ステンレス鋼は錆びるのか？知っておくべきこと

ステンレス鋼は優れた耐食性を持つが、特定の条件下では錆びることがある。ステンレス鋼が経験する可能性のある様々なタイプの腐食を理解することで、腐食が発生した場合の損傷を軽減するための適切な対策を講じることができる。以下では、ステンレス鋼が錆びる理由と、ステンレス鋼から錆を除去する方法について説明する。

ステンレス鋼は錆びるか？

実際、ステンレス鋼は特定の条件下で錆びることがある。ステンレス鋼は、酸、アルカリ、塩を含む媒体の腐食に耐える一方で、大気酸化にも耐えることができます。その耐食性は、合金組成、使用方法、環境条件の種類によって異なります。例えば、304ステンレス鋼管は、乾燥した清浄な空気中では優れた耐錆性を示すが、塩分を含んだミストのある沿岸地域で使用すると、すぐに錆びてしまう。対照的に、316ステンレス鋼管はそのような環境下で優れた性能を発揮する。

ステンレス鋼は、その表面に非常に薄く強固で緻密なクロム酸化皮膜を形成することで耐食性を得ている。この膜は、酸素原子の継続的な侵入とさらなる酸化を防ぐ。一旦この薄い膜が損傷すると、空気中や液体中の酸素原子が侵入し続け、あるいは金属中の鉄原子が分離して酸化鉄を形成し続け、金属表面は腐食され続けることになる。表面皮膜の損傷にはさまざまな原因がある。以下のようなものがある：

ステンレス鋼の表面に他の金属元素や金属異物を含む埃が付着すること。湿度の高い空気中では、異物とステンレスの間に結露が生じ、微小な電池システムが形成され、電気化学的腐食が誘発され、保護膜が損傷する。
ステンレス鋼の表面に有機液体（果物の汁、スープ、痰など）が付着した場合。有機酸は水と酸素の存在下で生成され、時間の経過とともに金属表面を腐食する。
酸、アルカリ、塩類を含む物質（壁処理によるアルカリ水や石灰水の飛沫など）がステンレス鋼表面に付着し、局部的な腐食を引き起こす。
汚染された空気（大量の硫黄化合物、炭素酸化物、窒素酸化物を含む大気など）では、硫酸、硝酸、酢酸の液滴が生成され、化学腐食の原因となる。

ヒント

金属表面の輝きを保ち、錆びないようにするために、以下のことをお勧めします：

装飾的なステンレス・スチールの表面は、定期的に清掃し、拭いてください。これにより、汚染物質を除去し、腐食につながる外的要因を排除することができます。
沿岸部では 316ステンレス鋼海水腐食に対する耐性のため。
市販されているステンレス鋼管の中には、関連する国家規格に適合していないものもある。そのため、信頼できるメーカーの製品を慎重に選ぶことが重要です。

ステンレス鋼の腐食の種類

ステンレス鋼の腐食は、破壊された不動態皮膜に基づいて以下のように分類される：

孔食： 孔食は非常に危険な局部腐食の一形態である。その過程で小さな穴が開き、急速に腐食が進み、ひどい場合には穿孔に至ることもある。

隙間腐食： ステンレス鋼は、その表面を維持するために酸素の供給を必要とする。不動態化層を形成する。非常に狭い隙間では、酸素が常にステンレス鋼表面に行き届かず、腐食しやすい。

応力腐食割れ（SCC）： 応力腐食割れとは、金属が引張応力を受けた状態で腐食環境にさらされた場合に発生する損傷を指す。

粒界腐食： 粒界腐食は、粒界にクロムがないために起こり、その部分が優先的に腐食し、最終的には金属から粒全体が分離してしまう。

ステンレス鋼の錆に影響する要因

ステンレス鋼の錆に影響を与える主な要因は以下の通りである：

合金元素の含有量

鋼中のクロム含有量が10.5%に達すると、錆びにくくなる。クロムとニッケルの含有量が多いほど、耐食性は向上する。例えば、304ステンレス鋼は8-10%のニッケルと18-20%のクロムを含み、通常の条件下では錆びにくい。

製錬工程r

大規模なステンレス鋼工場は、合金元素の効果的な制御、不純物の除去、鋼片冷却温度の調節を確実にするために、主に高度な製錬技術、設備、およびプロセスを備えています。その結果、製品の品質は信頼性が高く、錆が発生しにくい。これとは対照的に、設備や工程が旧式な小規模製鉄所では、製錬中の不純物除去に苦労し、ステンレス鋼部品に錆が発生する可能性が高くなる。

外部環境

ステンレス鋼は、乾燥した風通しの良い環境では錆びにくい。しかし、湿度の高い場所や雨天が続く場所、酸性やアルカリ性の強い環境では錆が発生しやすくなります。304ステンレスでも過度に過酷な環境では錆びることがあります。

ステンレス鋼から錆を除去する方法

ステンレス・スチールの部品にちょっとでも大きなシミができたら、これらの試行錯誤を重ねた方法で、ステンレス・スチールに再び輝きを取り戻そう。

不動態化

化学的な方法では、酸洗ペーストやスプレーを使用して錆びた部分を不動態化し、クロム酸化皮膜を形成して耐食性を回復させる。酸洗いの後は、きれいな水で十分にすすぎ、すべての汚染物質と酸の残留物を取り除くことが重要である。その後、研磨器具を使って表面を磨き直し、研磨ワックスで密閉する。軽い錆のある部分には、ガソリンとモーターオイルを1:1で混ぜたものを清潔な布に含ませて錆を拭き取ることができる。

サンドブラスト

サンドブラストガラス・ビーズやセラミック・ビーズを使用した洗浄、穴あけ、ブラッシング、研磨が可能です。機械的な方法では、以前に洗浄した材料、研磨剤、研磨材が除去されることがあり、これが汚染の原因となることがある。あらゆる形態の汚染、特に異質な鉄粒子は、特に湿度の高い環境では腐食源として作用する可能性がある。そのため、機械洗浄は乾燥した状態で行うのが理想的です。機械的洗浄で対処できるのは表面の汚れだけであり、素材固有の耐食性は変化しない。機械洗浄後は、研磨装置で表面を再研磨し、研磨ワックスで密閉することをお勧めします。

ステンレス鋼の種類

ステンレス鋼は、一般的にその冶金学的構造に基づいて分類される。一般的に 3種類のステンレス鋼オーステナイト系ステンレス鋼、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。これら3つの基本的な冶金構造をベースに、二相鋼、析出硬化型ステンレス鋼、鉄含有量50%未満の高合金鋼など、特定のニーズに合わせて開発されたバリエーションもある。

オーステナイト系ステンレス鋼： 母相は主にオーステナイトからなり、面心立方晶 (FCC相)の結晶構造を持ち、非磁性である。オーステナイト系ステンレス鋼は、冷間加工により強度を増すことができる。

フェライト系ステンレス鋼： マトリックスの主成分はフェライトで、体心立方結晶構造（BCC相）を持ち、磁性を持つ。フェライト系ステンレス鋼は、熱処理によって硬化させることはできないが、冷間加工によってわずかに強化することができる。

マルテンサイト系ステンレス鋼： 母相は主にマルテンサイトから成り、体心立方晶または立方晶の結晶構造を持ち、磁性を持つ。マルテンサイト系ステンレス鋼は、熱処理によって硬化させ、機械的特性を調整することができる。

一般的に、合金元素を除けば、オーステナイト系ステンレス鋼の耐食性が最も優れている。フェライト系ステンレス鋼は、腐食リスクの低い環境に適している。マルテンサイト系ステンレス鋼および析出硬化系ステンレス鋼は、腐食が穏やかで、高い強度や硬度が要求される環境に最適です。

表1.ステンレス鋼耐食性の比較

種類	オーステナイト系ステンレス鋼	マルテンサイト系ステンレス鋼	フェライト系ステンレス鋼
耐大気腐食性	グッド	一般	グッド
耐酸性腐食性	グッド	一般	グッド
耐隙間腐食性	グッド	一般	グッド
耐応力腐食性	一般	一般	グッド

一般的なステンレス鋼種

一般的に使用されるステンレス鋼のグレードには、以下のようなものがある：

304ステンレス鋼
最も広く使用されているオーステナイト系ステンレス鋼のひとつで、深絞り部品、耐酸性パイプライン、容器、構造部品、各種器具の製造に適している。また、非磁性で低温の機器や部品の製造にも使用できる。

304L ステンレス鋼
Cr23C6析出による304ステンレスの深刻な粒界腐食傾向に対処するために開発された304Lは、超低炭素オーステナイト系ステンレス鋼です。それは、その鋭敏化状態で304ステンレス鋼に比べて著しく優れた耐粒界腐食性を有する。その若干低い強度を除けば、他の特性は321ステンレス鋼に似ています。主に耐食性機器や溶接が必要で後処理ができない部品の製造に使用され、各種器具の製造に使用できる。

316ステンレス鋼
10Cr18Ni12鋼をベースにモリブデンを添加し、耐還元性媒体腐食性と耐孔食性を高めた鋼種。海水や各種媒体中では304ステンレス鋼より耐食性に優れ、主に耐孔食材料に適している。

316Lステンレス鋼
耐鋭敏粒界腐食性に優れた超低炭素鋼。石油化学装置の耐食材など、厚肉溶接部品や装置の製造に適している。

17-4PHステンレス鋼
マルテンサイト系析出硬化ステンレス鋼で、硬度はHRC44、高強度、高硬度、高耐食性。300℃以上では使用できない。304や430ステンレス鋼と同様に、大気環境と希酸または塩の両方で良好な耐食性を有する。海洋プラットフォーム、タービンブレード、バルブコア、バルブシート、スリーブ、バルブステムの製造に使用される。

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結論

ステンレス鋼は耐食性に優れていることで知られているが、特定の環境条件下では錆びることがある。合金組成や外部汚染物質など、錆びを引き起こす上記の要因を理解することは、腐食を防ぎ、ステンレス鋼部品の寿命を延ばすのに役立つ。

信頼できるメーカーから高品質のステンレス鋼を選択し、定期的に材料を検査し、不動態化やサンドブラストなどの技術を適用することで、同社のステンレス鋼部品の耐食性を維持することができます。

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