オーステナイト・フェライト系ステンレス鋼

オーステナイト・フェライト系ステンレス鋼を使用するフィンランドトゥルクの橋(Myllysilta)。光沢を出した EN 1.4462 冷間圧延板を表面に使用している[1]

オーステナイト・フェライト系ステンレス鋼(オーステナイト・フェライトけいステンレスこう)とは、常温で組織中にオーステナイト相フェライト相がおよそ1対1で存在するステンレス鋼の一種である。二相ステンレス鋼(にそうステンレスこう)などとも呼ばれる。

ステンレス鋼の金属組織別分類の一つで、他には「マルテンサイト系ステンレス鋼」「フェライト系ステンレス鋼」「オーステナイト系ステンレス鋼」「析出硬化系ステンレス鋼」がある[2][3]

基本組織と組成

オーステナイト・フェライト系ステンレス鋼は、金属組織がオーステナイト相フェライト相の二相から成るステンレス鋼で、二相ステンレス鋼二相系ステンレス鋼(英語:duplex stainless steel)とも呼ばれる[4][5]。他のステンレス鋼の金属相としてはマルテンサイト相がある[6]。マルテンサイト・フェライトの二相系ステンレス鋼や、フェライト・オーステナイト・マルテンサイトの三相系ステンレス鋼(英語:triplex stainless steel)といった種類もあるが、二相系ステンレス鋼といえばフェライト・オーステナイト系が主流である[7]

クロムモリブデンチタンニオブケイ素などを添加すると、鉄合金組織中にフェライト(δ フェライト)が形成されやすくなる[8]。このような元素をフェライト形成元素と呼ぶ[8]。対して、ニッケルマンガン炭素窒素などは、添加することによってオーステナイトが形成されやすくなるのでオーステナイト形成元素と呼ぶ[9]。フェライト形成元素とオーステナイト形成元素の含有量の割合で、組織中のフェライトの生成量が決まる[10]

オーステナイト・フェライト系とは、フェライト形成元素とオーステナイト形成元素の量を調整することによって、フェライトとオーステナイトの存在比率が約1対1を狙いとして造られる鋼種である[11][12]。実際の比率は具体的な鋼種や熱処理過程によって異なり、フェライトの存在率はおおよそ 40 % から 70 % となっている[13]。ただし、ほとんどのオーステナイト・フェライト系のフェライト・オーステナイト比率は約1対1である[14]。1対1が好まれる理由は、この割合近辺で優れた耐応力腐食割れ性耐孔食性が得られるためである[15]

オーステナイト・フェライト系に添加される主な合金元素は、クロムニッケルモリブデン窒素である[16]。ステンレス鋼の組成上の分類としては、オーステナイト・フェライト系はクロムとニッケルを主成分とするクロム・ニッケル系ステンレス鋼の一種に該当する[17]。オーステナイト・フェライト系ステンレス鋼のクロムニッケルの典型的な含有量は、クロムが 17 % から 30 % 程度、ニッケルが 3 % から 13 % 程度である[7]

特性

オーステナイト・フェライト系ステンレス鋼の常温強度は、ステンレス鋼の中で優れた特性を持つ[18][19]。特に降伏応力は一般的にオーステナイト系の約2倍の強度を持ち、常温で 450 MPa から 600 MPa の値を示す[19][20][21]引張り強さは、常温で 600 MPa から 800 MPa の値が得られる[21]。オーステナイト・フェライト系の延性靭性は、オーステナイト系よりは劣り、フェライト系よりは優れる[15][19]。延性の指標である伸びは、20% から 30% 程度である[21]。また、オーステナイト系のような高温強度を持たず、475℃脆化も起きるため、350℃以下がオーステナイト・フェライト系使用の目安である[22]

クロムを高濃度に含むため、オーステナイト・フェライト系は高い耐食性を有する[23]。さらにオーステナイト系の弱点である応力腐食割れに対する耐性が高いのが、オーステナイト・フェライト系の長所である[24]

密度電気抵抗熱抵抗熱膨張率弾性率といった、オーステナイト・フェライト系の物理的性質は、オーステナイト系とフェライト系(又は炭素鋼)のほぼ中間に位置する特性を示す[25][15]磁性があり、その程度はフェライト相の比率に依存する[26]

用途例

オーステナイト・フェライト系ステンレス鋼を使用するスウェーデンセルベスボリの橋(Sölvesborgsbron)。 EN 1.4162 の板材を 150 ton 使用[27]

原料および製造コストが高いため、析出硬化系ステンレス鋼と同じく、オーステナイト・フェライト系はステンレス鋼の中で高価な部類に入る[24]。高い耐応力腐食割れ性を活かし、海水環境下や油井関係などで使われている[5]

高耐荷重性能と塩水環境への耐食性能などから、橋梁の材料にオーステナイト・フェライト系が適用されている[28]。構造用鋼を使用する場合と比較して、オーステナイト・フェライト系の使用は初期費用が高くなるが、長寿命・省メンテナンスな橋梁が期待される[28]。ヨーロッパでは、スウェーデン、ノルウェー、スペイン、イギリス、イタリアなどでオーステナイト・フェライト系製の橋梁の実績がある[28]。アジアでは、シンガポールのヘリックスブリッジや香港のストーンカッターズ橋などがオーステナイト・フェライト系で造られている[29]

カタールハマド国際空港では、ターミナルの屋根にオーステナイト・フェライト系を使用している[30]。空港が海の近くに位置しており、高温多湿の環境と塩による腐食に耐える必要があり、コストや比強度も考慮にいれてオーステナイト・フェライト系が選択された[30]。この屋根は、2014年現在世界最大のステンレス製の屋根で、およそ1600トンのオーステナイト・フェライト系が使われている[30]

歴史

ステンレス鋼は、1930年にスウェーデンで最初に製造されたとされる[31]。1930年代にサルファイトパルプのパルプ産業で使われたのが、オーステナイト・フェライト系初期の利用の一つであったとされる[32]

脚注

  1. ^ ISSF 2016, p. 11.
  2. ^ 野原 2016, p. 16.
  3. ^ How many types of stainless steel are there?”. British Stainless Steel Association. 2018年3月15日閲覧。
  4. ^ JIS G 0203:2009, 鉄鋼用語(製品及び品質), p. 20
  5. ^ a b 田中 2010, p. 156.
  6. ^ 谷野・鈴木 2013, p. 241.
  7. ^ a b Lai Leuk et al. 2012, p. 52.
  8. ^ a b 谷野・鈴木 2013, pp. 102–103.
  9. ^ 谷野・鈴木 2013, p. 103.
  10. ^ 田中 2010, p. 100.
  11. ^ 小川 2015, p. 1.
  12. ^ IMOA 2014, p. 10.
  13. ^ 遅沢 2009, p. 7.
  14. ^ IMOA 2014, p. 8.
  15. ^ a b c ステンレス協会 1995, p. 634.
  16. ^ IMOA 2014, pp. 8–9.
  17. ^ 金属用語辞典編集委員会、2004、『金属用語辞典』初版、 アグネ技術センター ISBN 4-901496-14-X p. 194
  18. ^ ステンレス協会 1995, p. 632.
  19. ^ a b c 小川 2015, p. 2.
  20. ^ IMOA 2014, p. 26.
  21. ^ a b c Lai Leuk et al. 2012, p. 58.
  22. ^ 遅沢 2009, p. 11.
  23. ^ 谷野・鈴木 2013, p. 243.
  24. ^ a b 野原 2016, p. 35.
  25. ^ IMOA 2014, p. 29.
  26. ^ 野原 2016, p. 17.
  27. ^ ISSF 2016, p. 14.
  28. ^ a b c N.R. Baddoo, A. Kosmač (2012年10月5日). “Sustainable Duplex Stainless Steel Bridges (PDF)”. International Stainless Steel Forum. 2019年6月9日閲覧。
  29. ^ IMOA 2014, p. 56.
  30. ^ a b c IMOA 2014, p. 57.
  31. ^ IMOA 2014, p. 5.
  32. ^ IMOA 2014, p. 55.

参照文献

※文献内の複数個所に亘って参照したものを特に示す。

  • ステンレス協会(編)、1995、『ステンレス鋼便覧』第3版、 日刊工業新聞社 ISBN 4-526-03618-8
  • 野原 清彦、2016、『ステンレス鋼大全』初版、 日刊工業新聞社〈技術大全シリーズ〉 ISBN 978-4-526-07541-4
  • 田中 良平(編)、2010、『ステンレス鋼の選び方・使い方』改訂版、 日本規格協会〈JIS使い方シリーズ〉 ISBN 978-4-542-30422-2
  • 谷野 満・鈴木 茂、2013、『鉄鋼材料の科学 : 鉄に凝縮されたテクノロジー』第3版、 内田老鶴圃〈材料学シリーズ〉 ISBN 978-4-7536-5615-8
  • Joseph Ki Leuk Lai, Kin Ho Lo, Chan Hung Shek, ed (2012). Stainless Steels: An Introduction and Their Recent Developments. Bentham Science Publishers. doi:10.2174/97816080530561120101. ISBN 978-1-60805-305-6. 
  • International Molybdenum Association (2014) (PDF). Practical Guidelines for the Fabrication of Duplex Stainless Steels (Third ed.). London: International Molybdenum Association. ISBN 978-1-907470-09-7. https://www.imoa.info/download_files/stainless-steel/Duplex_Stainless_Steel_3rd_Edition.pdf. 
  • 小川 和博 (2015年7月). “二相ステンレス鋼の発展と最近の動向 (PDF)”. WE-COMマガジン第17号. 日本溶接協会. 2019年6月1日閲覧。
  • 遅沢 浩一郎 (2009年1月). “腐食センターニュース No. 048 ステンレス鋼の特性と使用上の要点 (PDF)”. 腐食センター. 2017年9月9日閲覧。
  • Stainless Steel in Infrastructure (PDF)”. http://www.worldstainless.org. International Stainless Steel Forum (2016年7月5日). 2019年4月13日閲覧。

外部リンク