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ゆあますはら
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1 212. Sept. 7 クリエイションコア東大阪ものづくり基礎講座金属の魅力をみなおそう第五回ステンレス東北大学金属材料研究所正橋直哉 1. はじめに錆びない鉄として知られるステンレス (Stainless) の語源は汚れ (stain) が無い (less) という英単語の組み合わせです日本では長年錆びない鉄を意味する不銹鋼が使用されてきましたが昨今はステンレスの名が認知されています国際標準によるステンレスの組成は Fe に Cr を 1.5 % 以上 C を 1.2% 以下の合金を称し耐食性耐熱性加工性強度などに優れた性能を示します錆が発生しない理由は後述する表層に形成される Cr 酸化物を主体とした薄い皮膜に起因しますが更に耐食性を改善するために Ni を添加した 18-8 ステンレス (Fe-18%Cr-8%Ni) は世の中に広く知れ渡りましたまたステンレスは装飾上のデザインすなわち意匠性が優れた材料として知られ金属光沢素地に凹凸や文様を施すことで私たちの身の回りに彩りを与えてくれますステンレスが開発されてきた経緯を振り返りましょう錆びない鉄は古代より文明の発達とともに人類が欲する素材でしたがヨーロッパでは古代インドの建造物に用いられた耐候性に優れるダマスカス鋼 ( ウーツ鋼 ) を模することで活路を見出そうとしましたダマスカス鋼とは焼き戻しマルテンサイトやパーライト中に微細炭化物が帯状に析出した高炭素鋼で発祥は紀元前 3 年頃と考えられています図 1 はダマスカス鋼で作られたデリーの鉄柱 (a) と刀剣 ( ダマスカス剣 ) の文様です刀剣は十字軍の遠征などでヨーロッパにもたらされこれを模して 16 世紀以降耐食性に優れた鋼の製造が盛んに試みられましたイギリスのファラデー (Michael Faraday, ) はダマスカス鋼を分析した結果 Al 2 O 3 と SiO 2 の存在を確認しストダート (James Stodart, ) と共に様々な金属との合金化を試みましたその結果銀との合金化によりダマスカス鋼を超える硬度を得ることができ合金化の有効性を実証しましたフランスのベルチェ (Pierre Berthier, 1

2 ) は Fe-Cr 合金を製造し 1821 年に高硬度で優れた耐食性を発揮することを発見しましたがこの時の Cr 量は現在のステンレスよりはるかに低い 1.~1.5 % 程度でしたなお Cr は 1797 年にフランスの化学者ヴォークラン (Louis-Nicolas Vauquelin, ) が発見した金属でペルチェはエコールデミーヌ ( 国立鉱山学校 ) でヴォークランの後輩でしたこの当時 C を低減した合金の溶解が技術的に困難だったため耐食性が C 由来か Cr 由来かが解明されていませんでした 1895 年にドイツのゴールドシュミット (Hans Goldschmidt, ) が Al 粉末による酸化物還元法を開発し C を含まない Fe-Cr 合金の溶解に成功し C 以外の元素の性能への効果の研究が可能となりましたフランスのギレー (Leon Guillet, ) は Fe-Cr-Ni 三元合金を溶製し ( 後の C シリーズ ) その機械的性質を発表しましたが耐食性についての研究は不十分でした Cr の耐食性の効果に焦点をあてたのはドイツのモンナルツ (Philip Monnartz) で学位論文取得のための研究において 1911 年に耐食性への不動態皮膜の関与を初めて提言しましたそしてイギリスのブレアリー (Harry Brearley, ) が 1913 年に耐摩耗性に及ぼす C と Cr 量依存性を研究中にナイタル液では腐食されない耐食性を示す合金組成 (Fe-.24% C-12.8% Cr) を見出し刃物へと応用しましたブレアリーは当初この耐食性に優れた合金を Rustless steel と称しましたが刃物製造業を営むモズリー (R.F. Mosley's) のマネージャーのスチュアート (Ernest Stuart) の提案で Stainless steel と命名されましたその後ブレアリーの後を継いだハットフィールド (William Herbert Hatfield, ) は更なる耐食性向上を目指して 1924 年に Ni を添加した Fe-18% Cr-8% Ni ステンレス鋼を開発しましたイギリス以外でも耐食鋼の研究は盛んで中でもドイツのクルップ社は耐食性に優れた高 Cr 鋼として 1912 年にオーステナイト系ステンレスの特許を取得しましたまたアメリカでもダンツェン (Christian Dantsizen) とベケット (Frederick Becket, ) が同様のオーステナイト系ステンレスを実用化し 1912 年にヘインズ (Elwood Haynes, ) がマルテンサイト系ステンレスを権利化しましたこうした経緯からステンレスの発明者は誰か? という議論は今でも尽きませんが実用的に耐食ステンレス鋼の利点を明確にしたブレアリーの功績が評価されているようです 2

3 2. ステンレスの分類鉄へのCr 添加により優れた耐食性を持つ鋼がステンレスですがこの合金は酸化性の腐食雰囲気では耐食性が優れますが残念ながら還元性雰囲気では劣りますまたFe-Cr 合金は後述する相や二相分離に由来する脆化がありますこれらを克服するために Niを添加したFe-Cr-Ni 合金が開発されました Fe-Cr 系は BCC 構造のフェライト安定型ですが Ni を添加するとFCC 構造のオーステナイト安定域が現れますそこでステンレスの分類として多用されるのが相による分類でフェライト系オーステナイト系マルテンサイト系に大別されますただしマルテンサイト系は Fe-Cr 合金の γ ループ内の組成 ( 高温オーステナイト ) から焼入れて作るためフェライト系の一部として扱われることがありますその他高強度と高耐食性を目指したオーステナイトとフェライトの二相ステンレスや母相に金属間化合物を析出させ高強度化した析出硬化系があり Fe-Cr-Ni 系から発展した合金系です表 1にステンレスの基本的な分類を示します表 1 ステンレス鋼の分類基本成分構成相代表鋼種特徴 Fe-Cr フェライト SUS43(18Cr) 耐応力腐食割れマルテンサイト SUS41(13Cr) 焼入れ硬化オーステナイト SUS34(18Cr-8Ni) 延性強度耐熱性低温靭性非磁性 Fe-Cr-Ni フェライト + オーステナイト SUS329JI(25Cr-5Ni-2Mo) 高 Cr 耐食高強度析出硬化 SUS63(17Cr-4Ni-4Cu-Nb) IMC 析出により硬化 JIS では約 1 種のステンレスが定められていますが更に組成を調整したり独自の熱処理を施して差別化したステンレスがメーカーにより開発されていますその数は 2 種をこえると言われますがここでは JIS の分類に基づき紹介します JIS によるステンレスの記号は米国の鉄鋼協会 AISI(American Iron and Steel Institute) の番号に準じて鋼種記号と称する三桁の数字で表記しますただ JIS の番号は鋼種記号の前にアルファベット三文字からなる前置記号と称した記号がつきますステンレスの代表的な前置記号の SUS は Steel Use Stainless の略称でステンレス鋼材を表しますそれ以外の前置記号としてステンレス鋼材鋳鋼品を表す SCS(Steel Casting Stainless) 耐熱鋼の板や棒であることを表す SUH(Steel Use Heat Resisting) 耐熱鋼の鋳鋼品であることを示す SCH(Steel Casting Heat Resisting) 等があります SUS の鋼種記号は表 2 のような分類となっています 3

4 表 2 JIS によるステンレス鋼の分類記号合金系構成相備考 SUS 2xx Cr-Ni-Mn オーステナイト現在のJISに規定なし SUS 3xx Cr-Ni フェライト (+ オーステナイト ) 耐海水性耐応力腐食割性高強度 SUS 4xx Cr フェライト耐食性成形加工性 SUS 4xx Cr マルテンサイト高強度耐食耐熱性耐摩耗性 SUS 5xx 5%Cr オーステナイト ( フェライト ) 現在のJISに規定なし SUS 6xx PH 析出硬化高強度 JIS の記号は鋼種記号のあとに形状を表す後置記号と仕上げ状態を表す質別記号が続き細分化されますその詳細は紙面の都合で割愛しますがステンレスの特徴の一つである意匠性に利用される質別記号はステンレスだけでなく他の金属の表面仕上げ状態を表すときに慣用的に利用されていますので主な質別記号を表 3 に紹介します表 3 JIS による主な質別記号の分類名称特徴用途 No.1 No.2D 艶消しのザラつき表面で熱間圧延後熱処理や酸洗仕上げ銀白色光沢で冷間圧延後熱処理や酸洗を施した仕上げ No.2B 2D にスキンパスを施した仕上げで光沢がある状態一般仕上げ BA 冷間圧延光輝熱処理後軽く冷間圧延した光沢仕上げ意匠性部材 No.4 2D や 2B 材を #15~18 砥粒の研磨厨房建材用 HL 2B や BA 材に #15~24 砥粒の研磨で表面に髪の毛程度の直線研磨目を施した仕上げエスカレーター側面 No.8 2B や BA 材に #8 程度のバフ研磨を施した鏡面仕上げ鏡装飾金具我が国のステンレス生産量は 24 年の 38 万トンをピークに年々減少し 211 年は 293 万トンとなりました約 6 割が国内で使用され残りが輸出です用途別には輸送用家庭用業務用機器産業用機器建設用電気機器用の順となっています一方国別生産量は 25 年までは日本の生産量が世界一でしたがそれ以降は年々生産量を増加する中国にトップの座を譲っています (211 年は 126 万トンで世界の 39% を占有 ) ステンレス生産の世界傾向は各国で生産設備の集約化が加速し年間生産量 2 万トンを超える巨大メーカーが続々と設立されています 4

5 3. ステンレスの耐食性錆とは金属が酸素や水と反応して表面に形成する酸化物や水酸化物を称します鉄の場合は酸素との反応により生成する酸化鉄 (Fe 3 O 4 ) あるいは水との反応で生成する水酸化鉄 (Fe (OH) 2 ) やオキシ水酸化鉄 (Fe 2 O 3 x H 2 O) が錆の実体です錆ができないようにするには酸素や水を鉄から遮断することが有効ですが非現実的ですそこで表面を腐食されにくい物質で被覆することが考えられます酸化膜や酸素吸着などの被覆で素材が保護される状態を不動態 (passive state) と称しますステンレスは鉄に Cr を添加した合金ですが酸素が存在する環境では表面に数 nm の厚みで水酸化物 (CrO OH nh 2 O + FeO OH mh 2 O) と酸化物 (Cr 2 O 3 xh 2 O + Fe 2 O 3 yh 2 O) の非晶質の膜が形成され基材を保護しますこのような保護膜を不動態膜 (passivation film) と称します図 3 は不動態形成合金の分極曲線の模式図です不動態は腐食を抑制しますので腐食反応がおこらないすなわち電流が流れない状態で図 3 の不動態化電位 E F 以上の電位で現れる電流密度の低い領域です不動態の耐食性能をさらに高めるには 1 活性アノード溶解のピーク電流 i p を小さくする 2 不動態化電位 E F を卑にする 3 不動態における電流 i pp を小さくするがあり図中の赤矢印のように移動させることに相当しますそして鉄に対してこの12 3の効果をもつのが Cr 添加です Cr 濃度が高いほど CrO OH nh 2 O が FeO OH mh 2 O より多くなることで不動態膜中の Cr 濃度が高くなり強固な耐食性を示します活性態不動態アノード電流密度 i p i pp 酸素発生不動態金属のアノード分極曲線電位 E F 図 3 不動態形成合金の分極曲線模式図不動態膜は酸素が供給されない環境下では形成されませんつまり硝酸のような酸化性の酸を含む腐食環境下では不動態膜を形成して錆は抑えますが硫酸や塩酸のような非酸化性の酸では不動態膜は形成されず腐食が進行しますでは酸化性の酸と非酸化性の酸はどのように区別されるのでしょうか? 酸の化学式を見るとその構造は 2 つの部分に分 5

6 かれます水素イオン (H + ) の部分とそれ以外の部分です例えば硝酸 (HNO 3 ) の場合は H + と NO - 3 といった具合です酸化性の酸とは H + 以外の部分も酸化剤として働き金属を酸化させますそれに対して非酸化性の酸は H + 以外の部分は酸化剤として働かない酸で金属を酸化するのは H + だけとなりますつまり H + よりイオン化傾向の小さい金属とは反応しませんステンレスの場合非酸化性の酸では金属の不動態膜を形成するのに十分な酸化剤を含まないために耐食性が劣ります図 4 は非酸化性の酸である HCl( 左図 ) と酸化性の酸である HNO 3 ( 右図 ) 中の Fe-X(X=Cr, Ni, Mo, Al, Mn) 合金の溶解減量を X 添加量に対してプロットしたものですこの図から非酸化性の酸では Mo と Ni 添加が酸化性の酸では Cr と Mo が有効であることがわかります溶解減量 / mg/cm 2 /hr Al Cr Mn Mo Ni 溶解減量 / mg/cm 2 /hr Mn Ni Mo Al Cr 合金元素添加量 / % 合金元素添加量 / % 図 4 Fe-X 二元合金の 1%HCl( 左 ) と 1%HNO 3 ( 右 ) 水溶液中溶解速度の添加量依存性 4. フェライト系ステンレスフェライト系ステンレスでは Cr を 16% 以上含有し相を安定化させています図 5 は Fe-Cr 系状態図ですが特徴の第一は高温低 Cr 域に見られる相 ( ループと称する閉曲線で囲まれた領域 ) 以外は広範な組成と温度領域で相が安定な点です第二は中間組成において相と称する脆化を引き起こす金属間化合物相が存在する点ですフェライト系ステンレスで注意する点はフェライトが安定なために高温加熱で組織が粗大化しやすく劈開破壊しやすいことと 7~8 の加熱で相が析出し脆化を起こすことです前者を低温脆性後者を脆性と称しますまた図 5 から 5 近傍で熱処理を施すととに二相に分離し劈開破壊をおこしやすくなりこれを 475 脆性と称しますこうした脆化は Fe-Cr 合金の硬さの熱処理温度依存性を調べることで明らかになります図 6 は所定の温度で 1 時間熱処理を施した時の硬度ですが 5 近傍の硬化は 475 脆性に Fe-5.6%Cr 合金の 7~8 の硬化は脆性を反映します以上のように Fe-Cr 合金は Cr 添加量や温度によって様々な脆化を引き起こし実用には注意が必要です 6

7 11 5 温度 / Hardness / Hv Cr 28.4Cr 34.9Cr 5.6Cr Cr 量 / 原子 % Temperature / 図 5 Fe-Cr 系状態図図 6 Fe-Cr 合金の硬度の熱処理温度依存性フェライト系およびマルテンサイト系のステンレスは強磁性ですがオーステナイト系ステンレスは非磁性ですフェライト系ステンレスの熱伝導率 (.261 x1 2 W/m K) はオーステナイト系ステンレスの熱伝導率 (.162 x1 2 W/m K) よりも大きい特徴がありますこのため溶接部の応力集中に注意を払う必要がある反面高い熱伝導が求められる製品には好都合です IH ヒーターは急速加熱や弱火炊きといった出力の制御が可能なため多様な料理に対応でき普及が拡がっていますこの IH 用の鍋は熱伝導が高いと同時に透磁率が高い材料が求められますので耐食性に優れたフェライト系ステンレスが使用されますまた食品や製薬の製造現場では異物混入がご法度ですからその製造機器には磁性をもつフェライト系ステンレスが使用されますこれは万が一装置機器から不純物が混入しても磁石で異物除去ができるからです一方フェライト系ステンレスの熱膨張係数 (SUS43 は 1.4x1-6 /K) はオーステナイト系ステンレスの熱膨張係数 (SUS34 は 17.3x1-6 /K) に比べて小さいため加熱冷却時に表面スケールが剥離しにくいという特徴がありますさらに Ni を含まない鋼種のため耐硫化性や塩化物を含有する雰囲気下での応力腐食割れが発生しないという利点があります Ni を含まないために廉価であり 8 以下での耐熱材料として広く実用されています 5. オーステナイト系ステンレス図 4 で紹介したように Cr は酸化性の酸には耐食性がありますが非酸化性の酸ではむしろ耐食性を劣化させます耐食性の改善には腐食環境下で電子が流れないようにするすなわち局部電池を形成しないようにすることが重要で複相ではなく単相にすることが基本ですこの時に重要なのが C( 炭素 ) と α( フェライト ) あるいは γ ( オーステナイト ) 相安定化元素です C の固溶限は α に対しては.25%(723 ) γ に対しては 2.% 7

8 (113 ) です C は焼入性を高める一方で炭化物を形成し粒界腐食を引き起こしますフェライト安定化元素は Cr Mo Si Nb オーステナイト安定化元素は Ni C Mn があげられます合金元素によりフェライト相とオーステナイト相の室温での安定領域を示したのが図 7 のシェフラーの組織図ですこの組織図はフェライト安定化元素としての度合いを Cr 量に換算した Cr 当量を横軸にオーステナイト安定化元素としての度合いを Ni 量に換算した Ni 当量を縦軸にし安定相領域を示した図です Cr 当量 Ni 当量はそれぞれ (1) (2) 式で表記されます Cr当量 %Cr %Mo 1.5 %Si.5 %Nb (1) Ni当量 %Ni %Mo 3 %C.5 %Mn (2) 32 F=% F=5% Ni 当量 =%Ni+3%C+.5%Mn マルテンサイト (M) F+M A+M オーステナイト (A) F+M A+F+M A+F フェライト (F) F=1% F=2% F=4% F=8% F=1% Cr 当量 =%Cr+%Mo+1.5%Si+.5%Nb 図 7 シェフラーの組織図耐食性に限れば図 7 の青い領域のオーステナイト単相が有望で高価な Ni を少なくした.1% 程度の C を含有する 18%Cr-8%Ni 合金が開発され (18-8 ステンレス ) ました高価な Ni を更に少なくするためにオーステナイト安定化元素である Mn と N を添加したオーステナイトステンレスが JIS により規格化されました (SUS21 SUS22) またオーステナイト系はフェライト系に比べて強度が低いために固溶度と固溶硬化能が高い N を添加して強化した合金が同様に JIS で規格化されています (SUS34N) さらに Cr と Ni をわずかに減じた 17Cr-7Ni 合金 (SUS31) では冷間加工によりマルテンサイト変態がおこり加工硬化性を高めます元来オーステナイト系は加工硬化性が高いので強加工には不向 8

9 きですが冷間加工性を向上させるために Ni 量を増加させますオーステナイト系溶接材は高温割れが発生しやすいために溶接金属中に 5~1% のフェライトを含有させオーステナイト+フェライトの二相組織 ( 図 7 の紫の領域 ) になるように設計されています 18-8 ステンレスは優れた耐食性を示しますが実用上は局部腐食として以下の三つの腐食があります 5.1 粒界腐食 C は Cr と結合し Cr 23 C 6 として優先的に粒界析出しその周囲は Cr 濃度が低下しますこの低 Cr 領域と Cr 23 C 6 との間で局部電池を形成して粒界に添って腐食が進行しますがこの現象を粒界腐食と称します Cr 23 C 6 はステンレスを 5~85 で熱処理すると形成されますので溶接時の溶融部近傍においては粒界腐食が問題となりますその対策として以下の 3 つの方策がとられています 1 約 11 に再加熱し Cr 23 C 6 をオーステナイト中に溶解後に急冷し C を結晶粒中に拡散させることで炭化物を消失させる 2 Ti Nb Zr 等の安定で粒界に析出しにくい炭化物形成元素を添加する 3 製錬時の高温脱炭処理によりステンレス中の C 量を極力抑制する 5.2 応力腐食割れ溶接や塑性加工では材料に引張応力が残留されることがあり Cl - 等のハロゲンイオンを含む水溶液に晒されると割れが発生しますこの割れを応力腐食割れと称し結晶粒を貫く粒内割れと結晶粒界に沿って割れる粒界割れがあります粒内割れは Cl - を含む温水や MgCl 2 CaCl 2 等の塩化物水溶液中で粒界割れは Cl - と酸素を含む高温水や高温アルカリ水溶液中で起こります不動態皮膜金属溶解亀裂の成長転位の発生ステップ M M + H + H 亀裂先端部での応力集中水素拡散図 8 はこの発生機構を模式的に記したものですまず残留引張応力により不動態皮図 8 応力腐食割れの模式図膜表面にすべりによるステップが発生し皮膜が破壊されます破壊された部分を起点に亀裂が成長し亀裂によってできた新生面は化学的な活性点となります活性点では金属元素 (M) は溶解 ( アノード反応 ) して M + となりプロトンイオン (H + ) は還元され ( カソード反応 ) て H となり金属母材内に拡散し原子間結合力を低下させます応力集中による塑性変形と金属溶解水素拡散が相互に重畳し割れが進展します応力腐食割れの抑制には以下の方策がとられています 9

10 1 85~95 加熱後に徐冷し残留応力を低減する 2 ショットピーニングにより表面に残留する引張応力を低減する 3 Ni 増量 Mn P N 添加 C 減量により粒界腐食感受性を低減させる 5.3 孔食とすきま腐食腐食が局部的におこり表面から深さ方向に進行した場合を孔食と称し物質同士の接触界面にできた隙間に水溶液がしみこみ腐食を引き起こすことをすきま腐食と称しますたとえ表面が不動態皮膜で被覆されていても一部でも破壊されるとこのような腐食が進行しますこの腐食は Cl - に代表されるハロゲンイオンと酸素が原因です図 9 は孔食発生の模式図ですステンレスは不動態皮膜があるため貴の電位 ( プラス ) を持ちますが Cl - によって不動態皮膜の一部が破壊されるとその部分は卑な電位 ( マイナス ) となり両者で局部電池を形成し孔食が進行します Cl - は孔食部に集まると塩素濃度を高くなり金属を溶解させます溶出した金属イオンは水中で加水分解し H + 生成により ph が低下しますこの腐食は局所的に孔中で起き孔食は連続的に続きます不動態皮膜金属溶解 M M + Cl - ph 低下 M M + M + +H 2 O M(OH)+H + +e 図 9 孔食の模式図貴な電位母材卑な電位一方すきま腐食ですがそのすきまは 1 m 程度の空間厚みですそこに水溶液が侵入するとその部分の酸素濃度が他より低くなり酸素濃度の高低に起因する酸素濃淡電池 ( 通気差電池 ) を形成しますすなわち酸素濃度の高い部分はカソードとして H + が電子を受取り酸素の濃度の低い部分はアノードとなり金属が溶解して電子を排出しますアノード反応で生成した金属イオンは腐食生成物になります孔食やすきま腐食の抑制には局部腐食感受性を低減が必要で以下の方策が取られている 1 Cr Mo Ni Cu などを添加する (SUS316J1 SUS317) 2 硝酸処理により不動態皮膜中の Cr 濃度を増加させる 3 孔食の抑制には N 添加によるアンモニウム塩あるいは硝酸塩の形成が隙間腐食の抑制には硝酸イオンの不動態表面吸着が効果的 6. 二相ステンレスと析出硬化型ステンレス二相ステンレスは高強度高耐食性加工性を備えたステンレスですフェライト相とオーステナイト相の比率が 3:7 から 7:3 まで広範ですが通常は同比率のものが多用されますその物理的性質は両相の中間よりもややフェライト系ステンレスに近い性質 1

11 を持っています最大の特徴は耐塩素腐食に対して優れる点で 18-8 ステンレスの短所である孔食やすきま腐食を抑制するために Cr 量を増やし Mo W N などを添加しています図 1 は各種耐食ステンレスの耐力と耐孔食性の相関を示したものです図中の括弧内の数字は孔食指数 (PREN:Pitting Resistance Equivalent Number) と称し値が大きいほど孔食が起こりにくくなりますなお孔食指数は次式で与えられます PREN Cr% 3.3 Mo% 16 N% (3) フェライト安定化元素である Cr と Mo オーステナイト安定化相である Ni と N の量比をバランスよく配合し強度と耐食性の両方に優れた性能をもたらしています.2% 耐力 / N/mm リーン二相系 (26) 22Cr-LowNi-N 系 L 一般オーステナイト系 (25) 汎用二相系 (34-37) 22Cr-5Ni-3Mo-N 系スーパー二相系 (42) 25Cr-7Ni-4Mo-N 系高耐食オーステナイト系 (~4) 317L2, 312L 孔食発生臨界温度 / 図 1 各種耐食ステンレスの耐力と耐孔食性の相関 Cr 量が多いと安定な不動態膜を生成し耐食性は向上しますが炭化物等の析出物を生成し易くなり粒界腐食が懸念されますしかし Cr 量の増加によりフェライト相中の Cr が Cr 欠乏層に補充されるため粒界近傍での Cr 濃度分布は大きくなく粒界腐食は抑制されます Al Ti Nb Cu 等を添加し冷間圧延後に微細な析出物を分散させ強度を高めた合金を析出硬化型ステンレス (PH ステンレス ) と称します耐食性はオーステナイト系ステンレスに比べ劣りますがフェライト系ステンレスよりも優れています元来航空機材料用に開発された合金で国外には多鋼種ありますが JIS では SUS63(17Cr-4Ni-4Cu-Nb) SUS631 (17Cr-7Ni-1Al) SUS631J1(17Cr-8Ni-1Al) の 3 種です SUS63 は Cu 過剰相を SUS631 と SUS631J1 は NiAl 金属間化合物相を析出させていますどの合金も硬化相を析出させる前に固溶体化処理後に急冷してマルテンサイトあるいはオーステナイト不安定化処理後 ( セミオーステナイトと称します ) に変態処理を施してマルテンサイトとしています 11

12 7. 最後に 197 年代の半ば 18-8 ステンレス (SUS34) が錆びない鉄といううたい文句でシステムキッチンのシンクに採用されましたそれまでのシンクはコンクリートやタイル貼りでしたがオールステンレス製システムキッチンのシンクは間口形状が単純矩形ではない異型のラインアップを可能としデザインが一新されました熱に強くそして大型食器が洗えるスペースが確保できステンレスは豊かな生活の象徴に掲揚されましたステンレスへの需要は年々高まり様々な合金が開発されましたその中でも高 Cr 化と Mo 添加を施して局部腐食を抑えた高耐食ステンレスは関西国際空港旅客ターミナルビルに使用されスーパーステンレス (PREN>3 のステンレス ) という名称で新しいステンレスを印象付けました東京臨海副都心では東京国際展示場をはじめステンレスを内外装屋根モニュメントに用いた独創的でモダンな建造物が続々と創られ未来都市を彷彿させます海に囲まれた我国は建造物用の材料は塩害との戦いで高耐食ステンレスの開発を後押したと言えるでしょうそしてこの合金開発を可能にした背景に C N P S 等の不純物元素を極力低減した画期的なステンレス鋼精錬法である VOD (Vacuum-oxygen decarburization) や AOD(Argon-oxygen decarburization) 技術を見逃せませんこの技術により Cr 炭化物形成が抑制され多量のスクラップや低品位鉱石を原料にすることが可能となり安価で高機能なステンレスの製造が可能となりました最後にステンレスの将来を展望しましょう耐環境材料への社会的なニーズは今後もますます増え高耐食性高強度高加工性等への要望は高まると考えます素材面に着目するとレアメタル等の希少金属の省資源化として Ni や Mo 含有量の低減が焦点になると考えます Mo を節約した耐孔食性ステンレス鋼として N の役割が注目されていますがこうした新たな合金系の開発が必要でしょう一方用途に目を向けるとエネルギー環境分野での高耐食や高耐熱材料のニーズが挙げられます海水淡水化化学プラント火力原子力発電設備などでは大型長尺化に伴い溶接性が必要となり耐塩素性の向上は期待されるでしょう長い間実用に供されてきたステンレスは合金元素加工熱処理の技術の集積があり更なる高品質の合金開発が期待できる材料と考えます 12

ステンレスの用途より

ステンレスの用途よりステンレスの基礎ものづくり基礎講座 ( 第 31 回技術セミナー ) 金属の魅力をみなおそう第五回ステンレス東北大学金属材料研究所正橋直哉 masahasi@imr.tohoku.ac.jp 2012. Sept. 7 14:00~16:00 クリエイションコア東大阪南館 3 階技術交流室 A ステンレスの用途 http://www.jssa.gr.jp/ より世界のステンレス粗鋼生産量