ステンレス鋼：知っておくべき4つの種類の違い

ステンレス鋼とは何ですか?

いわゆるステンレス鋼は、鉄を基本材料として合金元素を加えて製錬した高合金鋼です。
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ステンレスの原料とは？

その化学組成は主に鉄、炭素、クロムで、ニッケル、モリブデン、銅、チタン、ニオブなどの合金元素が含まれています。クロムは第一の主要な合金元素であり、ステンレス鋼と呼ばれるにはクロム含有量が重量比で少なくとも11.5%である必要があります。一方、ニッケルは第二の主要な合金元素です。鋼の表面が錆びやすいのは、鉄が空気中の酸素によって酸化され、多孔質の酸化鉄錆層を形成するためです。

大気中の空気や湿気の影響で、錆層は細孔から内部に浸透し、腐食現象が継続して発生します。しかし、ステンレス鋼にはクロムが含まれています。クロムは鉄よりも活性が高いため、表面に密着性が高く、緻密で気密性の高い酸化クロムの皮膜が形成されます。この皮膜は腐食性のガスや液体が内部に浸透するのを防ぎ、腐食や錆が発生し続けることを防ぎます。そのため、この名前が付けられています。特に、この保護皮膜はへこみ、傷、摩耗などによって損傷を受けても、空気（酸素）がある限り再形成されるため、腐食や錆が発生しにくいのです。

ステンレス鋼の特性と利点

ステンレス鋼には多くの独自の利点があります。

• 耐食性：これはステンレス鋼の最も重要な特性であり、湿気の多い環境や化学物質の中でも安定した状態を保つことができます。

• 強度と耐久性: ステンレス鋼は高温に耐え、変形しにくいため、長寿命です。

• 成形性: ステンレス鋼は、さまざまなニーズに合わせてさまざまな形状やサイズに加工することが容易です。

• 美的魅力: ステンレス鋼は錆びにくいだけでなく、滑らかで美しい表面も備えています。

• メンテナンスが簡単：ステンレスは錆びにくいので、お手入れも簡単で便利です。

ステンレス鋼の用途

ステンレス鋼は、その耐食性と高い強度により、日常生活や主要産業で広く使用されています。家庭用キッチン用品、建築装飾、医療機器、食品加工機器などの分野で活躍しています。抗菌性、美観、清掃の容易さから、ステンレス鋼は選ばれる素材となっています。さらに、ステンレス鋼は重工業、エネルギー、輸送、航空宇宙などの専門分野でも優れた性能を発揮し、過酷な環境下でも高圧、高温、化学腐食に耐えることができます。生活の利便性向上から最先端技術のニーズへの対応まで、ステンレス鋼はその耐久性と環境保護性により、現代社会に欠かせない重要な素材となっています。

ステンレス鋼の4つの主な種類

ステンレス鋼の分類：ステンレス鋼には多くの種類があり、一般的には金属組織に基づいて4つのカテゴリーに分類されます。

• 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
• オーステナイト系ステンレス鋼
• 析出硬化型ステンレス鋼

アメリカ鉄鋼協会（AISI）とアメリカ材料試験協会（ASTM）の規格を例に挙げると、鍛造ステンレス鋼は「 3桁の数字」で分類されています。これはステンレス鋼シリーズの様々な標準グレードを示すための記号です。各シリーズはそれぞれ異なる金属組織、磁気特性、用途を有しています。簡単に説明すると、以下のようになります。

1. フェライト系ステンレス鋼

これはAISI番号400シリーズステンレス鋼のクロムシリーズであり、 405、430、446などが含まれます。このシリーズはクロム含有量が高く（約11.5～27%）、ニッケルを含まず、炭素含有量が低い（炭素含有量≤0.2%）という特徴があります。一般的に使用される基本型は430（クロム16～18%、炭素≤0.12%）です。様々な温度域で脂肪粒組織を維持するため、熱処理によって硬化しません。

一般的に、冷間加工は硬度を高める目的にのみ用いられます。物理的特性としては、鉄（Fe、体心立方構造）と同様に強い常磁性を有し、主な用途は建築や自動車の装飾です。

2. マルテンサイト系ステンレス鋼

マルテンサイト系ステンレス鋼（AISIコード400）は、 403、410、420などのクロムステンレス鋼の400シリーズです。このシリーズのクロム含有量は、肥料穀物用ステンレス鋼（クロム約11.5～15%）よりも低く、炭素含有量は高くなっています（炭素0.08～1.2%）。基本タイプは410（クロム11.5～13.5%、炭素0.15%）です。温度変化に伴い、マルテンサイト系バルク相変態が発生するため、熱処理によって硬度と強度を高めることができます。

マティアン鋼のルーズボディ構造は体心立方晶または体心正方晶であるため、物理的性質においても磁性を有しており、主な用途はナイフ、外科用器具、高温高圧に耐えるエンジニアリング部品などです。また、500シリーズもマティアン鋼のバルクステンレス鋼に属しますが、クロム含有量はわずか4～6%であるため、クロム含有量が極めて低い分岐シリーズに分類されます。耐食性が低いため、一般的には耐熱合金鋼としてのみ使用されます。

3. オーステナイト系ステンレス鋼

ステンレス鋼には、AISI番号で300シリーズと200シリーズの2種類があります。300シリーズはクロムニッケルステンレス鋼で、 302、304、316などです。一般的に使用されているのは304です。標準的な化学組成は18%のクロムと8%のニッケルを含み、一般的に18-8ステンレス鋼と呼ばれています。様々な温度でオーステナイト組織を維持するため、熱処理による硬化は不可能で、通常は冷間加工によってのみ硬化させることができます。

このシリーズのステンレス鋼は耐食性が最も優れており、その中でも304は食器、弁当箱、医療・衛生機器、食品加工機器、建築・装飾品など、最も用途が広く使用されています。オーステナイト系の体組織は面心立方結晶であるため、非磁性ですが、冷間加工（圧延、伸張、研磨など）を施すと、表面が応力の影響を受け、少量の肝性遊離体変形を誘発することがあります。これにより、弱磁性になります。

さらに、鋳造ステンレス鋼と鍛造ステンレス鋼の磁気特性も異なります。例えば、AISI 304鍛造ステンレス鋼は、ACI（Alloy Casting Institute）の鋳造ステンレス鋼（コードCF-8）に相当します。流動性を高めるには、多量のシリコン（2%）を添加する必要があります。しかし、シリコンは脂肪顆粒の安定化元素であり、オーステナイト系母材中に少量の島状の脂肪顆粒の形成を促進するため、弱い磁気特性も有します。

上記を見ると、304ステンレス鋼を磁性があるかどうかだけで判断すると疑問が生じるかもしれません。200シリーズは、201や202など、300シリーズの分岐です。その化学組成は、ニッケルの一部をより安価なマンガンに置き換えて、クロムニッケルマンガンステンレス鋼となります。これは、マンガンとニッケルがともにオーステナイト系であるためです。安定化元素として、通常はニッケル（Mn/Ni≅2）を約2倍の量のマンガンに置き換えた比較的安価なオーステナイト系ステンレス鋼で、300シリーズと同じで非磁性です。一般的には自動車のホイールカバーや厨房機器などに使用されています。

4.析出硬化型ステンレス鋼

析出硬化型ステンレス鋼（AISI番号600シリーズ）は、第二次世界大戦中の航空産業のニーズに応えて開発されました。主にクロムとニッケルを主成分とする合金鉄で、銅やアルミニウムなどの合金元素が添加されています。

このシリーズのステンレス鋼は、金属組織の違いにより 3 つのタイプに分けられます。

（a）マティアンのバルク析出硬化型ステンレス鋼（磁性を有する）、例えば630（ブランド名17-4 PH）
（b）半オースタイト析出硬化型ステンレス鋼、磁性、例えば631（商品名17-7PH）
（c）オーステナイト系析出硬化型ステンレス鋼、非磁性、例えば660（商品名A286）

このタイプのステンレス鋼は、硬度と強度が高いものの、航空・ロケット業界では一般的に使用されていますが、エンジニアリング分野ではあまり使用されていないようです。ブランド名を使用するのが一般的です。

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参考文献 1. JG Parr A. Hanson(1993). ステンレス鋼、ASM、Metals Park.
2. Smith, WF (1993). エンジニアリング合金の構造と特性. McGraw-Hill Inc.
3. D. Peckner, IM Bernstein(1977). ステンレス鋼ハンドブック. McGraw-Hill Inc.

結論

ステンレス鋼は、その優れた性能と汎用性により、家庭用品と産業用途の両方において優れた価値を提供します。信頼できる建築金物サプライヤーとして、AllWINは多様なステンレス鋼製品を提供するだけでなく、お客様のご要望に合わせたカスタマイズされたソリューションも提供しています。ステンレス鋼製品にご興味をお持ちの方、ご質問のある方は、いつでもお気軽にお問い合わせください。