合金元素はステンレス鋼にどのような影響を与えますか?
化学成分は、鋼の微細構造、機械的性質、物理的性質、耐食性に大きな影響を与えます。クロム、モリブデン、ニッケルなどの合金元素は、オーステナイト格子の頂点角と立方体の6つの辺の中心を置き換えることができます。鉄、炭素、窒素は、体積が小さいため格子原子間の隙間（ギャップ位置）に位置し、格子に大きな歪みを生み出すため、有効な硬化元素になります。異なる合金元素は鋼の特性に異なる影響を及ぼし、時には有益で時には有害です。オーステナイト系ステンレス鋼の主な合金元素には、次の効果があります。
Cr
クロムはステンレス鋼を「錆びない」ものにする合金元素です。ステンレス鋼特有の表面不動態膜を形成するには、少なくとも10.5%のクロムが必要です。不動態膜はステンレス鋼を腐食性水、さまざまな酸性溶液、さらには高温ガス腐食の強い酸化に効果的に耐えさせることができます。クロム含有量が10.5%を超えると、ステンレス鋼の耐食性が向上します。 304 ステンレス鋼の最高クロム含有量は 18% ですが、高級オーステナイト系ステンレス鋼の中には、クロム含有量が 20% から 28% に達するものもあります。
ニ
ニッケルはオーステナイト相を形成し安定化させることができる。8%Niは 304ステンレス、オーステナイトに必要な機械的特性、強度、靭性を与えます。高性能オーステナイト系ステンレス鋼には、高濃度のクロムとモリブデンが含まれており、鋼にクロムやその他のフェライト形成元素をさらに追加すると、オーステナイト構造を維持するためにニッケルが追加されます。約20%のニッケル含有量でオーステナイト構造を保証でき、ステンレス鋼の応力腐食破壊抵抗を大幅に向上できます。
ニッケルは冷間変形中の加工硬化率を低下させることもできるため、深絞り、スピニング、冷間圧造に使用される合金には、一般にニッケル含有量が多く含まれています。
モ
モリブデンは、塩化物環境におけるステンレス鋼の耐孔食性と耐隙間腐食性を向上させます。モリブデンとクロム、特に窒素の組み合わせにより、高性能オーステナイト系ステンレス鋼は孔食性と耐隙間腐食性が強くなります。Moは、塩酸や希硫酸などの還元環境におけるステンレス鋼の耐食性も向上させます。オーステナイト系ステンレス鋼の最小モリブデン含有量は、316ステンレス鋼など、約2%です。合金含有量が最も高い高性能オーステナイト系ステンレス鋼には、最大7.5%のモリブデンが含まれています。モリブデンはフェライト相の形成に寄与し、相平衡に影響を与えます。いくつかの有害な二次相の形成に関与し、不安定な高温酸化物を形成し、高温酸化耐性に悪影響を及ぼすため、モリブデン含有ステンレス鋼の使用を考慮する必要があります。
Ｃ
炭素はオーステナイト相を安定化し、強化します。炭素はボイラー管などの高温環境で使用されるステンレス鋼にとって有益な元素ですが、場合によっては耐食性に悪影響を及ぼすことがあります。ほとんどのオーステナイトステンレス鋼の炭素含有量は、通常、実行可能な最低レベルに制限されています。溶接グレード（304L、201L および 316L などのステンレス鋼の炭素含有量は 0.030% に制限されています。一部の高合金高性能グレードの炭素含有量は 0.020% に制限されています。
いいえ
窒素はオーステナイト相を安定化および強化し、炭化物の鋭敏化および第 2 相の形成を遅らせます。標準オーステナイト系ステンレス鋼と高性能オーステナイト系ステンレス鋼の両方に窒素が含まれています。低炭素グレード (L) では、少量の窒素 (最大 0.1%) で、低炭素含有量による強度の低下を補うことができます。窒素は塩化物孔食および隙間腐食に対する耐性の向上にも役立つため、最も優れた耐腐食性を持つ高性能オーステナイト系ステンレス鋼の中には、窒素含有量が 0.5% に達するものもあります。
ミネソタ
製鉄所ではマンガンを使用して溶鋼を脱酸するため、すべてのステンレス鋼には少量のマンガンが残っています。マンガンはオーステナイト相を安定化させ、ステンレス鋼中の窒素の溶解度を向上させることもできます。そのため、200シリーズのステンレス鋼では、マンガンを使用してニッケルの一部を置き換え、窒素含有量を増やし、強度と耐食性を向上させることができます。マンガンを一部の高性能オーステナイト系ステンレス鋼に添加して、同じ効果を実現しています。
銅
銅は、硫酸とリン酸の混合溶液などの還元酸に対するステンレス鋼の耐食性を向上させることができます。
シ
一般的に、シリコンはオーステナイト系ステンレス鋼にとって有益な元素であり、高濃度の酸や高酸化環境における鋼の耐食性を向上させることができます。UNS S30600などの高シリコン特殊ステンレス鋼は、孔食に対する高い耐性を備えていることが報告されています。マンガンと同様に、シリコンも溶鋼の脱酸に使用できるため、シリコン、マンガン、その他の脱酸元素を含む小さな酸化物介在物が常に鋼に残ります。ただし、介在物が多すぎると、製品の表面品質に影響します。
NbとTi
これら 2 つの元素は強力な炭化物形成元素であり、低炭素グレードの代わりに使用して鋭敏化を緩和できます。ニオブ炭化物とチタン炭化物は高温強度を向上させることができます。 347 Nb と Ti を含む 321 ステンレス鋼は、高温強度と溶接性の要件を満たすため、ボイラーや精錬設備で一般的に使用されています。また、高性能オーステナイト系ステンレス鋼の残留元素として、一部の脱酸プロセスでも使用されています。
SとP
硫黄はステンレス鋼にとって良い面と悪い面の両方があります。切削性能を向上させることができますが、有害な面は熱加工性を低下させ、硫化マンガン介在物の数を増やし、ステンレス鋼の孔食に対する耐性を低下させることです。高級オーステナイト系ステンレス鋼は熱処理が容易ではないため、硫黄含有量は可能な限り最低レベル、約0.001%に制御する必要があります。硫黄は通常、高性能オーステナイト系ステンレス鋼に合金元素として添加されません。ただし、標準グレードのステンレス鋼の硫黄含有量は多くの場合高く（0.005%〜0.017%）、自己融着溶接の溶接溶け込み深さを向上させ、切削性能を向上させます。
リンは有害な元素であり、鍛造や熱間圧延の熱間加工特性に悪影響を及ぼす可能性があります。また、溶接後の冷却過程では熱割れの発生を促進します。したがって、リン含有量は最小限に抑える必要があります。
