合金元素はステンレス鋼にどのように影響しますか？

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化学組成は、鋼の微細構造、機械的性質、物理的性質、および耐食性に大きな影響を及ぼします。 クロム、モリブデン、ニッケルおよび他の合金元素は、オーステナイト格子の頂点角度を置き換えることができ、立方体の鉄、炭素、および窒素のXNUMXつの側面の中心は、体積が小さいため、格子原子間のギャップ（ギャップ位置）にあります、格子に大きなひずみを発生させるので、効果的な硬化要素になります。 異なる合金元素は、鋼の特性に異なる影響を及ぼし、時には有益であり、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、次のような効果があります。

 

Cr

クロムは、ステンレス鋼を「錆びない」ようにする合金元素です。 ステンレス鋼の特徴である表面パッシベーション膜を形成するには、少なくとも10.5％のクロムが必要です。 不動態化フィルムは、ステンレス鋼を腐食性の水、さまざまな酸性溶液、さらには高温ガス腐食の強力な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。 のクロム含有量 304 ステンレス鋼は18％であり、一部の高級オーステナイト系ステンレス鋼は20％から28％ものクロム含有量を持っています。

 

Ni

ニッケルはオーステナイト相を形成して安定させることができます。 8％Niは 304ステンレス鋼、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は、高濃度のクロムとモリブデンを含み、クロムまたは他のフェライト形成要素が鋼に追加されたときに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。 オーステナイト構造は約20％のニッケル含有量で保証でき、ステンレス鋼の耐応力腐食割れ性を大幅に向上させることができます。

ニッケルは冷間変形中の加工硬化率も低下させる可能性があるため、深絞り、紡糸、冷間圧造に使用される合金は一般にニッケル含有量が高くなります。

 

Mo

モリブデンは、塩化物環境での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、孔食や隙間腐食に対して強い耐性があります。 Moは、塩酸や希硫酸などの還元環境でのステンレス鋼の耐食性も向上させることができます。 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、2ステンレス鋼などの約316％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。 それは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、高温耐酸化性に悪影響を及ぼします。モリブデン含有ステンレス鋼の使用を考慮に入れる必要があります。

 

C

炭素はオーステナイト相を安定化および強化します。 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与える可能性があります。 ほとんどのオーステナイト系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。 溶接グレードの炭素含有量（304L、201Lおよび316L）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％にさえ制限されています。

 

N

窒素はオーステナイト相を安定化および強化し、炭化物の増感と二次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。 窒素はまた、塩化物の孔食や隙間の腐食に対する耐性を向上させるのに役立ちます。そのため、最高の耐食性の高性能オーステナイト系ステンレス鋼のいくつかは、0.5％もの窒素含有量を持っています。

 

Mn

製鉄所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少量のマンガンが残ります。 マンガンはまた、オーステナイト相を安定させ、ステンレス鋼への窒素の溶解度を向上させることができます。 したがって、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。 同じ効果を達成するために、いくつかの高性能オーステナイト系ステンレス鋼にマンガンが添加されています。

 

Cu

銅は、硫酸とリン酸の混合溶液などの酸を還元する際のステンレス鋼の耐食性を向上させることができます。

 

Si

一般に、シリコンは、濃酸および高酸化環境での鋼の耐食性を向上させることができるため、オーステナイト系ステンレス鋼の有益な元素です。 UNSS30600などの高シリコン特殊ステンレス鋼は耐孔食性が高いと報告されています。 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含有物が常に鋼に残ります。 ただし、含有物が多すぎると、製品の表面品質に影響します。

 

NbとTi

これらのXNUMXつの元素は強力な炭化物形成元素であり、感作を軽減するために低炭素グレードの代わりに使用できます。 炭化ニオブと炭化チタンは、高温強度を向上させることができます。 347 また、NbとTiを含む321のステンレス鋼は、高温強度と溶接性の要件を満たすために、ボイラーや精製装置で一般的に使用されています。 また、一部の脱酸プロセスでは、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使用されます。

 

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。 それは機械加工性能を改善することができます、害は熱加工性を低下させ、硫化マンガン含有の数を増やし、結果としてステンレス鋼の孔食耐食性を低下させることです。 高品質のオーステナイト系ステンレス鋼は加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、自己融接の溶接侵入深さを改善し、切断性能を改善するために、多くの場合高い（0.005％〜0.017％）。

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与える可能性があります。 溶接後の冷却工程においても、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。