用途に合った最適なステンレス鋼を選びましょう。グレードと特性に関する実用ガイド
ステンレス鋼の化学組成はその特性を大きく左右し、性能やコスト、寿命に影響を及ぼします。主要な要因を把握し、適切な化学組成を確認することで、特定の用途に最適な選択を行うことができます。
以下に、ステンレス鋼の選定時に適切な判断を下すための 7 つの重要な要素を、実例とグレード推奨事項と共に示します：
1. ステンレス鋼にはどのような耐性が求められますか？
ステンレス鋼はさまざまな環境要因に対する耐性を備えていることが、大きな特長の一つです。耐食性は、酸や塩化物、または過酷な産業・海洋環境にさらされる用途においては不可欠です。同様に、高温・低温の双方に対する耐熱性も、過酷な環境では考慮すべき要素となります。
- 耐腐食性： 海洋環境では、316、316L、および 904L のグレードは、孔食や塩化物腐食に対する耐性があるため理想的です。工業環境において、2205 二相ステンレス鋼は優れた耐食性と強度を誇ります。
- 高温用途： 310、S30815、および 446 などの耐熱グレードは、炉の部品や熱交換器に一般的に使用されています。
- 極低温環境： 304LN、316、904L などの低温グレードは、極低温でも強靭性と強度を維持できるため、LNG 貯蔵タンクや極低温配管に最適です。
2. 成形性はどれくらい重要ですか？
成形性は、材料がひび割れたり構造的な健全性を失うことなく、どれだけ容易に成形できるかを左右します。
- 成形が容易なグレード： 304、316 および 430 は、優れた成形性により、調理器具、キッチンシンク、複雑な建築デザインの製造に広く使用されています。
- 特殊用途： 成形性と高い耐食性の両方が求められる用途には、2205 および 3CR12 が有力な選択肢となります。
3. お使いの鋼材は、機械加工を行う必要がありますか？
ステンレス鋼の機械加工性は、グレードと組成によって異なります。機械加工中の加工硬化が課題となる場合がありますが、303 や 416 などの特定のグレードには、機械加工性を高めるために硫黄が含まれています。
- 機械加工しやすいグレード： 303 および 416 は、ネジ、ファスナー、ギアなどの機械加工部品の製造に最適です。これらのグレードは、機械加工性と許容できる耐食性のバランスが最適となっています。
- 機械加工性と耐性のバランス： 3CR12 は、耐摩耗性と機械加工性が同様に重要なコンベアベルトや鉱業用部品に最適です。
4. 溶接は必要ですか？
不適切なグレードのステンレス鋼を使用した溶接では、ひび割れや腐食などのリスクが生じます。
- 溶接に適したグレード： 304L および 316L は低炭素であるため、溶接接合部の粒界腐食を最小限に抑えることができ、タンクや配管などの食品用機器に広く使用されています。
- 特殊溶接： 化学処理プラントの場合、347（ニオブで安定化）は、応力腐食割れに対する優れた耐性と優れた溶接性を備えています。
5. 熱処理は必要ですか？
熱処理によりステンレス鋼の機械的特性が変化するため、特定の用途では重要な考慮事項となります。
- 硬化可能グレード： 440C および 17-4PH は、熱処理によって高い硬度と耐摩耗性を実現するため、外科用器具や切断刃などの精密工具によく使用されます。
- 非硬化性グレード： 装飾パネルやクラッディングを製造する場合、304 や 316 などのオーステナイト系グレードは、硬化を必要とせずに強度と表面仕上げを維持できるため、推奨されます。
自動車のギア部品には、耐食性と機械加工性のバランスが取れた特性を持つステンレス鋼が必要です。
6. 鋼材にはどれくらいの強度が求められますか？
適切な強度を選択することで、余分なコストや重量を抑えつつ安全性を確保できます。
- 高強度グレード： 440C などのマルテンサイト鋼および 17-4PH などの析出硬化鋼は、航空宇宙および自動車部品に必要な優れた強度と耐久性を備えています。
- 中程度の強度と延性： 316 および 304 は、手すりや橋梁など、強度と柔軟性のバランスが求められる構造用途で一般的に使用されています。
- 二重の強度と耐腐食性： 2205 や 2507 などのデュプレックスグレードは、優れた強度と応力腐食割れ耐性を備えているため、海洋プラットフォームや化学薬品貯蔵タンクで使用されます。
異なる合金は、硬度、耐食性、強度などの物理的特性がそれぞれ異なり、これらは化学組成、微細構造、熱処理、合金元素の有無などの要因によって影響を受けます。
下の表で、これらの特性の違いをご覧いただけます。
7. 初期コストとライフサイクルコストはどのように比較できますか？
ステンレス鋼の費用対効果は、使用環境や用途への適合性によって左右されます。
- 高い耐腐食性と長寿命： 水処理施設や海水淡水化プラントの場合、316 や 2205 は初期投資が高くなる可能性がありますが、長期的にはメンテナンスや交換に掛かる費用を削減することができます。
- コストパフォーマンスのよいオプション： エレベーターのパネルや装飾用の手すりなどの屋内用途には、430 や 3CR12 が性能要件を満たしつつ、初期コストを低く抑えることが可能です。
ステンレス鋼グレード構成と合金元素の効果の例：
| グレード | クロム（Cr） | ニッケル（Ni） | 炭素（C） | モリブデン（Mo） | マンガン（Mn） | シリコン（Si） | 窒素（N） | その他の元素 |
| ステンレス鋼への影響 | 酸化耐性と硬化性を向上させる | 強度、硬度、延性の向上 | 強度、硬度を向上させる | 硬度、高温強度、耐腐食性の向上 | 強度の向上、脱酸の最小化 | 強度、硬度、耐酸化性の向上 | 耐腐食性、耐孔食性、耐隙間腐食性の向上 | |
| 304 | 18.0–20.0% | 8.0–10.5% | ≤0.08 ％ | – | ≤2.0 ％ | ≤0.75 % | – | – |
| 316 | 16.0–18.0% | 10.0–14.0% | ≤0.08 % | 2.0–3.0% | ≤2.0 % | ≤0.75 % | – | – |
| 310 | 24.0–26.0% | 19.0–22.0% | ≤0.25 % | – | ≤2.0 % | ≤1.50 % | – | – |
| 904L | 19.0–23.0% | 23.0–28.0% | ≤0.02 ％ | 4.0–5.0% | ≤2.0 ％以下 | ≤1.00 ％ | – | 銅（1.0 ～ 2.0 %） |
| 2205 | 21.0–23.0% | 4.5–6.5% | ≤0.03 % | 2.5–3.5% | ≤2.0 % | ≤1.00 ％ 以下 | 0.08–0.20% | – |
| 3CR12 | 10.5–12.5% | ≤1.5 ％ | ≤0.03 ％ | ≤0.6 ％ | ≤1.5 ％ | ≤1.00 ％ | – | リン (≤0.04 ％)、硫黄 (≤0.015 ％) |
| 17 - 4 PH | 15.0–17.5% | 3.0–5.0% | ≤0.07 ％ | ≤0.50 ％ | ≤1.0 ％ | ≤0.50 ％ | – | 銅（3.0 ～ 5.0 ％）、ニオブ（≤≤ 0.45 ％） |
| 303 | 17.0–19.0% | 8.0–10.0% | ≤0.15 % | – | ≤2.0 % | ≤1.00 % | – | 硫黄（0.15 ～ 0.35 ％） |
| 416 | 12.0–14.0% | ≤1.5 % | ≤0.15 ％ | – | ≤1.25 % | ≤1.00 % | – | 硫黄（0.15 ～ 0.35 %） |
| 347 | 17.0–19.0% | 9.0–13.0% | ≤0.08 % | – | ≤2.0 % | ≤0.75 % | – | ニオブ (≤1.0 %) |
| 430 | 16.0–18.0% | – | ≤0.12 % | – | ≤1.0 % | ≤1.00 % | – | – |
| S30815 | 24.0–26.0% | 19.0–21.0% | ≤0.10 % | 0.20–0.60% | ≤2.0 % | ≤1.50 % | 0.08–0.20% | – |
正確なグレード識別で選択をよりシンプルに
ハンドヘルド蛍光 X 線分析計 Vanta を用いた鋼種試験の結果
用途に適したステンレス鋼のグレードを選択することは困難ですが、その正確性を維持することは非常に重要です。購入資材を完璧に管理することで、製品の信頼性と性能を強化してコストのかかるミスを防ぎ、品質基準への準拠を可能にします。
使い慣れたグレード名や商標名を用いてリアルタイムに一致メッセージを表示できるため、習熟期間を短縮し、効率を向上させます。
ハンドヘルド蛍光 X 線分析計 Vanta は、 非破壊で正確なグレード識別と成分分析を行える、非常に有用なツールです。ハンドヘルド蛍光 X 線分析計を使用することで、材料選択のプロセスを効率化し、購入時の信頼を高めることができます。
関連製品
Vladimir Vermus
ビジネススペシャリスト（分析機器担当）
Vladimir Vermus は、モスクワ鉱業大学で学士号を取得後、当社にてハンドヘルド蛍光 X 線分析計（XRF）分野で 10 年間の経験を積んでいます。セールスエンジニアとしてキャリアを開始し、直接販売を 4 年間担当した後、独立国家共同体（CIS）における蛍光 X 線分析計の販売開発管理業務に携わりました。現在は、ヨーロッパ・中東・アフリカ（EMEA）地域における蛍光 X 線分析計のマーケティング、販売、およびアプリケーション分野を専門としています。