確認します。鉄が減少し、クロムが十分であれば、適切な保護酸化層が形成され、材料が耐腐食性基準を満たしていることが保証されます。

これらのテストにより、ステンレス鋼が使用可能であり、耐腐食性のための強力な不動態層を備えていることが保証されます。

ステンレス鋼の不動態化ではできないこと

• 電気分解なし:
  不動態化は化学処理であり、電気化学的なプロセスではありません。金属表面に電流を流す必要はありません。
• スケールを削除できません:
  不動態化処理では、熱処理や溶接によって形成された厚いスケールや酸化物層は除去されません。 厚いスケールが付着した表面では事前洗浄が必要です。
• ペイントレイヤーではありません:
  不動態化は塗料のようなコーティングではありません。薄く目に見えない酸化層を形成しますが、表面に物理的な層を追加するものではありません。
• 腐食を完全に防ぐものではありません:
  不動態化により耐食性は向上しますが、特に過酷な環境においてはステンレス鋼が完全に腐食しなくなるわけではありません。
• 他の防錆方法に代わるものではありません:
  不動態化は、保護コーティングの塗布や定期的なメンテナンスなど、他の防錆対策の代わりとして考えるべきではありません。
• 表面の欠陥は修復されません:
  傷や穴などの表面の欠陥は、不動態化処理では修復されません。この処理は表面の耐性を高めるだけで、欠陥を滑らかにするものではありません。

不動態化用ステンレス鋼グレード

不動態化処理が必要なステンレス鋼のグレード

溶接されたり、極めて腐食性の高い環境にさらされたりするステンレス鋼は、耐腐食性と長期耐久性を確保するために不動態化する必要があります。これには、オーステナイト系（不動態化 18-8 ステンレス鋼）、フェライト系、マルテンサイト系、二相系、析出硬化型、医療用ステンレス鋼など、さまざまな種類のステンレス鋼が含まれます。

不動態化処理がほとんど必要ないステンレス鋼の種類

特定のステンレス鋼グレードは、高い自然耐食性を備えているため、不動態化が必要になることはほとんどありません。

高クロムステンレス鋼

のような 446 強力な酸化層を形成し、通常はほとんどの環境で十分な保護を提供します。

高ニッケル合金ステンレス鋼

のような 904L ニッケル、クロム、モリブデンの含有量により耐食性が優れているため、不動態化処理が必要になることはほとんどありません。

これらのタイプではパッシベーションが必要になることはあまりありませんが、特定の要求の厳しい環境ではパッシベーションが役立つ場合があります。

ステンレス鋼以外に不動態化できる金属は何ですか?

不動態化は、鉄、アルミニウム、銅、およびモリブデン、ニッケル、タンタル、ニオブ、タングステンなどの特定の遷移金属にも適用できます。ただし、鉛や亜鉛アルミニウム合金などの一部の金属は、安定した酸化物層を形成できないため、不動態化されません。

アルミニウムだ：

不動態化法: クロム酸塩またはリン酸溶液への浸漬。
効果: 保護酸化コーティングを形成し、耐腐食性を高め、塗装や陽極酸化処理などの追加処理に備えて表面を準備します。

チタン：

不動態化法：表面の不純物を除去するための硝酸処理。
効果: 自然酸化層を強化し、特に医療用途において耐腐食性を向上させます。

銅および銅合金:

不動態化法: 炭酸ナトリウムまたはベンゾトリアゾール溶液で処理します。
効果: 変色や環境腐食を抑える安定した保護膜を形成します。

亜鉛：

不動態化法：クロメート系固溶化処理。
効果: 薄い保護膜が形成され、特に亜鉛メッキの耐食性が向上します。

炭素鋼：

不動態化法：リン酸溶液処理。
効果: 保護リン酸塩層を形成し、耐腐食性を高め、塗料の密着性を向上させます。

ステンレス鋼が不動態化されない場合、何が起こりますか?

ステンレス鋼が不動態化されていない場合、特に過酷な条件下では腐食を受けやすくなります。遊離鉄などの汚染物質が表面に残り、時間の経過とともに錆びや局部腐食が発生する可能性があります。

ステンレス鋼の不動態化はどのくらい持続しますか?

不動態化は数年間持続しますが、正確な持続期間は環境と露出条件によって異なります。腐食性の高い環境では、より頻繁に再塗布する必要がある場合があります。

316 ステンレス鋼は不動態化処理が必要ですか?

そうだ、 316ステンレス鋼 特に溶接されていたり汚染物質にさらされていたりする場合は、不動態化の恩恵を受けます。不動態化により耐腐食性が向上し、過酷な条件でも耐久性が向上します。

酢でステンレス鋼を不動態化できますか?

酢（酢酸）は、硝酸やクエン酸のような強い酸ほど効果的ではないため、ステンレス鋼の不動態化には通常使用されません。酢は表面をきれいにしますが、保護酸化層を形成しません。

ステンレス鋼から不動態化を除去するにはどうすればいいですか?

不動態化は、サンドブラストなどの研磨方法や酸洗いなどの化学処理によって除去できます。これらの処理により、表面から保護酸化物層が除去されます。

不動態化されたステンレス鋼は導電性がありますか?

はい、不動態化されたステンレス鋼は依然として導電性があります。不動態化処理により、薄い非導電性の酸化物層が形成されますが、材料全体の電気伝導性に大きな影響を与えることはありません。

今すぐ不動態化されたステンレス鋼を守りましょう

不動態化は、汚染物質を除去し、耐腐食性を高めることでステンレス鋼の品質を向上させます。不動態化は耐久性を高め、メンテナンスの手間を減らし、特に溶接後や過酷な環境にさらされた後に役立ちます。不動態化は必ずしも必要ではありませんが、多くの産業、海洋、医療用途で非常に有益です。

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