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腐食の種類とステンレス鋼の耐食性

Apr 07, 2024 伝言を残す

1. 腐食の種類と定義

数多くの工業用途の中で、ステンレス鋼は今日、満足のいく耐腐食性能を提供できます。使用経験に基づくと、ステンレス鋼の腐食は、機械的破損に加えて、主に局部腐食(応力腐食割れ、孔食、粒界腐食、腐食疲労、隙間腐食)として現れます。これらの局部腐食によって引き起こされる破損事例は、破損事例のほぼ半分以上を占めています。実際、多くの破損事故は、適切な材料選択によって回避できます。

応力腐食割れ (SCC): 腐食環境下で応力を受けると鋭い線が広がることで合金が破損する現象を表す一般的な用語です。応力腐食割れは脆性破壊形態を呈しますが、靭性の高い材料でも発生することがあります。応力腐食割れが発生するために必要な条件は、引張応力 (残留応力または外部応力、あるいはその両方) と特定の腐食性媒体の存在です。パターンの形成と拡大は、引張応力の方向とほぼ垂直です。応力腐食割れを引き起こす応力値は、腐食性媒体がない場合に材料が破損するために必要な応力値よりもはるかに小さくなります。微視的レベルでは、粒子を通過する亀裂は粒内亀裂と呼ばれ、粒界に沿って広がる亀裂は粒内亀裂と呼ばれます。 応力腐食割れが特定の深さ(荷重を受けた材料の断面にかかる応力が空気中の破壊応力に達する深さ)まで広がると、材料は通常の亀裂に従って破壊します(通常は延性材料の微細欠陥の集合によって)。したがって、応力腐食割れによって破損する部品の断面には、応力腐食割れの特徴的な領域と微細欠陥の集合に関連する「くぼみ」領域が含まれます。

スポット腐食: 腐食を引き起こす局所的な腐食です。

粒界腐食: 粒界境界は、異なる結晶方位を持つ粒子間の無秩序な転位の境界であるため、さまざまな溶質元素または金属化合物 (炭化物や δ など) の偏析や沈殿に有利な領域です。したがって、特定の腐食性媒体では粒界が最初に腐食されるのは驚くことではありません。このタイプの腐食は粒界腐食と呼ばれ、ほとんどの金属と合金は特定の腐食性媒体で粒界腐食を示す可能性があります。

ギャップ腐食: 溶液が滞留しているギャップや遮蔽された表面で発生する可能性のある局所腐食の一種です。このようなギャップは、金属と金属、または金属と非金属の接合部、たとえばリベット、ボルト、ガスケット、バルブ シート、緩んだ表面堆積物、海洋生物との接合部に発生することがあります。

全面腐食:合金の表面全体に比較的均一に発生する腐食現象を表す用語です。全面腐食が発生すると、腐食により材料が徐々に薄くなり、材料自体も腐食して破損します。ステンレス鋼は強酸や強アルカリで全面腐食を示す場合があります。このタイプの腐食は通常、簡単な浸漬テストや腐食に関する文献を参照することで予測できるため、全面腐食によって引き起こされる破損の問題は特に心配する必要はありません。

2. 各種ステンレス鋼の耐食性

304: 優れた総合性能(耐食性、成形性)が求められる機器や部品の製造に広く使用されている汎用ステンレス鋼です。

301: ステンレス鋼は変形中に大きな加工硬化を示し、高い強度が要求されるさまざまな用途に使用されます。

302: ステンレス鋼は、本質的には炭素含有量が多い 304 ステンレス鋼の変種であり、冷間圧延によってより高い強度を実現できます。

302B: シリコン含有量が多く、高温酸化に対する耐性が高いステンレス鋼の一種です。

303 および 303Se: それぞれ硫黄とセレンを含む快削ステンレス鋼で、主に容易な切削と高い表面光沢が求められる状況で使用されます。303Se ステンレス鋼は、このような条件下での熱間加工性が優れているため、熱間圧造が必要な部品の製造にも使用されます。

304L: 炭素含有量の少ない 304 ステンレス鋼の変種で、溶接が必要な状況で使用されます。炭素含有量が低いため、溶接部近くの熱影響部での炭化物の析出が最小限に抑えられますが、炭化物の析出により、特定の環境でステンレス鋼の粒界腐食 (溶接侵食) が発生する可能性があります。

04N:窒素含有ステンレス鋼であり、窒素を添加することで鋼の強度が向上します。

305 および 384: ステンレス鋼はニッケル含有量が高く、加工硬化率が低いため、冷間成形性が要求されるさまざまな用途に適しています。

308: ステンレス鋼は溶接棒の製造に使用されます。

309、310、314、330: ステンレス鋼はニッケルとクロムの含有量が比較的高く、高温での耐酸化性とクリープ強度が向上しています。30S5 と 310S は 309 と 310 ステンレス鋼のバリエーションで、唯一の違いは溶接継ぎ目付近の炭化物の析出を最小限に抑えるために炭素含有量が低いことです。330 ステンレス鋼は、浸炭と熱衝撃に対する耐性が特に優れています。

316 および 317: ステンレス鋼にはアルミニウムが含まれているため、海洋および化学産業の環境での孔食に対する耐性は 304 ステンレス鋼よりも大幅に優れています。その中で、316 ステンレス鋼のバリエーションには、低炭素ステンレス鋼 316L、窒素を含む高強度ステンレス鋼 316N、および高硫黄含有量の快削ステンレス鋼 316F があります。

321、347、348はそれぞれチタン、ニオブ、タンタル、ニオブで安定化されたステンレス鋼で、高温で使用される溶接部品に適しています。348は、タンタルとドリルの量に一定の制限がある原子力産業に適したステンレス鋼です。

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