304ステンレス鋼と321ステンレス鋼

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304 と 321 はどちらもオーステナイト系 300 シリーズのステンレス鋼に属します。耐食性、強度、硬度、溶接性能は似ていますが、321 は主に 500 ～ 600 ℃ の耐熱条件で使用されます。321H ステンレス鋼は 321 の低炭素バージョンで、一般的に使用される耐熱鋼で、炭素含有量は 321 グレードよりわずかに高くなっています。 304鋼 高温強度よりも粒界腐食耐性が求められる 321 ステンレス鋼の代替品です。

ある意味、グレード321ステンレス鋼は、 グレード304 Ti を添加することで、粒界の耐食性と高温強度が向上します。安定化元素として、Ti 元素は炭化クロムの形成を効果的に制御し、321 の高温強度を 304、316L よりもはるかに優れたものにします。ニッケル含有量が多いため、321 ステンレス鋼はさまざまな濃度と温度の有機酸、特に酸化媒体において優れた耐摩耗性を備えています。 321ステンレス 304 ステンレス鋼よりも応力破断特性とクリープ抵抗応力の機械的特性が優れています。以下の 2 つの表で、それらの違いを正確に示します。

 

304、321、321Hの化学組成

成績 Ｃ シ ミネソタ Cr ニ ス ポ いいえ ティ
304 0.08 1.0 2.0 18.0～20.0 8.0～10.5 0.03 0.045 / /
321 0.08 1.0 2.0 17.0-19.0 9.0-12.0 0.03 0.045 0.1 5C-0.70
321H 0.04-0.1 1.0 2.0 17.0-19.0 9.0-12.0 0.03 0.045 0.1 0.16-0.7

 

304と321の機械的性質

成績 引張強度、Mpa 降伏強度、Mpa 伸長、% 硬度、HB
304 ≥520 205-210 ≥40≥40 HB187
321 ≥520 ≥205   HB187

 

上の表からわかるように、321ステンレス鋼には304よりも多くのチタンとニッケル（Ni）が含まれています。ASTM A182によると、Tiの含有量は炭素（C）含有量の5倍以上でなければならず、0.7%を超えてはなりません。Tiはステンレス鋼の鋭敏化を防ぎ、高温耐用年数を向上させることができます。 グレード321 高温環境での耐摩耗性酸容器、耐摩耗性機器、搬送パイプなどの部品の製造には、304ステンレス鋼よりも適しています。

304 および 321 ステンレス鋼は、どちらも化学、石油およびガス、自動車分野で使用できます。グレード 304 は汎用ステンレス鋼で、食器、キャビネット、ボイラー、自動車部品、医療機器、建築材料、化学、食品産業、農業、船舶、石油輸送など、ステンレス鋼ファミリーの中で最も広範囲に使用されています。グレード 321 は、粒界腐食に対する耐性と高温特性が求められる化学、石炭、石油分野で使用されます。たとえば、オイル排気燃焼パイプ、エンジン排気パイプ、ボイラーエンクロージャー、熱交換器、炉部品、ディーゼルエンジン消音器部品、ボイラー圧力容器、化学輸送タンク、伸縮継手、炉パイプなどです。

なぜステンレス鋼管に溶体化処理が必要なのでしょうか?

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溶体化処理は炭化物溶体化処理とも呼ばれ、加工部品を1010℃以上に加熱して炭化物析出物（ステンレス鋼固溶体からの炭素）を除去し、その後、通常は水冷で急冷し、炭化物をステンレス鋼固溶体に戻す処理です。溶体化処理は、合金鋼とステンレス鋼に適用できます。 304ステンレス 鋳物では、溶体化処理により炭化物不純物のない均一な微細組織を生成できます。一般的に、ステンレス鋼管を約950〜1150℃に長時間加熱して、炭化物とさまざまな合金元素をオーステナイトに完全に均一に溶解させ、その後、急速に急冷して炭素と他の合金元素が後から沈殿することで純粋なオーステナイト組織が得られます。ステンレス鋼管に溶体化処理が必要なのはなぜかという疑問が生じます。まず、溶体化処理の機能を知っておく必要があります。

均一な金属組織

これは特に原材料にとって重要です。熱間圧延鋼管の圧延温度と冷却速度の不一致は、組織に同じ結果をもたらします。高温で原子の活動が増加すると、σが溶解して化学組成が均一になる傾向があり、その後急速冷却すると均一な単相組織が得られます。

 

加工硬化の排除

固溶体化処理により、ねじれた格子が復元され、壊れた結晶粒が再結晶化されます。鋼管の内部応力と引張強度が減少し、伸び率が増加して連続冷間加工が容易になります。

 

耐腐食性の向上

ステンレス鋼の耐食性は炭化物の析出とともに低下しますが、固溶化処理後に鋼管の耐食性は最高に戻ります。温度、保持時間、冷却速度はステンレス鋼の固溶化処理における最も重要な要素です。

固溶温度は化学成分に依存します。一般的に、合金元素が多く含有量が多いグレード、特にマンガン、モリブデン、ニッケル、シリコンの含有量が多い鋼の場合、固溶温度もそれに応じて高くする必要があります。固溶温度を上げて完全に溶解させることによってのみ、軟化効果が得られます。

ただし、316Ti などの例外もあります。固溶温度が高い場合、安定化元素の炭化物はオーステナイトに完全に溶解し、Cr23C6 の形で粒界に析出し、その後の冷却で粒界腐食を引き起こします。安定化元素の炭化物 (TiC および Nbc) が分解して固溶するのを防ぐには、固溶温度を低くすることが推奨されます。

 

ステンレス鋼はなぜ腐食するのでしょうか?

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皆さんご存知の通り、 ステンレス鋼 ステンレス鋼は大気酸化に抵抗する能力、つまり錆びない能力を持ち、酸、アルカリ、塩などの媒体でも腐食します。つまり、耐腐食性です。しかし、ステンレス鋼の耐腐食性は条件付きです。つまり、ステンレス鋼はある媒体では耐腐食性がありますが、別の媒体では破壊される可能性があります。同様に、ステンレス鋼はどれもすべての環境で耐腐食性があるわけではありません。

ステンレス鋼は、様々な産業で優れた耐食性を発揮しますが、厳密に言えば、ほとんどの媒体で優れた耐食性を発揮しますが、化学的安定性が低く腐食しやすいため、一部の媒体では例外となります。したがって、ステンレス鋼は、機械的故障を除いて、すべての媒体に対して耐食性があるわけではありません。 ステンレス鋼 ステンレス鋼の腐食の深刻な形態として主に現れるのは局部腐食（すなわち、応力腐食割れ、孔食、粒界腐食、腐食疲労および隙間腐食）です。この局部腐食が故障のほぼ半分を引き起こします。ステンレス鋼が腐食する理由を理解するには、まずステンレス鋼の腐食の種類を理解する必要があります。

 

応力腐食割れ（SCC）

応力腐食割れ（SCC）は、腐食環境で応力を受けるステンレス鋼が、強い結晶粒の膨張により破損する現象です。SCC は脆性破壊形態をしており、引張応力（残留応力または適用応力、あるいはその両方）と腐食性媒体が存在する高靭性材料で発生する可能性があります。ミクロ用語では、結晶粒を貫通する亀裂は粒内亀裂と呼ばれ、結晶粒界の拡大グラフに沿った亀裂は粒界亀裂と呼ばれます。SCC が空気中で 1 つの深さ（材料のセクションに負荷応力が加わり、破壊応力に達する）まで伸びると、 ステンレス鋼 通常の亀裂（延性材料では、通常は顕微鏡的欠陥の集合による）および切断として発生します。

したがって、応力腐食割れによって破損した部品の部分には、応力腐食割れを特徴とする領域と、わずかに欠陥があった重合に関連する「ディンプル」領域が含まれます。

 

孔食腐食

孔食とは、金属材料の表面における腐食がほとんどないか、またはわずかに散在する局部的な腐食を指します。一般的な孔食点の大きさは1.00mm未満で、深さは表面の開口部よりも大きいことが多く、浅い孔食穴または穿孔である可能性があります。

 

粒界腐食

粒界腐食: 異なる粒子間の境界における粒子の無秩序な転位であり、したがって、溶質元素の偏析や、鋼中の炭化物や δ 相などの金属化合物の析出に適した領域です。したがって、一部の腐食性媒体では、粒界が最初に腐食されるのが一般的であり、ほとんどの金属および合金は、特定の腐食性媒体で粒界腐食を示す可能性があります。

 

すきま腐食

隙間腐食とは、ステンレス鋼部品の亀裂に斑点状の腐食が発生することを指し、局部腐食の一種です。溶液の滞留による亀裂や遮蔽表面に発生することがあります。このような隙間は、リベット、ボルト、ガスケット、バルブシート、緩んだ表面堆積物など、金属同士または金属と非金属の接合部に発生することがあります。

 

一般的な腐食

ステンレス鋼の表面の均一な腐食。ステンレス鋼は強酸や強塩基で全面腐食を起こすことがあります。全面腐食が起こると、ステンレス鋼は徐々に薄くなり、さらには破損しますが、このような腐食は通常、簡単な浸漬テストで予測できるため、それほど心配する必要はありません。ステンレス鋼は、大気および弱い腐食媒体での鋼の耐食性を指し、腐食速度が0.01mm /年未満の場合、「完全な耐腐食性」であると言えます。腐食速度が0.1mm /年未満のステンレス鋼は、「耐腐食性」と見なされます。