steel)とは、クロム、またはクロムとニッケルを含む、錆びにくい合金鋼である。以上の鋼と定義される。名称は、省略してステンレス、ステンともよく呼ばれる。不銹鋼(ふしゅうこう)と呼ばれていた[1]。以上含む鋼と定義しており、これが国際統一されたステンレス鋼の定義となっている[2][3]。以上含み、耐食性を向上させた合金鋼をステンレス鋼と定義している[4]。組成についてはこれ以外の定義もある。2000年の日本工業規格では、「耐食性を向上させる目的で,クロム又はクロムとニッケルを含有させた合金鋼、一般にはクロム含有量が約10.5%以上の鋼をステンレス鋼といい〔後略〕」と定義していた[5]。以上とする専門書[6]や用語辞典[7]もある。以上であることを定義に足すこともある[3][8]。この名称は、ステンレス鋼を実用化した一人であるハリー・ブレアリーによって[6][9]、より正確には、ブレアリーの鋼の耐食性を確認したアーネスト・スチュアートによって名付けられた[10]。less)」と言ったことが「ステンレス」という言葉の最初の記録である[10]。正式には「ステンレス鋼」だが、省略して「ステンレス」と呼ぶことも一般的となっている[11]。「ステンレススチール」とも呼ばれる[12]。日本語名としては、かつては「不銹鋼」と呼ばれていた[12]。後述のようにステンレス鋼であっても使用環境によっては銹(さび)が発生するため、日本語では「さびにくい鋼」と表現する方が適当である[13][3]。「常輝鋼」とも呼ばれていた[12]。特徴[編集]耐食性[編集]ステンレス鋼の表面には、不動態皮膜と呼ばれる非常に薄い膜が形成される[14]。不動態被膜は稠密で化学的に安定しており、ステンレス鋼表面が傷ついて皮膜が破壊されても瞬時に再生する[15]。これによって、ステンレス鋼の表面が保護されて、ステンレス鋼の高い耐食性が実現している[14]。ステンレス鋼が作る不動態皮膜の詳細は現在も様々な手段による解析が行われており、まだ正確には解明できていない部分が多い[16][17]。ナノメートルと推定されている[17][18]。構造は2層構造となっており、外層側が水酸化物、内層側が酸化物となっている[17][19]。介して結合していると考えられている[18][20]。この内層酸化物が、不動態皮膜の耐食性を主に生み出していると考えられている[17]。不動態皮膜は非化学量論的な化合物であり、明確な結晶構造を持たない非晶質構造となっている[17][14]。呼ばれる錯化合物が主体として皮膜を構成しているというモデルが考えられている[16]。クロムが作る不動態皮膜は硝酸や濃硫酸のような酸化性の酸に対しては大きな耐食性を示すが、希硫酸や塩酸のような非酸化性の酸に対しては耐食性が劣る。%以上加えて非酸化性の酸に対する耐食性を高めている[21]。オーステナイト系ステンレス鋼は、塩化物を含む高温高圧環境に曝されると水素脆化による応力腐食割れを起こすことがある[22]。加工硬化によって磁性を持つことがあり、これにより耐食性が劣る可能性がある。物理的特性[編集]オーステナイト系ステンレス鋼は非磁性であるが、フェライトになると磁性を持つ。マルテンサイト系ステンレス鋼は強度と共に耐摩擦性が高いが耐食性が少し劣る。種類[編集]ステンレス鋼には様々な種類がある[23]。常温における金属組織によって大別すると、ステンレス鋼は以下の5つに分類される[23][24][25]。析出硬化系ステンレス鋼マルテンサイト系ステンレス鋼[編集]詳細は「マルテンサイト系ステンレス鋼」を参照マルテンサイト系ステンレス鋼は、常温でマルテンサイトを主要な組織とするステンレス鋼で、高温ではオーステナイト単一組織またはオーステナイトを主とするフェライト・オーステナイト組織となる組成を持つ[26]。その状態から急冷して焼入れを行うことによってマルテンサイト変態を起こし、常温でもマルテンサイトを維持する[27]。クロムの量は、11%程度を含むものから18%程度を含むものがある[28]。一般に、クロムの含有量が増えるに連れてオーステナイト組織領域は狭まり、消失する[26]。炭素の含有を増やすことで高温域でのオーステナイト組織領域が広がる[29]。マルテンサイトを得るために、マルテンサイト系ステンレス鋼ではクロム含有量を増やすのに応じて炭素含有量を増やす[30]。ステンレス鋼の中では、クロム含有量が比較的少なく炭素含有量が比較的多いという組成となっている[31]。フェライト系ステンレス鋼[編集]詳細は「フェライト系ステンレス鋼」を参照フェライト系ステンレス鋼は、常温でフェライトを主要な組織とするステンレス鋼である。高温ではフェライト単一組織またはフェライトを主とするフェライト・オーステナイト組織となる組成を持つ[32]。そのため高温から焼入れ処理をしても、マルテンサイト系ステンレス鋼とは異なり、組織はマルテンサイトにならずフェライトのままとなる[33][34]。クロムの量は、11%程度を含むものから32%程度を含むものまでの種類がある[35]。炭素含有量は比較的少なく、一般的には0.12%以下とされる[34]。クロム含有量が多いフェライト系ステンレス鋼では、もう少し多くの炭素を許容できるようになる[34]。金属組織写真オーステナイト系ステンレス鋼は、常温でオーステナイトを主要な組織とするステンレス鋼である[36]。等の合金元素を添加することでオーステナイトが安定化して常温で存在するようになる[37]。°C程度まで材料温度を上げ、材料全体をオーステナイト化させて、合金元素を十分に固溶させた後に急冷して、オーステナイト系ステンレス鋼を得る。添加される合金元素の量によってオーステナイトの安定度が異なる。オーステナイト安定度が低い場合は、塑性加工が施されたり、低温下に置かれたりすると、一部のオーステナイトがマルテンサイトに変態する。このようなオーステナイト系ステンレス鋼は、準安定オーステナイト系ステンレス鋼と呼ばれる[38]。このときに発生するマルテンサイトは加工誘起マルテンサイトと呼ばれる。オーステナイト安定度が高い場合は加工などを施してもオーステナイトが内定して残留し、安定オーステナイト系ステンレス鋼と呼ばれる[39]。オーステナイト・フェライト系ステンレス鋼[編集]詳細は「オーステナイト・フェライト系ステンレス鋼」を参照オーステナイト・フェライト系ステンレス鋼は、含有量を調節することによって、常温で組織中にオーステナイトとフェライト両方が存在するステンレス鋼である。二相ステンレス鋼などとも呼ばれる[40]。オーステナイト系ステンレス鋼と同じく、クロム・ニッケル系ステンレス鋼の一種である[7]。フェライト・オーステナイトの割合は成分によって異なり、おおよそ40から70%のフェライトが存在する[41]。析出硬化系ステンレス鋼は、銅やアルミニウムといった元素を添加して母相中に析出させることで硬化させるステンレス鋼である[42]。オーステナイト系ステンレス鋼と同じく、クロム・ニッケル系ステンレス鋼の一種[7]。母相には、オーステナイト、オーステナイト・フェライト、マルテンサイトの3種類がある[41]。析出硬化によって高い硬度が得られ、オーステナイト系ステンレス鋼の硬度が低い点を補うことができる[43]。JISによる分類[編集]この節は検証可能な参考文献や出典が全く示されていないか、不十分です。出典を追加して記事の信頼性向上にご協力ください。(2019年1月)JISで規定するステンレス鋼材料の規格票の例をいくつか示す。冷間圧延ステンレス鋼板及び鋼帯また、代表的なステンレス材料の成分を上記から一部引用する。厚板・鋼管などのステンレス鋼でも、成分系は基本的に薄板と同じである。規格名の後ろに「L」をつけることがある(SUS304Lなど)が、これは炭素量を極めて低く制御した鋼種であることを意味している。%)また、JIS規格品以外にも各メーカーの独自鋼種が数多く存在する。オーステナイト系は非磁性体で低温脆性がない。オーステナイト・フェライト系、フェライト系、マルテンサイト系、析出硬化系は磁性体(強磁性体)である。オーステナイト系ステンレスの一部は、加工を繰り返すことで組織がマルテンサイト化し、磁性を持つことがある。その他、Mo・Ti・Nbなどの添加元素も、耐食性の向上に寄与している。%の範囲で含まれるNiも耐食性に貢献するが、オーステナイト相を固定化するのが最も重要な役割である。°C前後の焼なまし程度の加熱でクロム(Cr)が炭素(C)と結合して炭化物が粒界に析出することがあり、クロムの減少によって耐食性が損なわれることがある。これは粒界腐食と呼ばれるが、ニオブ(Nb)やチタン(Ti)が少量添加されていれば、クロムの前にニオブやチタンが炭化物となるために粒界腐食を起こさずに耐食性が維持される。このようなステンレスは安定型ステンレス・スチールと呼ばれる[44]。不適切な熱履歴によるクロム濃度の低下を鋭敏化と言う。製造[編集]原料[編集]潰されたステンレス鋼のスクラップ。ステンレス鋼は、鉄、クロム、ニッケルを主成分としてできている[45]。ステンレス鋼の主な原料には、ステンレス鋼のスクラップが使われる[46]。これに必要な原料が足されてステンレス鋼が造られる[47]。ステンレス鋼はリサイクルしやすい材料であり、スクラップの回収率は高い。スクラップを使用している[48]。高炉を持つ銑鋼一貫製鉄所がステンレス鋼を製造する場合は、銑鉄を製造して予備処理し、ステンレス鋼の原料として用いる場合もある[47][49]。フェロクロムステンレス鋼製造のための添加が、クロムとニッケルの主要な用途の1つである[50]。2016年時点では、クロム鉱石の生産量は南アフリカ、カザフスタン、インド、トルコが上位となっている。ニッケル鉱石の生産量はフィリピン、ロシア、カナダ、オーストラリアなどが上位となっている[51]。レート変動などによって価格が大きく変動し、クロム・ニッケル輸入国のステンレス鋼メーカーはこれらの原料の安定確保に腐心している[45]。一般的に、クロムとニッケルは鉱石のままステンレス鋼製造に用いられることはなく、合金鉄と呼ばれるフェロクロムとフェロニッケルの形に作り替えられてステンレス鋼製造に使用される[52]。最近の製鋼技術の進歩によって脱炭素が容易になったため、安価な高炭素フェロクロムや高炭素フェロニッケルの使用比率が高まっている[45]。得られた原料は炉で溶解される。炉には電気炉の使用が一般的で、特にアーク炉の使用が主流である[53][54]。°Cで溶解される[55][54]。前述のとおり、高炉を持つ銑鋼一貫製鉄所がステンレス鋼を製造する場合は、電気炉でスクラップを溶解するのではなく、高炉で溶銑を製造して原料として用いる場合もある[47][49]。溶銑を転炉に移し、ステンレス鋼スクラップ、フェロクロム、フェロニッケルを加えて、ステンレス鋼の溶鋼が造られる[56]。高炉と転炉の間で、溶融還元炉にてクロム鉱石を直接投入する場合もある[53]。このような高炉法による製造は大量生産に向いている[47]。高炉法ではニッケルの溶解が難しく、ニッケルを主要合金元素とするオーステナイト系ステンレス鋼では電気炉法よりも効率が劣るため高炉法は用いられない[56]。高炉法の利用は、フェライト系ステンレス鋼やマルテンサイト系ステンレス鋼などのクロム系ステンレス鋼に現在のところ限られている[57][56]。原料の溶解後、不純物を規定量まで取り除き、ステンレス鋼の組成を調整する精錬が行われる。この精錬工程がステンレス鋼製造における大きな特徴の一つである[53]。精錬過程では、最大の不純物である炭素を取り除く必要がある[55]。この過程は脱炭と呼ばれ、酸素を溶鋼中に吹き込み、炭素を一酸化炭素ガスにして大気中へ放出し、炭素を除去する[55]。ステンレス鋼の場合は含有する主合金元素のクロムのために、一般的な鉄鋼とは異なる脱炭精錬を必要とする[58]。クロムは鉄よりも優先して酸化する特性がある[49]。このクロムの優先酸化によって、特に低炭素域での脱炭の進行が阻まれる[53]。多量に酸化されたクロムがスラグ中に含有されてしまう[59]。高価なクロムをここから回収するためには、高価なフェロシリコンがさらに必要となる[59]。これらを回避して脱炭の効率を上げるには、炉中の一酸化炭素ガスの分圧(CO分圧)を下げることが有効である[53][59]。CO分圧を下げるために、酸素と共に希釈ガスを吹き込むAOD法と真空(減圧)環境を作り利用するVOD法がステンレス鋼製造では一般的に用いられる[60]。電気炉で溶解されたステンレス鋼は、AOD炉またはVOD炉へ移される[61]。溶鋼の炭素濃度が高い状態では、VOD法を適用しても脱炭効率が悪い[60]。そのため、VODを行う場合は事前に転炉で予備脱炭を行うこともある[60]。高炉法で造られた溶鋼も、転炉を経てAOD炉またはVOD炉へと移される[53]。表面仕上げ[編集]この節は検証可能な参考文献や出典が全く示されていないか、不十分です。出典を追加して記事の信頼性向上にご協力ください。(2019年1月)ステンレス鋼は、主にその用途と求められる意匠性によって様々な表面仕上げを施して使用される。表面処理の中で、意匠的に鏡面に磨いたもの、ヘアライン加工したものは建築物の中で用いられることがあり、素地での仕上げとなる場合は傷を保護するビニールなどの皮膜が貼り付けられていることが多い。代表的なものは以下のとおり。つや消しの白っぽい表面で、少しザラついた仕上がり。スラブを加熱してロールで延ばす熱間圧延の後、表面を酸で洗い、汚れ等を取り除いたもの。構造部材やリロール母材などに用いられる。製造上1番目(熱間圧延)の工程で出来るため「No.1」と表す。冷間圧延後、焼なましと酸洗を行ったままの仕上げで、表面は銀白色の鈍い光沢。比較的柔らかいため、深絞り性を要求される場合に用いられるが、一般にはほとんど流通しない。2Dの後に、適度な光沢を得られるようにスキンパス(調質圧延)を施した仕上げで、ステンレス鋼では最も一般的。製造上2番目(冷間圧延)の工程で出来、仕上げがブライト(光沢のある)状態のため「No.2B」と表す。冷間圧延後に光輝熱処理とスキンパスを行った、きれいな光沢のある仕上げ。意匠性を求められる部材に用いられることが多い。2B仕上げに次いで一般的。2BまたはBAの素材に、F180前後の研磨加工をした仕上げ。研磨材としては最も一般的なもので、厨房や建材用などに幅広く用いられる。2BまたはBAの素材に、髪の毛状の細い研磨目(ヘアライン)を連続してつけた仕上げ。エスカレーター側面などでよく見かける。2BまたはBAの素材を#800程度のバフ研磨した、高い光沢を持つ鏡面仕上げ。鏡や装飾金具などに用いられる。一部フェライト系ステンレス特有の仕上げで、冷間圧延時にステンレス専用の圧延機ではなく、普通鋼用の圧延機を通すことで、高い生産性を達成する。表面性状を問わない自動車排気系部品などに用いられる。