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オーステナイト系ステンレス鋼: 定義、組成、特性、等級、用途など
- ジョン
オーステナイト系ステンレス鋼とは？
オーステナイト系ステンレス鋼は、結晶構造によって定義されるステンレス鋼の 5 つの主要クラスの 1 つで、面心立方 (FCC) 結晶構造を持ち、主に 15-32% のクロムと 8-37% のニッケルで構成され、残りはマンガンや窒素などの他の元素です。オーステナイト系ステンレス鋼は、優れた耐腐食性と成形性、高い靭性と延性を備え、非磁性です。一般的なグレードには、304、316、310 があります。オーステナイト系ステンレス鋼は、食品、化学、医療業界で広く使用されています。
オーステナイト系ステンレス鋼の結晶構造
オーステナイト系ステンレス鋼は、面心立方 (FCC) 結晶構造を持ちます。これは結晶配列の一種です。立方体の 8 つの角に原子が 1 つずつあり、各面の中心にも原子が 1 つずつある状態を想像してください。この配列は非常にコンパクトで、原子が密集しているため、材料はより安定し、変形しても破損しにくくなります。
この構造により、オーステナイト系ステンレス鋼には次のような特性があります。
- 高い可塑性、靭性、延性
- 高温および低温での優れた機械的特性
- 優れた耐腐食性と耐酸化性
- 非磁性特性
ステンレス鋼ではオーステナイト組織はどのように形成されるのでしょうか?
オーステナイト系ステンレス鋼は、次のような合金元素を加えることで独特の構造を実現します。 ニッケル そして クロム.
で 純鉄 または 普通炭素鋼、 オーステナイト（面心立方）構造は高温でのみ安定する—約1340°F（727°C）以上。ただし、約 18% クロム そして 8%ニッケル 鋼に添加されると、このオーステナイト構造は 安定した 向こう側 全温度範囲室温から融点まで。
ニッケルは オーステナイト安定剤面心立方格子が低温でも維持されるようにする。クロムは耐食性を高めるだけでなく、 オーステナイト相の安定性この元素の組み合わせはオーステナイト構造を維持するのに役立ち、延性の向上や優れた耐腐食性などの利点をもたらします。
オーステナイト系ステンレス鋼の化学成分
オーステナイト系ステンレス鋼は、主にクロム、ニッケル、炭素、および特定の特性を高めるその他の元素で構成されています。
- クロム （クレジット） (15-32%) 空気や湿気にさらされると自己修復する不活性酸化クロム層を形成することで耐腐食性を実現します。
- ニッケル （に） (8-37%) オーステナイト組織を安定化し、靭性、延性、成形性、耐食性を向上させます。
- カーボン （ハ） 非常に低く抑えられており、典型的には 0.08%未満、 特に 304L や 316L などの低炭素グレード (0.03% 未満) では、溶接中の炭化物析出を最小限に抑え、粒界腐食のリスクを軽減します。
加えて、
- マンガン （マン） ニッケルを部分的に置き換えることができる 特定の合金、特に 200 シリーズでは、オーステナイト安定剤として機能し、窒素溶解度と引張強度を高めるとともに、生産コストを削減します。
- モリブデン （月） (2%-3%) 特に海水などの塩化物に富む環境での孔食および隙間腐食に対する耐性を高めるために添加されます。
- 窒素 （N）は強度を高め、局部腐食に対する耐性を高める, 特に高性能合金において。
- 銅 （銅） 時々追加されますが、 特に特殊合金では、硫酸やリン酸などの特定の酸性環境における耐腐食性を向上させます。
*オーステナイト系ステンレス鋼には、次のような微量元素も含まれる場合がある。 シリコン （シ）、 リン （P）、 硫黄 （S）、 チタン （ティ）、 ニオブ （注）、および コバルト （Co）ですが、ここでは詳しくは説明しません。
オーステナイト系ステンレス鋼の特性
オーステナイト系ステンレス鋼がユニークである主な理由は次の 3 つです。
- 多くの環境において優れた耐腐食性を発揮します。
- 低温でも高い靭性と延性を発揮します。
- 非磁性であり、冷間加工によってのみ硬化できます。
オーステナイト系ステンレス鋼の主な特性については、以下の表を参照してください。
| プロパティ | 説明 | パフォーマンス | 備考 |
| 耐食性 | 腐食や酸化に抵抗する能力。 | クロムとニッケルの含有量が多いため、酸化環境に最適です。 | モリブデンは塩化物の多い環境での耐腐食性を高めます。 |
| 機械的特性 | 強度、靭性、硬度、延性などが含まれます。 | 強くて丈夫、優れた延性と適度な硬度を備えています。 | 高い強度と靭性により、高応力下でも変形に抵抗し、優れた延性により応力下でも割れを防ぎます。 |
| 耐熱性 | 劣化することなく高温に耐える能力。 | 高温での酸化に対する耐性が優れています。 | 極度の熱に長時間さらされると、スケールが発生する可能性があります。 |
| 低温性能 | 寒冷環境における材料の性能。 | 優れた靭性、脆性破壊に対する耐性。 | 脆さの防止が重要な極低温用途に適しています。 |
| 成形性 | 機械的なプロセスによる成形の容易さ。 | 成形性に優れ、冷間加工と熱間加工の両方に適しています。 | 高い可鍛性により、複雑な形状の製造に最適です。 |
| 溶接性 | 強度を損なうことなく溶接できる能力。 | 耐食性を維持しながら、高い溶接性を実現。 | 通常、溶接後の熱処理は不要であるため、建設業界や自動車業界での用途に最適です。 |
| 加工性 | 材料の切断、成形、仕上げの容易さ。 | 中程度。加工硬化と工具の摩耗は最適化によって管理できます。 | 鋭い工具を使用し、切削速度を遅くすると、機械加工性が向上します。冷間加工により硬度が増す場合があります。 |
| 磁気特性 | 磁気的な挙動を示す傾向がある。 | 非磁性ですが、冷間加工後にわずかに磁性を帯びる場合があります。 | 冷間加工によりわずかな磁性が誘発され、非磁性用途に影響を及ぼす可能性があります。 |
オーステナイト系ステンレス鋼の長所と短所
オーステナイト系ステンレス鋼には、次のような利点がある：
- 幅広い環境下で優れた耐腐食性を発揮します。
- 延性が高く、成形や溶接が容易です。
- 高温でも強度を維持します。
- 湿った空気中でも酸化しにくい。
- 焼鈍状態では非磁性です。
また、以下のような課題やデメリットも抱えている：
- ニッケルなどの合金元素を使用するためコストが高くなります。
- 特定の条件下では応力腐食割れが発生しやすくなります。
- 加工硬化特性のため機械加工が困難です。
- 他のステンレス鋼タイプに比べて強度が低い。
- 摩耗やかじりに対する耐性が低い。
オーステナイト系ステンレス鋼のサブグループ
オーステナイト系ステンレス鋼はAISIの2つのサブグループに分けられる。 200シリーズ そしてAISI 300シリーズ両シリーズは、アメリカ鉄鋼協会 (AISI)、アメリカ材料試験協会 (ASTM)、および世界中の他の組織によって認定されています。 主な違い 200 シリーズではマンガンと窒素を使用し、ニッケルの含有量は少なくなっていますが、300 シリーズではクロムとニッケルの含有量が多くなっています。
AISI 200シリーズ
AISI 200シリーズステンレス鋼は、マンガンと窒素を添加し、ニッケルの量を減らすことでオーステナイト組織を形成している。マンガンと窒素はオーステナイト組織を維持し、強度を高める。一般的な等級には201と202がある。コストパフォーマンスの高さから、台所用品、自動車用トリム、食品加工機器などによく使用されている。
AISI 300シリーズ
AISI 300シリーズステンレス鋼 クロムとニッケルを多量に添加することでオーステナイト構造を形成します。クロムは耐腐食性があり、ニッケルは延性と靭性を高めます。304 (18/8 または A2) や 316 (A4) などの一般的なグレードが広く使用されています。300 シリーズは耐久性と耐腐食性があるため、建設、化学処理、医療機器でよく使用されます。
オーステナイト系ステンレス鋼
オーステナイト系ステンレス鋼ファミリーの一般的なグレードを見てみましょう。
| グレード | 同等グレード (UNS/EN) | 説明 | 一般的なアプリケーション |
| 302 | S30200 / 1.4300 | 汎用18-8 | スプリング、ワッシャー、ナット、ボルト、自動車用トリム |
| 202 | S20200 / 1.4373 | NとMnはNiを部分的に置換する | キッチン用品、自動車部品、鉄道車両、シンク |
| 201 | S20100 / 1.4372 | NとMnはNiを部分的に置換する | キッチン用品、家電製品、鉄道車両、ホース |
| 305 | S30500 / 1.4303 | 加工硬化を低下させるためにNiを増加 | 深絞り部品、電子部品、キッチンシンク、バネ |
| 304 | S30400 / 1.4301 | 溶接構造の耐食性を向上させるためにCを低くする | 化学薬品容器、厨房機器、建築用パネル、タンク |
| 304L | S30403 / 1.4306、1.4307 | 溶接時の耐食性のためにCを減少 | 高温環境下における構造部品、熱交換器、石油精製部品、化学処理装置 |
| 304N | S30451 / 1.4315 | 強度を高めるために窒素を添加 | 構造部品、自動車排気システム、化学タンク、船舶機器 |
| 304NL | S30453 / 1.4311 | 強度を高めるために窒素を添加 | 腐食環境における構造部品、溶接部品、海洋部品、圧力容器 |
| 303 | S30300 / 1.4305 | 機械加工性を高めるためにSを追加 | ネジ、ナット、ボルト、シャフト、バルブ |
| 303Se | S30323 / 1.4300 | 加工性向上のためSeを添加 | 高精度加工部品、電気配電盤、バルブ、コネクタ |
| S30430 | S30430 / 1.4567 | 冷間加工性を向上させるためにCuを添加 | 自動車用熱交換器、圧力容器、パイプ、建築用途 |
| 316 | S31600 / 1.4401 | 耐食性を高めるためにMoを添加 | 医療機器、船舶用ハードウェア、化学薬品容器、食品加工機器 |
| 316L | S31603 / 1.4404, 1.4435 | 溶接時の耐食性のためにCを減少 | 製薬機器、海洋用途、化学処理タンク、食品調理面 |
| 316N | S31651 / 1.4429 | 強度を高めるために窒素を添加 | 腐食環境における高強度部品、圧力容器、海洋部品、医療機器 |
| 316LN | S31653 / 1.4429 | Cを減らし、Nを追加して強度を増す | 原子炉部品、極低温容器、化学処理装置、高圧配管 |
| 316F | S31620 / 1.4436 | 切削性を向上させるためにSとPを添加 | ポンプ部品、バルブ部品、シャフト、精密機械加工継手 |
| 317 | S31700 / 1.4449 | 耐腐食性向上のため、MoとCrを増量 | 化学プロセス機器、海洋用途、製薬機器、石油化学精製所 |
| 317L | S31703 / 1.4438 | 溶接特性を向上させるためにCを低減 | パルプ・製紙産業設備、化学薬品タンク、海洋構造物、排ガス脱硫システム |
| 310、310S | S31000、S31008 / 1.4840、1.4845 | CrとNiを増量し、耐熱性がさらに向上 | 窯のライニング、炉の部品、燃焼室、熱交換器 |
| 309、309S | S30900、S30908 / 1.4828、1.4833 | 耐熱性を高めるためにCrとNiを増加 | 炉部品、熱交換器、窯ライナー、精錬設備 |
| 314 | S31400 / 1.4841 | 最高の耐熱性のためにSiを増加 | 炉部品、ガスバーナー、燃焼室、熱交換器 |
| 330 | N08330 / 1.4886 | 炭化と熱衝撃に耐えるためにNiを添加 | 炉部品、ガスタービン部品、熱交換器、化学プロセス装置 |
| 302B | S30215 / – | スケーリング耐性を高めるためにSiを添加 | 炉部品、熱交換器、自動車用マニホールド |
| 308 | S30800 / 1.4332 | CrとNi含有量が高く、主に溶接に使用される | 溶接棒、充填材、高温排気システム、炉ライニング |
| 321 | S32100 / 1.4541 | 炭化物の析出を防ぐためにTiを添加 | 航空機排気システム、熱酸化装置、炉部品、熱交換器 |
| 347 | S34700 / 1.4550 | 炭化物の析出を防ぐためにNbとTaを添加 | 航空宇宙部品、高温機器、溶接ボイラー部品、ガスタービンエンジン |
| 348 | S34800 / 1.4551 | 核用途ではTaとCoが制限される | 原子炉部品、高温航空機部品、発電部品、熱交換器 |
| 205 | S20500 / – | NとMnはNiを部分的に置換する | 業務用食品加工機器、厨房機器、貯蔵タンク、溶接構造物 |
| 384 | S38400 / – | 加工硬化を低下させるにはNiを多くする | 深絞り部品、ネジ、ボルト、バネ、ファスナー |
| 329 | S32900 / 1.4460 | （二相：オーステナイト＋フェライト） 応力腐食割れ耐性を高めるためにCrを増加し、Niを削減 | 石油・ガス配管、船舶機器、化学薬品タンク、圧力容器 |
オーステナイト系ステンレス鋼のベストグレードは？
オーステナイト系ステンレス鋼には、万能の「最 良」鋼種はない。様々な要因による。一般的な用途では、耐食性に優れ、加工が容易 な304ステンレス鋼が一般的である。海洋環境など、より高い耐食性を求める 場合には、モリブデンを含む316ステンレス鋼 が適している。高温用途には、耐熱性に優れる310ステン レス鋼が適している。各鋼種にはそれぞれ長所があるため、特定のニーズによって最適な選択が異なります。
オーステナイト系ステンレス鋼の用途
オーステナイト系ステンレス鋼が最も一般 的に使用されている主な産業および用途を下表 に示す：
| 産業 | 申し込み |
| フード＆ビバレッジ | タンク、パイプライン、貯蔵容器、処理装置 |
| 医療・製薬 | 手術器具、インプラント機器、滅菌トレイ、診断機器 |
| 化学処理 | 熱交換器、リアクター、ポンプ、バルブ |
| 石油・ガス | 配管、海洋プラットフォーム、圧力容器、熱交換器 |
| 自動車 | 排気システム、燃料タンク、トリム部品、センサー |
| 航空宇宙 | エンジン部品、ファスナー、構造部品、排気システム |
| 建設 | 屋根材、ファサードパネル、手すり、構造サポート |
| 発電 | ボイラー、タービン、排ガス脱硫装置、原子炉部品 |
オーステナイト系 vs. マルテンサイト系 vs. フェライト系 vs. 二相系 vs. 析出硬化型ステンレス鋼
以下の表でステンレス鋼の 5 つのクラスを比較してください。
| プロパティ | オーステナイト系ステンレス鋼 | マルテンサイト系ステンレス鋼 | フェライト系ステンレス鋼 | 二相ステンレス鋼 | 沈殿硬化 |
| 結晶構造 | オーステナイト系（FCC） | マルテンサイト系（BCT） | フェライト系（BCC） | オーステナイト + フェライト、通常は 50% + 50% | マルテンサイトまたはオーステナイト+析出硬化 |
| 機械的強度 | 高い靭性、優れた延性 | 高強度、高硬度 | 適度な強度、優れた靭性 | 高強度、優れた耐破壊性 | 熱処理後の強度が非常に高い |
| 耐食性 | 特に酸性および塩化物環境で優れています | 中程度、過酷な環境では腐食しやすい | 特に酸化環境では良好 | 特に塩化物や海洋環境で優れています | 良いが、オーステナイト系や二相系より劣る |
| 溶接性 | 溶接による影響が最小限で優れている | 劣悪、前熱処理と後熱処理が必要 | 溶接後の中程度の熱処理が必要 | 良いが、冷却速度を制御する必要がある | 良いが、溶接後に熱処理が必要 |
| 熱処理 | 熱処理では硬化できないが、冷間加工で強化できる | 硬度を調整するための焼入れと焼戻し | 熱処理はできないが、冷間加工で強化できる | 熱処理後も良好な特性を維持 | 析出硬化熱処理による強化 |
| 代表的なアプリケーション | 食品加工、化学機器、医療機器 | ブレード、シャフト、機械部品 | 自動車排気システム、熱交換器 | 海洋工学、石油・ガスパイプライン | 航空宇宙、原子力、高強度用途 |
気になる情報
オーステナイト系ステンレス鋼についての理解は深まったと思うが、まだ注意すべき一般的な問題がある。
ステンレス鋼とオーステナイト系ステンレス鋼の違いは？
ステンレス鋼は、耐食性で知られる鉄基合金の一群を指す。オーステナイト系ステンレ ス鋼は、このグループの中でも特殊な鋼種 で、クロムとニッケルの含有量が高く、耐食性 と靭性が高いことで知られている。オーステナイト系ステンレス鋼は、全ステンレス鋼生産量の約70%を占め、最も一般的に使用されているステンレス鋼である。
オーステナイト系ステンレス鋼以外のステンレス鋼種とは？
その他の種類のステンレス鋼には、フェライト系ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼、二相ステンレス鋼、析出硬化型ステンレス鋼などがあります。
オーステナイト系ステンレス鋼は錆びるか？
オーステナイト系ステンレス鋼は錆に非常に強い。しかし、海水や過酷な化学薬品に長時間さらされたり、保護層が損傷したり摩耗したりするなど、過酷な条件下では錆びる可能性があります。
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オーステナイト系ステンレス鋼は磁性を持つか？
オーステナイト系ステンレス鋼は一般に非磁性 である。しかし、曲げ加工や成形加工などの冷間加工後には、オーステナイトの一部がマルテンサイトに変態するため、わずかに磁性を帯びることがある。
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オーステナイト系ステンレス鋼は調理に安全か？
はい、オーステナイト系ステンレス鋼は調理に安全で、台所用品や食品加工機器によく使われています。耐食性に優れ、非反応性であるため、食品や飲料への使用に最適で、汚染を防ぎ、風味を保ちます。
まとめ＆さらに
この記事では、オーステナイト系ステンレス鋼の定義、組成、特性、グレード、用途、その他の重要な側面について簡単に説明します。ステンレス鋼やその他の鋼種について詳しくは、 ブログ または 金属専門家へのお問い合わせ.
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