クロムを12%以上含む鉄‐クロムおよび鉄‐クロム‐ニッケル合金。鉄にクロムを12%以上合金すると、常温の大気中で使用した場合、肉眼で見えるような錆(さび)をほとんど生じなくなる。ステンレス鋼は、その金属組織に基づいて、(1)マルテンサイト系、(2)フェライト系、(3)オーステナイト系、(4)オーステナイト‐フェライト系、(5)析出硬化系に分類されている。これらの各系統は用途に応じた組成の違いによりさらに細分化され、現在、JIS(ジス)(日本工業規格)に制定されているものだけでも68種に及ぶ。以下、各系統の特徴について述べる。
[杉本克久]
クロム含有量が12~15%で、かつ炭素含有量が0.15~1.20%と高く、高温からの焼入れによりマルテンサイト組織となる鉄‐クロム合金をさす。13%クロム鋼(炭素含有量約0.3%)が刃物用鋼として1913年にイギリスにおいて最初に実用化された。この系のステンレス鋼の特徴は、焼入れ、焼戻しによりきわめて高い硬さと強さとが得られることであるが、炭素含有量が高いことから、クロムがクロム炭化物として析出するため、耐食性は他の系のステンレス鋼に比べると劣る。そこで耐食性を改善するためにクロム含有量を17%程度にまで高めたものもつくられている。この系のステンレス鋼のおもな用途は刃物、食器、タービン翼、航空機部品、外科用器具、軸受、ゲージ類、工具類などであり、耐食性とともに高い機械的強度が要求されるところに使われている。
[杉本克久]
クロム含有量12~30%で、かつ炭素含有量が0.12%以下と低く、高温から焼入れしても硬化せず、フェライト組織を示す鉄‐クロム合金をさす。この系のステンレス鋼の耐食性はクロム含有量を増すほど高くなるが、30%クロムを超えるとσ(シグマ)相(クロム含有量約45%の鉄とクロムの金属間化合物)が析出するようになり、機械的性質が劣化するので30%クロム以上にはしない。σ相の生成は冷間加工やクロム以外のフェライト形成元素の添加によっても促進され、脆性(ぜいせい)をもたらすのでσ脆性とよばれている。そのほか、この系のステンレス鋼においては、400~540℃での長時間加熱によって常温の靭性(じんせい)が低下する475℃脆性と、1000℃以上での加熱により結晶粒が粗大化したときに生ずる高温脆性があるので注意を要する。この系のステンレス鋼は耐食性、加工性、靭性、溶接性などがオーステナイト系ステンレス鋼に比べて劣るので化学工業用装置材料などには適さないことが多いが、一般耐久消費財用としては十分な耐食性をもつので、18%クロム・ステンレス鋼が経済的な耐食材料として広く使用されている。
フェライト系ステンレス鋼の諸性質は、鋼中の不純物元素の種類と量により大きな影響を受ける。そのため、とくに有害な不純物元素である炭素と窒素の含有量を特殊な精錬法により低下させ、耐食性、靭性、溶接部の脆性などを改善した鋼が開発されている。炭素と窒素をあわせた量を0.01~0.03%以下にした鋼は高純度フェライト・ステンレス鋼とよばれている。高純度18%クロム‐2%モリブデン・ステンレス鋼は応力腐食割れ感受性がきわめて低く、かつ18‐8ステンレス鋼に匹敵する耐食性をもち、高価なニッケルを節約できることから、18‐8ステンレス鋼の代替材料としての需要が期待されている。また、高純度30%クロム‐2%モリブデン・ステンレス鋼はあらゆるステンレス鋼のなかで耐孔食性および耐応力腐食割れ性がもっとも高く、耐海水用材料として注目されている。
[杉本克久]
クロム含有量が16~26%、ニッケル含有量が8~22%、炭素含有量が普通0.08%以下で、常温でオーステナイト組織が安定な鉄‐クロム‐ニッケル合金をさす。高温から焼き入れても硬化せず、非磁性である。この系の代表的鋼種は18%クロム、8%ニッケルのいわゆる18‐8ステンレス鋼である。この鋼は耐食性、靭性、加工性、溶接性などがいずれも優れており、あらゆるステンレス鋼のなかの中心的存在になっている。この系の鋼はニッケルを含むことにより還元性環境中での耐食性も高くなっており、化学工業用の装置材料としても大量に使用されている。耐粒界腐食性を高めるため炭素含有量を0.03%以下にしたり、あるいはニオブまたはチタンを少量合金したもの、耐孔食性を高めるためモリブデンを2~3%合金したもの、切削性を高めるために硫黄(いおう)またはセレンを合金したもの、高価なニッケルを節約するためにニッケルの一部をマンガンで置き換えたものなど、いくつかの改良鋼種がつくられている。
[杉本克久]
クロム含有量を25%くらいに高め、ニッケル含有量を5%くらいに低めた鉄‐クロム‐ニッケル合金で、通常さらに2%程度のモリブデンが添加されている。常温でオーステナイト相とフェライト相が混在した組織を示すので、二相ステンレス鋼ともよばれている。オーステナイト相の割合は40~60%である。この系の鋼は機械的強度が大きく、また孔食、応力腐食割れ、粒界腐食のいずれに対する抵抗性も高いので、舶用コンデンサー管など海水環境で使用する装置の材料として使用されている。
[杉本克久]
鋼は加工性,溶接性,機械的性質などに優れた性質をもつが,大気中や水溶液中でさびやすいのが欠点である。これを改善するためクロムなどの合金元素を添加した鋼をステンレス鋼という。不銹(ふしゆう)鋼とも呼ばれる。一般的には普通炭素鋼などとくらべ耐食性は優れているが,まったくさびないという意味ではなく,ある環境におかれた場合には,局部的な腐食,たとえば孔食,すきま腐食,粒界腐食,応力腐食割れなどを起こす。ステンレス鋼の耐食性が優れているのは,その表面に形成されている不働態皮膜と呼ばれる酸化膜のためである。不働態皮膜が表面に形成されると,素地の鉄を保護し,それ以上さびるのを防ぐ働きをする。自然環境において鋼が十分な耐食性を得るにはクロムが12%(重量)以上必要である。クロムと同時にニッケル,モリブデンなどを合金化すると,耐食性がさらに向上し,化学工業薬品などの特殊環境で使えるようになる。
ステンレス鋼は,そのおもな金属組織,組成によりマルテンサイト系,フェライト系,オーステナイト系,オーステナイト-フェライト2相系等に分類される。
(1)マルテンサイト系ステンレス鋼 クロム12~18%,炭素0.10~1.20%を含み,焼入れ・焼戻ししてマルテンサイトあるいはマルテンサイト+クロム炭化物の組織として使用する。この系のステンレス鋼の一種に析出硬化型ステンレス鋼があり,これはNi3Ti,Ni3Alなどの析出硬化により強度を高めた強力ステンレス鋼である。非常に硬く,強いので,耐食性と同時に硬さ,耐摩耗性の必要な部材,たとえば刃物,外科用器具,工具などに使用する。(2)フェライト系ステンレス鋼 クロム12~27%,炭素0.20%以下を含む。大きく分けると13クロム鋼,18クロム鋼,25クロム鋼になり,最近では,製鋼技術の発達により応力腐食割れ等を起こしにくい鋼種として,炭素量を減らしモリブデンを約2%添加した高純度フェライト系ステンレス鋼がつくられている。焼入硬化性がほとんどなく,耐食性も比較的よく,ニッケルをほとんど含まないため,オーステナイト系よりも安価である。食器等の家庭用品,建材,化学工業用装置等に使用される。(3)オーステナイト系ステンレス鋼 クロム13~30%,ニッケル6~20%,炭素0.10%以下を含む。代表的なものは18-8ステンレス鋼と呼ばれ,低炭素で,クロム18%,ニッケル8%を含む鋼である。耐食性をさらによくするために,モリブデンを1~3%程度添加した鋼もよく使用される。ステンレス鋼の需要の大部分はこの系のステンレス鋼であり,耐食性とともに高温での耐酸化性も優れているため,家庭用品,建材のほか化学工業・石油工業用装置,原子炉関係などの用途がある。(4)オーステナイト-フェライト2相系ステンレス鋼 クロム18~30%,ニッケル6~12%,炭素0.10%以下を含み,熱処理などによりオーステナイトとフェライトをほぼ半々にし,それぞれの結晶粒を細かく調整した,耐食性,加工性のよい,強度の大きいステンレス鋼である。石油工業,化学工業,耐海水用装置などに用いられている。
執筆者:今井 八郎
出典 株式会社平凡社「改訂新版 世界大百科事典」改訂新版 世界大百科事典について 情報
鉄に12質量% 以上のCrを添加し,酸化性の環境下で不動態化しやすくして,耐食性を飛躍的に改善した一群の合金鋼.12質量% 以上のCrだけをおもな合金元素とする高Crステンレス鋼と,17質量% 以上のCrとともに7質量% 以上のNiを組み合わせた高Cr-Niステンレス鋼とに大別される.その組織から,前者は焼入れでマルテンサイトにすることのできる(1)マルテンサイト系ステンレス鋼(C 0.1質量% 以上,Cr 12~14質量%)と,つねにフェライト組織である(2)フェライト系ステンレス鋼(C 0.1質量% 以下,Cr 17質量% 以上)に分けられる.高Cr-Ni鋼は(3)オーステナイト系ステンレス鋼とよばれる.耐食性は(3)がもっともすぐれ,(1)がもっとも劣る.(1)はいわゆる13 Crステンレス鋼で,C量の多いものはマルテンサイト組織のまま刃物類に多用され,C量が0.1~0.2質量% の鋼は700 ℃ 付近に焼戻して強靭性を必要とする構造材や蒸気タービンの羽根などの耐熱鋼として用いられる.(2)の代表的なものは18 Crステンレスで,Cr量が増すほど耐食性は向上する.焼入れ硬化性はないかわりに加工性がよく,薄い板や細い管にすることができる.(3)はステンレス鋼全体の2/3以上を占め,18-8ステンレス(18質量% Cr-8質量% Ni)がその代表であるが,粒界腐食を防ぐためNbやTiを添加したもの,耐酸化性改善のためCrとNiを増やしたもの,耐酸性のためにMoやCuを添加したものなど,要求される性質に応じて多くの改良鋼種が開発され,使用されている.以上のほかに,析出硬化を利用して耐食性をあまり損なわずに強度を2~3倍に増加させ,200 kg mm-2 に達する引張強さを与えたPHステンレスもある.
出典 森北出版「化学辞典(第2版)」化学辞典 第2版について 情報
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(徳田昌則 東北大学名誉教授 / 2007年)
出典 (株)朝日新聞出版発行「知恵蔵」知恵蔵について 情報
… 手工具に用いられる鋼(刃物鋼)は炭素量1%前後の過共析鋼と呼ばれる炭素鋼が主である。包丁,はさみ,かみそりなどには,しばしば,13クロムステンレス鋼や,これにモリブデンを添加した高級刃物用ステンレス鋼が使用される。包丁やはさみは切れ味が重要であり,そのために研ぐことが必要である。…
…高温の腐食環境に対する耐食合金は一般に耐熱合金に含めるので,ここでは湿食に対する耐食合金について述べる。
[鉄系合金]
鉄系耐食合金としては低合金鋼,ステンレス鋼,耐食鋳鉄,アモルファス材料などがある。低合金鋼は腐食を止めることはできないが,少量の添加元素によってさび生成の機構が変化することによって耐食性を獲得する。…
※「ステンレス鋼」について言及している用語解説の一部を掲載しています。
出典|株式会社平凡社「世界大百科事典(旧版)」
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