多くの人の認識では、「ステンレス鋼」は「錆びない」ということを表しているように思われますが、実際にはそうではありません。たとえ ステンレス鋼 一般の鋼よりも優れた防錆能力を持っていても、特定の条件下では錆びることがあります。では、どのような状況でステンレス鋼が錆びるのでしょうか?ステンレス鋼が錆びる原因となる要因は何でしょうか?この記事を読んで、答えを見つけていただければと思います。
ステンレス鋼とは何ですか?
ステンレス鋼 はクロム(Cr)を含む大規模な合金鋼です。その主な特徴は、鋼の表面に密なクロム含有酸化膜を形成できることです。この膜には自己修復機能があり、酸化反応の進行を効果的に防ぐことができ、優れた耐食性を持っています。その組織構造や使用方法によって、ステンレス鋼はオーステナイト系、フェライト系、マルテンサイト系、二重相ステンレス鋼および沈殿硬化ステンレス鋼に分類されます。

防錆能力:なぜステンレス鋼が普通の鋼よりも優れているか
ステンレス鋼が普通の鋼よりも優れた防錆能力を持つ根本的な理由は、その独自の合金成分と表面鈍化膜の自己修復機構にあります。普通の炭素鋼は主に鉄で構成されています。湿気や酸素を含む環境にさらされると、非常に簡単に酸化して赤褐色の錆が発生します。この錆が始まると、拡大し続け、最終的に鋼の構造を弱めてしまいます。一方、ステンレス鋼には少なくとも10.5%のクロム(Cr)が合金に添加されています。この元素は酸素に対して強い親和性があり、材料の表面に密接で安定した、そして強力に付着するクロム酸化膜(「鈍化膜」とも呼ばれます)を迅速に形成することができます。この鈍化膜は数ナノメートルしか厚くありませんが、空気中の酸素や水分が金属本体と直接接触することを効果的に遮断し、さらに酸化反応を防ぎます。さらに重要なのは、この鈍化膜が局所的に損傷した場合、例えば引っ搔き傷がついたり汚染された場合でも、酸素の存在下で自動的に再生できるという点です。このような自己修復能力は普通の鋼にはありません。
対照的に、普通の鋼はこれらの合金による保護がなく、表面の酸化膜は緩く、剥がれやすいため、腐食プロセスを効果的に防ぐことができません。したがって、特に海洋、化学工業、高温多湿などの複雑な環境下では、さび防止能力においてステンレス鋼は普通の鋼よりも著しく優れており、より安定した耐久性のある性能を示します。
ステンレス鋼がさびる・腐食する5つの要因
特定の特定環境や条件下では、ステンレス鋼にも錆斑が発生することがあります。通常、次の要因が単独または同時に存在したり現れたりすると、ステンレス鋼の防錆性能が低下し、錆の現象が引き起こされます:
塩化物イオン
塩化物イオン (Cl⁻) は、ステンレス鋼にとって非常に危険な腐食性介质です。特に海洋環境や、塩化物を含む工業溶液や洗剤では、塩化物イオンがステンレス鋼表面の鈍化膜を破壊し、局所的な点食いを引き起こします。この点食いが形成されると、腐食速度は非常に速く、極めて制御が困難になります。例えば、海岸近くで使用されるステンレス製の手すりや装飾部品でも、304材を使用した場合、短期間で錆びた斑点ができることがあります。316またはそれ以上のグレードの耐塩素ステンレスを使用しない限り、長期にわたって無錆を保証することはできません。
酸およびアルカリ介质
ステンレス鋼は弱酸や弱アルカリには耐えられるものの、硫酸や塩酸、水酸化ナトリウムなどの高濃度の強酸や強アルカリ環境では腐食しやすくなります。この種の腐食の多くは全面腐食または点状腐食です。
高温多湿環境
高温は化学反応の速度を増加させます。湿度の高い環境では、高温が酸化反応を加速し、鈍化膜の安定性を低下させ、結果としてステンレス鋼の腐食速度を速めます。これは特に一部の工業用高温機器で顕著です。
溶接部の熱影響 zona 腐食
溶接時に発生する高温は、ステンレス鋼の溶接部および熱影響 zona で粗い結晶や炭化物の析出を引き起こし、「クロム欠乏ゾーン」を形成して、溶接部分が鈍化能力を失う原因となります。この現象は「晶間腐食」と呼ばれます。適切な溶接プロセスを採用せず、その後の固溶処理を行わなければ、溶接部近くに錆が発生しやすく、全体的な構造強度に影響を与える可能性があります。
表面の傷や異物の付着
ステンレス鋼の耐食性は、表面パッシベーション膜の完全性に依存します。輸送、設置、使用中に表面が傷ついたり衝撃を受けると、パッシベーション膜が破損し、空気中の水蒸気や酸素が金属基体と直接接触して錆が発生します。また、鉄粉、埃、砂粒などの建設過程で残った異物が適時に除去されない場合、水分の作用により「電化学的腐食」が起こり、錆斑が誘発されます。

ステンレス鋼の腐食にはどのような種類がありますか?
均一腐食: これは最も一般的な腐食のタイプです。金属表面が均一に攻撃され、全体の光沢が失われ、厚みが薄くなります。
点状腐食: ピット腐食は局所腐食の一種です。表面は無傷に見えますが、実際には穴が開いています。塩素を含む環境でよく発生します。
クリーブ腐食: クリアランスや接合部で発生し、ボルト接続、フランジ、溶接部などで一般的です。クリアランス内の換気が不良であるため、局部的な溶液が酸化し、腐食が起こります。
応力腐食割れ: 特定の腐食性介质と引張応力の共同作用により亀裂が発生し、最終的に材料が破断します。熱交換器、圧力容器などでよく見られます。
晶間腐食: 特に溶接や熱処理時に粒界腐食が発生するのは、感作温度範囲で加熱した後のオーステナイト系ステンレス鋼では一般的です。
電化学的腐食: ステンレス鋼が他の金属と接触し、電解質が存在する場合、一次電池が形成され、これが腐食を引き起こします。
ステンレス鋼の錆びと腐食を防ぐ方法
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正しい材料を選ぶ: 使用環境に応じた適切な種類のステンレス鋼を選択してください。例えば、海洋環境では316またはそれ以上のグレードの合金鋼を使用することをお勧めします。また、高塩素環境では304を使用しないようにしてください。
- 表面処理: サンドブラスト、ピッキング酸化、研磨、電解研磨などの方法を使用して、表面の不純物を除去し、酸化被膜の安定性を向上させます。
- 構造の合理的な設計: 清掃と換気を容易にするために、死点や隙間をできるだけ避けて、狭い隙間腐食の発生を減らします。
- 定期的な清掃とメンテナンス: 清潔な水または専用洗浄剤で定期的に表面の汚染物を洗浄し、金属粒子、油汚れ、塩類などが付着することを避けます。
- 使用環境を制御する: pH値、塩素含量、温度、湿度の使用環境をできるだけ制御し、良好な換気を維持します。
よくある質問:
1. なぜ304ステンレスも錆びるのですか?
304ステンレスは優れた耐食性を持っていますが、高濃度の塩化物イオン環境(例えば海岸沿い、漂白剤を使用する場所など)ではその鈍化膜が容易に破壊され、これが原因でピンホール腐食やクリーブ腐食が発生します。
2. ステンレスの表面に黄色または茶色の斑点が出た場合、それは錆びですか?
通常、これは表面の汚染物質(鉄酸化粉や加工残渣など)によって引き起こされる錆です。ステンレス用クリーナーでこれを除去し、腐食の兆候があるかどうか確認できます。
3. なぜステンレスは溶接後に錆びやすくなるのですか?
溶接プロセスは素材の組織構造を変化させます。もし溶接部分の後のピッキングや鈍化処理を行わなければ、粒界腐食や応力腐食が非常に発生しやすくなります。
4. ステンレスは長期間海辺やプールにさらしても大丈夫ですか?
はい、ただし316、2205、またはスーパー・ステンレスなどの高合金ステンレスを使用し、日常的なメンテナンスを強化し、防腐措置を設計する必要があります。
5. ステンレス鋼が腐食しているかどうかを判断する方法は?
肉眼で見えるサビ、表面の変色、粗さ、または表面電位試験、ステンレス鋼の腐食率試験によって、腐食が始まったかどうかを判定できます。
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