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された高合金鋼です。

ステンレス鋼の原材料

その化学成分は主に鉄、炭素、クロムで、ニッケル、モリブデン、銅、チタン、ニオブなどの他の合金元素も含まれています。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少なくとも11.5重量％でなければなりません。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が形成されるためです。

大気中の空気や湿気の影響で、錆び層は依然として気孔を通じて内部に浸透する可能性があります。腐食現象が継続的に発生します。ただし、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膜層が形成されます。この膜は腐食性のガスや液体が内部に浸透するのを防ぐことができるため、腐食や錆が発生し続けないため、この名前が付けられています。特に、この保護膜はへこみ、傷、摩耗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です。

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ます。一般的に、金属組織に応じて 4 つのカテゴリに分類できます。

• 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」で分類されます。これはステンレス鋼シリーズのさまざまな標準グレードを示す文字です。各シリーズには、金属組織、磁気特性、用途が異なります。簡単に説明すると、次のようになります。

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などです。このシリーズは、クロム含有量が高く（約11.5〜27％のクロム）、ニッケルを含まず、炭素含有量が低い（≤0.2％の炭素）です。一般的に使用される基本タイプは430（16〜18％のクロム、≤0.12％の炭素）です。さまざまな温度で脂肪顆粒構造として維持されるため、熱処理によって硬化することはできません。

一般的に、冷間加工は硬度を高めるためにのみ使用されます。物理的特性に関しては、鉄（Fe、体心立方構造）と同様に強い常磁性を持ち、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 コードは 400 シリーズのクロムステンレス鋼で、 403、410、420などです。このシリーズのクロム含有量は肥料粒ステンレス鋼 (約 11.5-15% のクロム) よりも低く、炭素含有量は高くなっています (0.08-1.2% の炭素)。基本タイプは 410 (11.5-13.5% のクロム、0.15% の炭素) です。温度が変化すると、マティアン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。

マティアンのルーズボディの構造は体心立方晶または体心正方晶であるため、物理的性質の面でも磁性があり、主な用途は高温高圧に耐えるナイフ、外科用器具、エンジニアリング部品です。また、500シリーズもマティアン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。耐食性が悪いため、通常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

AISI番号には300シリーズと200シリーズの2種類のステンレス鋼があります。300シリーズは302、304、316などのクロムニッケルステンレス鋼です。一般的に使用されているタイプは304です。その標準化学成分は18％のクロムと8％のニッケルを含み、一般に18-8ステンレス鋼と呼ばれています。さまざまな温度でオーステナイト組織として維持されるため、熱処理で硬化することはできず、一般的に冷間加工によってのみ材料を硬化できます。

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・装飾など、最も用途が広いです。オーステナイト系の体組織は面心立方結晶なので非磁性ですが、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、少量の肝遊離体変形を誘発し、弱磁性になります。

また、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。たとえば、AISI 304鍛造ステンレス鋼は、コードがCF-8である鋳造ステンレス鋼ACI（Alloy Casting Institute）に相当します。流動性のために、多量のシリコン（2％）を添加する必要があります。ただし、シリコンは脂肪顆粒の安定化元素であり、オーステナイトベースに少量の島状の脂肪顆粒の形成を促進するため、弱い磁気特性も持っています。

上記を見ると、304ステンレス鋼は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。その化学成分は、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になります。これは、マンガンとニッケルが両方ともオーステナイト系であるためです。安定化元素は通常ニッケル（Mn / Ni≅2）で、マンガンを約2倍の量で置き換えたものは、300シリーズと同じで、非磁性でもある比較的安価なオーステナイト系ステンレス鋼です。一般的には、自動車のホイールカバーや厨房機器に使用されます。

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 シリーズのステンレス鋼。このタイプのステンレス鋼は、第二次世界大戦中の航空業界のニーズに応えて開発されました。主にさまざまなクロムとニッケルでできています。主な成分はフェロアロイで、銅やアルミニウムなどの合金元素が追加されています。

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）磁性を有するマティアンのバルク析出硬化ステンレス鋼、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（ブランド名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（ブランド名A286）

このタイプのステンレス鋼は、硬度と強度が高いですが、航空業界やロケット業界で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慣例です。

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.