Stainless steel - sutenresukou (English spelling)

Japanese: ステンレス鋼 - すてんれすこう（英語表記）stainless steel

Iron-chromium and iron-chromium-nickel alloys containing 12% or more chromium. When iron is alloyed with 12% or more chromium, it hardly develops rust visible to the naked eye when used in air at room temperature. Stainless steels are classified based on their metal structure as follows: (1) martensitic, (2) ferritic, (3) austenitic, (4) austenitic-ferritic, and (5) precipitation hardened. Each of these types is further subdivided according to differences in composition depending on the application, and currently there are 68 types established by JIS (Japanese Industrial Standards). The characteristics of each type are described below.

[Katsuhisa Sugimoto]

Martensitic Stainless Steel

This refers to an iron-chromium alloy with a high chromium content of 12-15% and a high carbon content of 0.15-1.20%, which becomes a martensite structure when quenched at high temperature. 13% chromium steel (carbon content: about 0.3%) was first put to practical use in England in 1913 as a steel for cutlery. The characteristic of this type of stainless steel is that it can achieve extremely high hardness and strength by quenching and tempering, but because of the high carbon content, chromium precipitates as chromium carbide, so its corrosion resistance is inferior to other types of stainless steel. Therefore, some stainless steels have been made with a chromium content increased to about 17% to improve corrosion resistance. The main uses of this type of stainless steel are cutlery, tableware, turbine blades, aircraft parts, surgical instruments, bearings, gauges, tools, etc., and it is used in places where high mechanical strength is required as well as corrosion resistance.

[Katsuhisa Sugimoto]

Ferritic Stainless Steel

This refers to an iron-chromium alloy with a chromium content of 12-30% and a low carbon content of 0.12% or less, which does not harden even when quenched from high temperatures and exhibits a ferritic structure. The corrosion resistance of this type of stainless steel increases with the chromium content, but if the chromium content exceeds 30%, the σ (sigma) phase (an intermetallic compound of iron and chromium with a chromium content of about 45%) begins to precipitate and mechanical properties deteriorate, so the chromium content should not exceed 30%. The formation of the σ phase is also promoted by cold working and the addition of ferrite-forming elements other than chromium, which leads to brittleness, so it is called σ brittleness. In addition, this type of stainless steel requires attention because it is subject to 475°C brittleness, in which room temperature toughness decreases when heated for a long period of time at 400-540°C, and high-temperature brittleness, which occurs when the crystal grains become coarse when heated at 1000°C or more. This type of stainless steel is inferior to austenitic stainless steels in terms of corrosion resistance, workability, toughness, and weldability, so it is often unsuitable for use as a material for chemical industry equipment, but it has sufficient corrosion resistance for general durable consumer goods, so 18% chromium stainless steel is widely used as an economical corrosion-resistant material.

The properties of ferritic stainless steels are greatly affected by the type and amount of impurity elements in the steel. For this reason, steels have been developed that have improved corrosion resistance, toughness, and weld brittleness by reducing the content of carbon and nitrogen, which are particularly harmful impurities, through special refining methods. Steels with a combined carbon and nitrogen content of 0.01-0.03% or less are called high-purity ferritic stainless steels. High-purity 18% chromium-2% molybdenum stainless steels have extremely low susceptibility to stress corrosion cracking, and have corrosion resistance comparable to that of 18-8 stainless steels, and can save expensive nickel, so they are expected to be in demand as an alternative material to 18-8 stainless steel. In addition, high-purity 30% chromium-2% molybdenum stainless steels have the highest pitting corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance of all stainless steels, and are attracting attention as a seawater-resistant material.

[Katsuhisa Sugimoto]

Austenitic stainless steel

This refers to an iron-chromium-nickel alloy with a stable austenitic structure at room temperature, containing 16-26% chromium, 8-22% nickel, and usually less than 0.08% carbon. It does not harden when quenched from high temperatures, and is nonmagnetic. The representative steel of this series is the so-called 18-8 stainless steel, which contains 18% chromium and 8% nickel. This steel has excellent corrosion resistance, toughness, workability, and weldability, and is at the center of all stainless steels. This steel also has high corrosion resistance in reducing environments due to the nickel content, and is used in large quantities as equipment material for the chemical industry. Several improved steels have been produced, such as those with a carbon content of 0.03% or less to improve intergranular corrosion resistance, those with a small amount of niobium or titanium alloyed, those with 2-3% molybdenum alloyed to improve pitting corrosion resistance, those with sulfur or selenium alloyed to improve machinability, and those with manganese alloyed to save on expensive nickel.

[Katsuhisa Sugimoto]

Austenitic-ferritic stainless steel

It is an iron-chromium-nickel alloy with a high chromium content of about 25% and a low nickel content of about 5%, and usually contains an additional 2% molybdenum. It is also called duplex stainless steel because it has a structure in which austenite and ferrite phases coexist at room temperature. The proportion of austenite phase is 40-60%. This type of steel has high mechanical strength and is highly resistant to pitting corrosion, stress corrosion cracking, and intergranular corrosion, so it is used as a material for equipment used in seawater environments, such as marine condenser tubes.

[Katsuhisa Sugimoto]

Precipitation hardening stainless steel

This type of steel is characterized by high mechanical strength, which is achieved by dispersing secondary precipitates in the steel matrix through heat treatment (annealing and tempering). It is also called PH stainless steel, since it utilizes precipitation hardening. Representative examples are 17-7PH and 17-4PH (the numbers represent the percentages of chromium and nickel, respectively), with the former precipitating an aluminum-nickel phase and the latter a copper-rich phase. These steels are used where both strength and corrosion resistance are required at the same time.

[Katsuhisa Sugimoto]

Source: Shogakukan Encyclopedia Nipponica About Encyclopedia Nipponica Information | Legend

Japanese:

クロムを12％以上含む鉄‐クロムおよび鉄‐クロム‐ニッケル合金。鉄にクロムを12％以上合金すると、常温の大気中で使用した場合、肉眼で見えるような錆(さび)をほとんど生じなくなる。ステンレス鋼は、その金属組織に基づいて、(1)マルテンサイト系、(2)フェライト系、(3)オーステナイト系、(4)オーステナイト‐フェライト系、(5)析出硬化系に分類されている。これらの各系統は用途に応じた組成の違いによりさらに細分化され、現在、JIS(ジス)（日本工業規格）に制定されているものだけでも68種に及ぶ。以下、各系統の特徴について述べる。

［杉本克久］

マルテンサイト系ステンレス鋼

クロム含有量が12～15％で、かつ炭素含有量が0.15～1.20％と高く、高温からの焼入れによりマルテンサイト組織となる鉄‐クロム合金をさす。13％クロム鋼（炭素含有量約0.3％）が刃物用鋼として1913年にイギリスにおいて最初に実用化された。この系のステンレス鋼の特徴は、焼入れ、焼戻しによりきわめて高い硬さと強さとが得られることであるが、炭素含有量が高いことから、クロムがクロム炭化物として析出するため、耐食性は他の系のステンレス鋼に比べると劣る。そこで耐食性を改善するためにクロム含有量を17％程度にまで高めたものもつくられている。この系のステンレス鋼のおもな用途は刃物、食器、タービン翼、航空機部品、外科用器具、軸受、ゲージ類、工具類などであり、耐食性とともに高い機械的強度が要求されるところに使われている。

［杉本克久］

フェライト系ステンレス鋼

クロム含有量12～30％で、かつ炭素含有量が0.12％以下と低く、高温から焼入れしても硬化せず、フェライト組織を示す鉄‐クロム合金をさす。この系のステンレス鋼の耐食性はクロム含有量を増すほど高くなるが、30％クロムを超えるとσ(シグマ)相（クロム含有量約45％の鉄とクロムの金属間化合物）が析出するようになり、機械的性質が劣化するので30％クロム以上にはしない。σ相の生成は冷間加工やクロム以外のフェライト形成元素の添加によっても促進され、脆性(ぜいせい)をもたらすのでσ脆性とよばれている。そのほか、この系のステンレス鋼においては、400～540℃での長時間加熱によって常温の靭性(じんせい)が低下する475℃脆性と、1000℃以上での加熱により結晶粒が粗大化したときに生ずる高温脆性があるので注意を要する。この系のステンレス鋼は耐食性、加工性、靭性、溶接性などがオーステナイト系ステンレス鋼に比べて劣るので化学工業用装置材料などには適さないことが多いが、一般耐久消費財用としては十分な耐食性をもつので、18％クロム・ステンレス鋼が経済的な耐食材料として広く使用されている。

　フェライト系ステンレス鋼の諸性質は、鋼中の不純物元素の種類と量により大きな影響を受ける。そのため、とくに有害な不純物元素である炭素と窒素の含有量を特殊な精錬法により低下させ、耐食性、靭性、溶接部の脆性などを改善した鋼が開発されている。炭素と窒素をあわせた量を0.01～0.03％以下にした鋼は高純度フェライト・ステンレス鋼とよばれている。高純度18％クロム‐2％モリブデン・ステンレス鋼は応力腐食割れ感受性がきわめて低く、かつ18‐8ステンレス鋼に匹敵する耐食性をもち、高価なニッケルを節約できることから、18‐8ステンレス鋼の代替材料としての需要が期待されている。また、高純度30％クロム‐2％モリブデン・ステンレス鋼はあらゆるステンレス鋼のなかで耐孔食性および耐応力腐食割れ性がもっとも高く、耐海水用材料として注目されている。

［杉本克久］

オーステナイト系ステンレス鋼

クロム含有量が16～26％、ニッケル含有量が8～22％、炭素含有量が普通0.08％以下で、常温でオーステナイト組織が安定な鉄‐クロム‐ニッケル合金をさす。高温から焼き入れても硬化せず、非磁性である。この系の代表的鋼種は18％クロム、8％ニッケルのいわゆる18‐8ステンレス鋼である。この鋼は耐食性、靭性、加工性、溶接性などがいずれも優れており、あらゆるステンレス鋼のなかの中心的存在になっている。この系の鋼はニッケルを含むことにより還元性環境中での耐食性も高くなっており、化学工業用の装置材料としても大量に使用されている。耐粒界腐食性を高めるため炭素含有量を0.03％以下にしたり、あるいはニオブまたはチタンを少量合金したもの、耐孔食性を高めるためモリブデンを2～3％合金したもの、切削性を高めるために硫黄(いおう)またはセレンを合金したもの、高価なニッケルを節約するためにニッケルの一部をマンガンで置き換えたものなど、いくつかの改良鋼種がつくられている。

［杉本克久］

オーステナイト‐フェライト系ステンレス鋼

クロム含有量を25％くらいに高め、ニッケル含有量を5％くらいに低めた鉄‐クロム‐ニッケル合金で、通常さらに2％程度のモリブデンが添加されている。常温でオーステナイト相とフェライト相が混在した組織を示すので、二相ステンレス鋼ともよばれている。オーステナイト相の割合は40～60％である。この系の鋼は機械的強度が大きく、また孔食、応力腐食割れ、粒界腐食のいずれに対する抵抗性も高いので、舶用コンデンサー管など海水環境で使用する装置の材料として使用されている。

［杉本克久］

析出硬化系ステンレス鋼

この系の鋼は熱処理（焼きなましおよび焼戻し）により鋼の基地中に二次析出相を分散させ、高い機械的強度を得ていることが特徴である。析出硬化precipitation hardeningを利用しているという意味で、PHステンレス鋼ともよばれる。代表的なものは17‐7PHと17‐4PH（数字はそれぞれクロムおよびニッケルの％を表す）であり、前者ではアルミニウム‐ニッケル相が、また後者では銅に富んだ相が析出する。これらの鋼は、強度と耐食性の両方が同時に要求されるところに使用されている。

［杉本克久］

出典　小学館　日本大百科全書(ニッポニカ)日本大百科全書(ニッポニカ)について　情報 | 凡例

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