304対202 – 組成、熱処理、特性、および用途
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はじめに
ステンレス鋼の304および202は、製造、建築、食品加工、消費財市場で広く使用されている代表的なオーステナイト系鋼種です。エンジニア、購買担当者、製造計画者は、耐食性、機械的性能、溶接性、単価のバランスを考慮してこれらの鋼種を選択することが多くあります。典型的な選択場面としては、屋内の食品接触設備、建築用トリム、構造部材など予算制約がありニッケル含有量の低い代替品に傾く場合が挙げられます。
304と202の主な違いは合金設計にあります。304はより高いニッケル含有量と標準的なクロム量により優れた耐食性と安定したオーステナイト組織を確保しているのに対し、202はニッケル含有量を抑え（代わりにマンガンと窒素を増加）コストを抑えつつ耐食性はやや劣るものの同等の強度を得る設計となっています。このコストと耐食性能、加工挙動のトレードオフが両者を比較する際の主な論点です。
1. 規格および呼称
- 304
- 一般呼称：AISI 304、UNS S30400、EN 1.4301（304Lは1.4306）、JIS SUS304、GB 06Cr19Ni10
- 分類：オーステナイト系ステンレス鋼（ステンレス）
-
代表的な規格：ASTM A240/A480（鋼板・鋼帯）、ASME SA240、EN 10088シリーズ
-
202
- 一般呼称：AISI 202、UNS S20200、EN（欧州では広く規格化されていないものの国別規格で指定される場合あり）、JIS SUS202相当品が一部市場に存在、GB 202
- 分類：オーステナイト系ステンレス鋼（ステンレス）、低ニッケルオーステナイト系鋼種として流通することが多い
- 代表的な規格：鋼板・コイルおよび成形品で使用され、地域により専用仕様が存在
いずれも炭素鋼、合金鋼、工具鋼、高張力低合金鋼ではなく、耐食性を持つステンレス鋼です。
2. 化学成分と合金設計
以下の表は、鍛造材で広く流通している代表的な公称成分または範囲（質量パーセント）を示します。規格やロットにより変動があるため、調達時はミルシートの確認が必要です。
| 元素 | 304（一般的な範囲、質量％） | 202（一般的な範囲、質量％） |
|---|---|---|
| C | ≤ 0.08 | ≤ 0.15 |
| Mn | ≤ 2.0 | 5.5 – 7.5 |
| Si | ≤ 1.0 | ≤ 1.0 |
| P | ≤ 0.045 | ≤ 0.06 |
| S | ≤ 0.03 | ≤ 0.03 |
| Cr | 18.0 – 20.0 | 17.0 – 19.0 |
| Ni | 8.0 – 10.5 | 4.0 – 6.0 |
| Mo | ≤ 0.08 | ≤ 0.20 |
| V | 痕跡/なし | 痕跡/なし |
| Nb (Cb) | 一般的になし | 一般的になし |
| Ti | 一般的になし | 一般的になし |
| B | 痕跡 | 痕跡 |
| N | ≤ 0.10 | 約0.25–0.45まで（変動あり） |
合金成分の性質への影響： - クロム（Cr）は被動態酸化膜を形成し、一般的な耐食性を付与。両鋼種とも類似のCr含有量で耐食性を確保。 - ニッケル（Ni）はオーステナイト相を安定化し、成形性や耐食性を向上。304は202に比べNi含有量が著しく高い。 - マンガン（Mn）と窒素（N）は202でニッケルを一部代替しつつオーステナイトを安定化、固溶強化により強度を高める役割を持つ。 - 炭素（C）は強度と感応化リスクに影響。202はやや高めの炭素上限を持つ。溶接感応化防止のため低炭素タイプ（例：304L）も存在。 - 微量元素や不純物（P, S）は機械加工性や局所的な腐食特性に影響。
3. 微細組織および熱処理応答
- 典型的な微細組織（加工後状態）
- 304と202はともに焼なまし（アニーリング）状態で主にオーステナイト相（面心立方格子）を持ちます。オーステナイト安定性はNi、Mn、N含有量に依存します。
- 202はMn/Nが高くNiが低いため、高温や強い冷間加工時にオーステナイトがやや不安定になる場合があるものの、常温では標準組成で安定したオーステナイト相を維持します。
-
デルタフェライトは通常の冷却条件下で最小限ですが、一部の加工ルートでは微量存在することがあります。
-
一般的な熱処理・機械加工への応答
- 焼なまし（溶体化処理）：両鋼種とも約1000～1150 °Cで処理後急冷し炭化物を溶解、微細組織をリセット。溶体化アニーリングにより靭性と耐食性が回復。
- 冷間加工（圧延、引抜、曲げ）：どちらも冷間加工で硬化。202は高いMnとNにより同じ変形度でより高い強度を得やすい。
- 時効・析出硬化：オーステナイト系ステンレスは焼入れ-焼戻しによる硬化を示さず、400～850 °Cの長時間加熱でカーバイドやシグマ相など脆化相が生成しやすく靭性や耐食性が低下。304はNi含有が高いためこの析出物生成に対しより耐性あり。
- 正火・焼入れ焼戻し：オーステナイト系には適用せず、マルテンサイト硬化する炭素鋼とは異なる。
4. 機械的性質
以下の表は、鍛造品で焼なまし状態の代表的な数値範囲（鋼板、鋼板厚物、冷間圧延コイル）です。実際の特性は冷間加工度、板厚、熱処理条件に依存します。
| 特性 | 304（焼なまし、代表値） | 202（焼なまし、代表値） |
|---|---|---|
| 引張強さ（MPa） | 約500 – 700 | 約520 – 760 |
| 降伏強さ（0.2%オフセット、MPa） | 約200 – 350 | 約240 – 420 |
| 伸び（%） | 約40 – 60 | 約30 – 50 |
| 衝撃靭性（ノッチエネルギー、定性的） | 良好、延性破壊 | 一般的には良好だが冷間加工後は低下することがある |
| 硬さ（HRBまたはHV） | 約70 – 95 HRB（焼なまし時） | 冷間加工硬化傾向により平均的にやや高め |
解説： - 202はMnとNの固溶強化効果で特に冷間加工後により高い強度を示す傾向があり、同条件では降伏強さや引張強さが202の方が高いことが多い。 - 304はNi含有量が高いため熱処理や溶接後の靭性保持性や延性に優れる。 - 選択にあたっては供給状態も考慮する必要があり、例えば冷間加工済みの304は焼なまし202より強度が高い場合もあるが、同じ冷間加工条件ならば202の方が一般的に強度は高い。
5. 溶接性
オーステナイト系ステンレス鋼の溶接性は概ね良好ですが、炭素量、硬化傾向に影響する合金元素、粒界腐食感受性が溶接割れや溶接後特性に関与します。
溶接性評価に用いられる主要式（定性的に解釈）：
-
炭素換算値（IIW法）： $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ $CE_{IIW}$が高いと硬化傾向や割れリスクが上がる。オーステナイト系では元素の効果は異なるが比較の参考になる。
-
孔食指数（耐食性評価用）： $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
-
溶接適性指数Pcm（主に炭素鋼用だが概念的に有用）： $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
304と202の溶接性の定性的比較： - 304は標準の溶接材（例：308Lなど）で非常に良好な溶接性を持ち、適切な手順下で熱割れや溶接後脆化のリスクが低い。感応化を防ぐために低炭素タイプ（304L）を使うこともある。 - 202も一般的な溶接方法で問題なく溶接可能だが、ニッケル量の減少により熱影響部の延性低下や一部環境で局所腐食の感受性がやや高まるリスクがある。 - 溶接前後の洗浄、適切な溶接材選択、感応化温度帯への滞留回避が基本管理。重要用途では溶接手順の認証と腐食試験を推奨。
6. 耐食性および表面保護
- ステンレス特性
- 304、202ともにクロムを主体とした被動態酸化膜で耐食性を実現。304はニッケル含有が高いため、一般耐食性に優れ、塩化物含有環境下での耐食性と表面ひび割れの抑制による加工性が高い。
-
202は室内環境や比較的穏やかな腐食環境（装飾トリム、室内家電、空調部品）で十分な耐食性を示すが、海岸部、海洋環境、塩素を含むプロセス流体など塩化物濃度の高い環境下では304以上の高合金鋼種が推奨される。
-
PRENの活用（該当環境での評価）
- 孔食評価に用いる式： $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$
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PRENはMo含有量および高いN含有を持つデュプレックス系や一部オーステナイト系の孔食性能評価に多用される。304（低Mo、低N）および202（低Mo、中程度N）はいずれも厳しい塩化物環境での使用には性能が限定されることを示している。
非ステンレス鋼の表面保護（本項目には該当しません）
7. 加工性、切削性、成形性
- 成形性および曲げ加工：
- 304はNi含有量が高く安定したオーステナイト組織により、優れた成形性、深絞り性、スプリングバック特性を持ち、複雑な成形が求められる場合に好まれます。
-
202も成形可能ですが、加工硬化率が高いため、金型や工具はより大きな成形力に対応できる必要があり、狭小半径成形時にはより頻繁なアニーリング処理が求められます。
-
切削性：
- オーステナイト系ステンレス鋼は一般に炭素鋼に比べて切削性が劣ります。202は304よりも強度が高く加工硬化しやすいため、切削はやや難しくなりますが、202の一部の市販品は硫黄含有量が高めで切削性が向上していることもあり、実際の切削性は製品仕様に依存します。
-
一貫した結果を得るためには、適切な工具（超硬インサート、高ポジティブレーク）、冷却液、および保守的な送り速度・切削速度を使用してください。
-
表面仕上げ：
- 研磨、ピックリング、パッシベーション処理はいずれも標準的な処理です。304は一般的な仕上げ（2B、BA、No.4）に対応し予測可能な結果を得られます。202はエッチング挙動に若干の違いがあり、装飾用途では均一な外観を維持するための注意が必要です。
8. 主な用途例
| 304（代表的な用途） | 202（代表的な用途） |
|---|---|
| 食品加工設備、シンク、キッチン家電 | 装飾トリム、屋内建築部材、低コスト家庭用部品 |
| 低腐食性環境下の化学処理設備 | エレベーターパネル、室内クラッディング、非重要な配管および締結部品 |
| 熱交換器、低温用途、衛生配管具 | コスト重視の汎用製作部品 |
| 耐食性を要求される締結具および付属品 | 低コスト調理器具外装、HVACダクト（非腐食環境） |
選定のポイント： - 腐食耐性、湿潤またはやや攻撃的な環境下での長期耐久性、広範な成形や溶接組立が求められる場合は304を選択してください。 - 初期材料コストが主要な制約であり、環境が非攻撃的（屋内、管理された雰囲気）で高強度を低コストで求める場合は202を選択してください。
9. コストと入手性
- コスト
- 202は一部のニッケルをマンガンや窒素で代替しているため、通常は304よりも1kgあたりの価格が低くなります。ニッケルは高価な合金元素であるため、低Niグレードは経済的な代替品として市場に出回ります。
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市場価格は商品ニッケルやステンレススクラップ相場に左右され、ニッケル価格が高騰する時期は304のプレミアムが大幅に拡大することがあります。
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入手性
- 304はシート、コイル、板、丸棒、管材、締結具など世界中で一般的に流通しており、標準的な製品形態であれば納期は通常短期間です。
- 202は多くの市場でシートやコイルとして広く入手可能ですが、特殊形状品や特定の国際規格品はやや入手困難な場合があります。大量発注や特殊寸法では入手可能性を事前に確認してください。
10. まとめと推奨
| カテゴリ | 304 | 202 |
|---|---|---|
| 溶接性 | 標準手順で優秀。304L使用で感受性低減可能 | 良好だが工程管理が必要。場合によっては熱影響部の靭性低下リスクあり |
| 強度–靭性のバランス | 良好な靭性と延性、中程度の強度 | 加工後の強度は高いが、重度の冷間加工後は靭性が低下することあり |
| コスト | 高め（Ni含有のため） | 低め（Ni削減、Mn/N代替） |
| 耐食性 | 一般的および塩化物耐性が優れる | 屋内や温和な環境では十分。攻撃的な塩化物環境には不適 |
| 成形性 | 優秀（深絞りに適する） | 良好だが高い加工硬化率。金型注意が必要 |
最終的な推奨： - 腐食耐性、優れた成形性、世界的な入手のしやすさ、及びやや攻撃的な環境下での長期耐久性が重要な場合は304を選択してください。食品接触用途や衛生的用途、海岸・海洋暴露環境にはより安全な選択です。 - 初期材料コストが最優先で、使用環境が穏やかな屋内の非塩化物環境であり、より高い初期強度または低ニッケル含有を許容できる場合は202を選択してください。用途固有の耐食試験により検証し、使用する供給品のN、Mn、S含有量を確認して切削性および表面仕上げの要件を満たしていることを確認してください。
最後に：購入時には必ず製品形態、表面仕上げ、機械的性質状態（焼鈍または冷間加工品）、適用規格を指定してください。溶接構造物や重要部品については溶接手順資格を取得し、耐食性が安全性やライフサイクルに関わる場合は一般的なグレード比較だけでなく、用途に即した耐食試験を実施してください。