水回りの材料館① ステンレス その２　

• （詳細解説）『プロの目』から見たステンレスとは？

（詳細解説）
『プロの目』から見たステンレスとは？

◎ステンレス鋼一覧
ステンレスにはその成分によって大きく2つの種類に分かれ 組織的には3つに分かれてています。

Cr系	13Cr  マルテンサイト系	SUS4xx	431,403,410,420,440.......
	18Cr  フェライト系	SUS4xx	430,405........
Cr-Ni系	18-8  オーステナイト系	SUS3xx      SUS2xx	304, 304L,316.316L.....

「ねじ」などにもっとも多く利用されるのはオーステナイト系 のSUSのあと、頭が 3 で始まる鋼種で小ねじは線材SUS304相当の冷間圧造用鋼種線材 XM 7 が多く利用されます。タッピングなどには硬いSUS410が利用されます。

ステンレスの鋼種はアメリカのAISIの記号ナンバーにあわせて3桁の数字で表すことになっています。日本独特の鋼種にはj1、j2などの連番がつきます。この他析出硬化系SUS6xx(PHタイプ)、耐熱鋼板(SUH)、5%Cr系 SUS5xx などがあります。

●オーステナイト系ステンレス

　一般には１８－８ステンレスとも呼ばれます。冷間加工だけで硬化し、熱処理では軟化します。（オーステナイト組織）冷間加工で微弱な磁性を有し、熱処理状態で非磁性です。

WS＝ＪＩＳ　Ｇ　４３１５　冷間圧造用ステンレス鋼線、　W＝ＪＩＳ　Ｇ　４３０９　ステンレス鋼線（303など切削向け）
WP＝ＪＩＳ　Ｇ　４３１４　ばね用ステンレス鋼線　　　、　CP＝ＪＩＳ　Ｇ　４３０５　冷間圧延ステンレス鋼板
☆ SUS304は広く知られていますが 「ねじ」材料用の相当鋼種SUSXM7の名前の認知度は薄い。 このXM7は開発コードで、1977年にJISに認められたときにはすでに業界で名前が通っていたので、そのままXM7となってしまった。SUS304cuというような名前にしていればわかりやすかったのに。 耐食性、強度は304と同等で、成型のための冷間圧造加工性の向上をはかったもので この材料のおかげで品質が良くて コストの安いステンレス「ねじ」が生産できるようになりました。

●マルテンサイト系ステンレス

　普通の鋼と同様に、焼入れによってマルテンサイト組織を生じて硬化します。強く、硬いので410はタッピングなどに利用されています。反面もろく、耐食性では他の系列のステンレスに劣ります。　常温で磁性を持っています。

●フェライト系ステンレス

　冷間加工で若干硬化しますが、熱処理して急冷しても硬化しません。常温で磁性を有します。

●析出硬化系ステンレス

●二相合金、オーステナイト・フェライト系ステンレス

◎ステンレスの特性 性質

　　耐食性　　　ステンレスには、広範囲の環境条件下において不動態という基質に比べて科学的にきわめて安定な薄い皮膜が形成される能力があり腐食を防いでいます。鉄は鉄鉱石をコークスから得られる一酸化炭素ＣＯで還元してつくられます。そして、大気中の水分や酸素と反応して錆びます。
　　　２Ｆｅ＋３Ｈ２Ｏ＋３／２Ｏ２ →２Ｆｅ（ＯＨ）３［Ｆｅ２Ｏ３Ｈ２Ｏ（赤錆）］
　ステンレス鋼は同じ鋼の仲間ですがクロムやニッケルなどを含むことにより不動態を形成して錆を防いでいます。ただし、強い酸やアルカリ液で温度が高いときは腐食します。ステンレスだから絶対に錆びない というわけではありません特に日常の中では海水などの塩分による錆びの発生が多いようです。
　髪止めの鉄のピンなどをステンレスの洗面台などに置きっぱなしにすると錆びたピンから「もらいサビ」することがあります。水により不動態の皮膜が遮蔽されるのも原因のひとつです。ステンレス製品は塩分や汚れを除いて表面を綺麗にしておくことが長持ちの基本です。
　対候性はステンレスの大きな魅力のひとつです。　一般には18-8(304)が利用されますが海の近くや工業地帯などの汚染大気には18-12Mo (316)が利用されます。チタンなどを配合してより対候性の良い鋼種も開発されているようです。

・密度．．．g/cm³体積1立方センチメートルあたりの物質の質量
・比熱．．． ^ca3/g/℃  １グラムの物質を１度上昇させるのに必要な熱量。　  FeにCが入るほど比重は小さくなります
・熱伝導率．．．Kcal/mhr℃。        オーステナイト系は伝導率が悪く焼きつきの原因でもありますが魔法瓶のように伝導率の悪さが良い方向に向いている商品もあります手入れの簡単なことで鍋にも利用されてきましたが、熱伝導率が悪い焦げができやすいという欠点がありましたが ステンレスの間に銅などを はさんだ便利な鍋も登場しました。               
・熱膨張．．．x10^-6。       18-8は 鋼に比べて約1.5倍。アルミは更に大きく膨張します。 同じステンレスでも種類により大きく膨張率は異なるので、カシめた場合応力の違いによリ発生する 割れに注意する必要があります。
・電気抵抗．．．??ーcm  ステンレスは電気を通しにくい金属です。           
・磁性．．．オーステナイト系は基本的に非磁性ですが強い冷間加工を行うと磁性を有します。身のまわりに多い１８－８系も非磁性です。フェライト系やマルテンサイト系は磁性があります。
・ヤング率（縦弾性係数）kgf/mm2
・剛性率(横弾性係数)

1.引っ張り応力に対して どの程度強いかを示す引っ張り強さ、0.2%耐力
2.延性を示す伸び、絞り、曲げ
3.硬さ
4.じん性を示す衝撃値
5.高温での強さを評価する引っ張りクリープ強さ、破断強さで評価される機械的な性質はステンレスの種類と温度により違いがあります。

　各鋼種とも５００度まではかなり高い引っ張り強さを示しますが、
　それ以上は強度の低下が著しくなります。


低温における機械的性質
　１８－８系は極低温においてもじん性の低下がきわめて少なく、シャルピー衝撃値も100～－200度で80～100ft-1bにあり、ＳＵＳ３０４では－２６９度における引っ張り強さが１５０kgf/mm2を示し伸びも３０～４０％と優れています。

◎ステンレスの加工、表面処理　

　オーステナイト系は伸び値が大きいため過酷な曲げ絞り加工を行っても割れにくいですがフェライト系やマルテンサイト系は割れやすい性質があります。
　切削加工には３０３などの快削ステンレス鋼を利用します。
　一般のオーステナイト系は加工硬化が激しく、熱伝導が悪いので工具も摩耗しやすく扱いにくいものになります。

　溶接加工では、オーステナイト系では普通鋼よりも熱膨張計数が５０％大きく熱伝導率は半分以下ですので、工作物がひずんだり割れができたり内部残留応力が大きくなったりしますので、特性にあった溶接方法をとることが大切です。また、オーステナイトの場合は、４５０～８５０度に長時間さらされるとステンレスの中のクロムが炭素と結合し結晶内からでて、結晶粒の間にたまる性質があり、その部分のクロム量が減ると耐食性が劣化してしまいます。

・耐食性を保つためには、不動態皮膜を保持することが大切で表面を綺麗にすることが必要です。
・ステンレスの研磨には、ベルト、バレル、バフなどの機械による研磨と電解研磨が利用されています。
・ステンレスへの電気メッキは、表面の不動態皮膜を除去する活性化という処理をして、すぐにメッキを施します。活性化処理は１０～３０％塩酸に浸ける方法と、２０～５０％硝酸を７０度に加熱して浸ける方法があります。ステンレス表面に高温で金属または非金属を拡散浸透させる拡散メッキのアルミ拡散メッキは高温腐食にきわだった抵抗力をもちます。また、ＰＶＤ（物理蒸着）ＣＶＤ（化学蒸着）といった方法でも表面処理されるようになりました。

◎ステンレスの用途
　ステンレスはネジをはじめ、ありとあらゆるところに使われています。目立つところでは、電車のステンレスカー、タンクローリー車。身近な所では腕時計のウラ蓋、フロや流し台、手すりなど。そして、病院の各器具や施設、工場のプラントや食品設備にも。 その他、焼き入れのできるマルテンサイト系では刃物、タービンプレード、シャフト、ノズル、ベアリング、タッピングやドリルビスの全体、または刃先に利用されています。
　
・ステンレスを上手に使うポイントは 綺麗にしておくことです。サビを防ぐ不動態皮膜を造るためには、表面が綺麗で酸素が供給されていることが重要です。仮に錆びてしまっても、その部分を細かい紙ヤスリ等で削って洗い流せば自身の力で復活させることが出来ます。

さびず、強く、美しく　

ステンレス鋼（Ｓｔaｉｎｌｅｓｓ　ｓｔｅｅｌ）とは文字通り、「さびない、汚れない」という意味です。ステンレスほど急速に近年一般化した素材の例はあまり見当たりません。安定した需要の伸びの理由は、やはり「腐食に強く、外見に勝り、強度に優れる」という三拍子そろったステンレス鋼の持つ特性が広く評価されるようになったからだと思われます。 　ステンレスと言っても実は色々な種類がありますが、大別するとクロム系が２種類、クロム・ニッケル系が１種類の合計３つになります。それぞれの特性はかなり違ったものです。最も標準的なのがクロム１８％、ニッケル８％を含む１８－８ステンレスです。実はここ数年の傾向として、汎用素材として主流を占めていたこの１８－８ステンレスは、むしろ減少の兆しです。その代わりとして最近特に顕著なのが、含有量を変えたステンレス鋼の受注です。 　例えば、典型的なものとして関西国際空港旅客ターミナルビルの「スーパーステンレス」があります。クロムの含有量を３０％に高め、モリブデンも２％加えて耐蝕性を強くしたものです。潮風にも負けない耐蝕性への要求からです。千葉県幕張メッセの大展示場の屋根も、クロム２２％、モリブデン１０％を加えたステンレスになっています。 　平成8年に完成して話題を呼んでいる東京都の臨海副都心の、東京国際展示場でも屋根材はステンレスで施工されていて、いまや臨海部の大建造物はステンレスが主流の観を呈しています。また、私たちの住生活の面でも物干し台、伸縮竿、炊飯器材などヒット商品が続出して、強い、清潔、保ちがよい─というポピュラー材として広く普及しています。 金物分野でもその特性を活かして、積極的に応用しています。以前は普通鋼であったものをステンレスに改善していくものが多数あります。その多くはＪＩＳ適合のSUS－304またはSUS－430が用いられています。皆様もお仕事の際一寸細かく観察して頂ければ、取り付けネジ１本に至るまでステンレスが金物部品の分野でも活躍していることがお分かり頂けるものと思います。 　素材の輸出ということは資源に乏しい我国では例外に属することですが、ステンレス鋼の輸出は特筆に価します。鋼鉄大手１１社の受注量の筆頭は輸出で、全体の１／４を超えて２７．８％に達しています。まさに国際商品と申してよいでしょう。内需分野では家庭用および業務用機械・器具が１３．３％を占め、次いで建設用10.2％、産業用機械・器具の５．９％など、言うなれば「使われていない分野は、まず無い」というように考えてよろしいかもしれません。 ステンレスの特性を活かして、私たちの生活全般の機能化が進めば進むほど、1912年に発明された当時の「夢の素材」はまた新しい含有量の研究がなされて、ますます期待される未来素材として発展していくのではないでしょうか。　（吐夢僧也）

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