316ステンレス鋼: 特性と主要な用途
共有
Table Of Content
Table Of Content
316ステンレス鋼はオーステナイト系ステンレス鋼に分類され、高い耐腐食性と優れた機械的性質が知られています。316ステンレス鋼の主な合金元素には、クロム（16-18％）、ニッケル（10-14％）、およびモリブデン（2-3％）が含まれています。モリブデンの添加により、塩化物環境におけるピッティングおよびクレビス腐食に対する耐性が向上し、特に海洋用途や化学処理に適しています。
主な特性
316ステンレス鋼は、優れた耐腐食性、高強度、および良好な溶接性が特徴です。高温での強度と靭性を維持し、アニーリング状態では非磁性です。厳しい環境に耐える能力から、食品加工、製薬および海洋用途など様々な産業で人気の選択肢となっています。
利点と制限
利点：
- 特に塩化物に対する例外的な耐腐食性。
- 高温での強度と酸化抵抗。
- 良好な溶接性と成形性。
制限：
- 304などの他のステンレス鋼グレードに比べてコストが高い。
- 特定の環境で応力腐食割れに対する感受性。
- 一部の高強度合金に比べて強度が低い。
316ステンレス鋼は、その多用途性と信頼性により市場で重要な地位を占めています。1940年代の導入以来広く使用されており、要求の厳しいアプリケーションに対して好まれる材料として続いています。
代替名称、規格および同等品
| 標準機関 | 指定/グレード | 出身国/地域 | 備考 |
|---|---|---|---|
| UNS | S31600 | アメリカ | 一般的に使用される指定 |
| AISI/SAE | 316 | アメリカ | 広く認識されているグレード |
| ASTM | A240 | アメリカ | ステンレス鋼板の標準仕様 |
| EN | 1.4401 | ヨーロッパ | 欧州規格で最も近い同等品 |
| DIN | X5CrNiMo17-12-2 | ドイツ | わずかな違いで類似の組成 |
| JIS | SUS316 | 日本 | 日本の標準指定 |
| GB | 06Cr17Ni12Mo2 | 中国 | 中国規格の同等グレード |
| ISO | 316 | 国際 | 国際標準の指定 |
同等グレード間の違いは微妙ですが重要です。たとえば、1.4401（EN）とS31600（UNS）はしばしば同等と見なされますが、炭素や窒素などの元素に関する具体的な制限が、特に耐腐食性や溶接性においてスチールの性能に影響を与える可能性があります。
主な特性
化学組成
| 元素（記号と名称） | 割合範囲（％） |
|---|---|
| C（炭素） | 0.08 max |
| Cr（クロム） | 16.0 - 18.0 |
| Ni（ニッケル） | 10.0 - 14.0 |
| Mo（モリブデン） | 2.0 - 3.0 |
| Mn（マンガン） | 2.0 max |
| Si（シリコン） | 1.0 max |
| P（リン） | 0.045 max |
| S（硫黄） | 0.03 max |
クロムの主な役割は耐腐食性を提供することであり、ニッケルは靭性と延性を強化します。モリブデンは特に塩化物環境におけるピッティングおよびクレビス腐食に対する抵抗を大幅に改善します。マンガンとシリコンは、スチールの全体的な強度と安定性に寄与します。
機械的特性
| 特性 | 条件/テンパ | 試験温度 | 典型的な値/範囲（メトリック） | 典型的な値/範囲（インペリアル） | 試験方法の参照標準 |
|---|---|---|---|---|---|
| 引張強度 | アニーリング | 室温 | 520 - 720 MPa | 75 - 104 ksi | ASTM E8 |
| 降伏強度（0.2％オフセット） | アニーリング | 室温 | 205 - 310 MPa | 30 - 45 ksi | ASTM E8 |
| 伸び | アニーリング | 室温 | 40％ min | 40％ min | ASTM E8 |
| 面積の減少 | アニーリング | 室温 | 50％ min | 50％ min | ASTM E8 |
| 硬度（ロックウェルB） | アニーリング | 室温 | 70 - 90 HRB | 70 - 90 HRB | ASTM E18 |
| 衝撃強度（チャルピ） | アニーリング | -196°C | 40 J | 29.5 ft-lbf | ASTM E23 |
316ステンレス鋼の機械的特性は、高強度と延性を必要とするアプリケーションに適しています。引張および降伏強度の値は、重大な荷重に耐えることができることを示しており、伸びおよび面積の減少の値は、良好な成形性と靭性を示唆しています。
物理的特性
| 特性 | 条件/温度 | 値（メトリック） | 値（インペリアル） |
|---|---|---|---|
| 密度 | 室温 | 8.0 g/cm³ | 0.289 lb/in³ |
| 融点/範囲 | - | 1371 - 1400 °C | 2500 - 2550 °F |
| 熱伝導率 | 室温 | 16 W/m·K | 92 BTU·in/(hr·ft²·°F) |
| 比熱容量 | 室温 | 500 J/kg·K | 0.12 BTU/lb·°F |
| 電気抵抗 | 室温 | 0.72 µΩ·m | 0.72 µΩ·in |
| 熱膨張係数 | 室温 | 16.0 x 10⁻⁶/K | 8.9 x 10⁻⁶/°F |
| 磁気透過率 | 室温 | 非磁性 | 非磁性 |
316ステンレス鋼の密度と融点は、高温アプリケーションに対する適性を示しています。熱伝導率と比熱容量は、熱を効果的に放散できることを示唆しており、熱交換器に理想的です。非磁性の性質は、磁気干渉を最小限に抑える必要があるアプリケーションにおいて利点となります。
耐腐食性
| 腐食性物質 | 濃度（％） | 温度（°C/°F） | 耐性評価 | 備考 |
|---|---|---|---|---|
| 塩化物 | 3-10 | 20-60 / 68-140 | 優れた | ピッティングのリスク |
| 硫酸 | 10-30 | 20-50 / 68-122 | 良好 | 限られた耐性 |
| 塩酸 | 5-10 | 20-40 / 68-104 | 可 | 高濃度には推奨されない |
| 酢酸 | 10-50 | 20-60 / 68-140 | 良好 | 応力腐食に対し感受性 |
| 海水 | - | 環境 | 優れた | 非常に耐性が高い |
316ステンレス鋼は、特に塩化物が豊富な条件での耐腐食性に優れ、海洋用途に最適であることを示しています。ただし、特定の環境、特に高温での応力腐食割れに対して感受性があります。304ステンレス鋼と比較すると、316は特に塩分条件でのピッティングおよびクレビス腐食に対する耐性が大幅に向上しています。デュプレックスステンレス鋼と比較すると、極端な条件下では316の性能が劣る可能性がありますが、より良い溶接性と成形性が得られます。
耐熱性
| 特性/制限 | 温度（°C） | 温度（°F） | 備考 |
|---|---|---|---|
| 最大連続使用温度 | 925 | 1700 | 高温アプリケーションに適しています |
| 最大断続使用温度 | 870 | 1600 | より高温に短時間耐えられる |
| スケーリング温度 | 800 | 1470 | 高温で酸化し始めます |
| クリープ強度の考慮 | 600 | 1112 | この温度を超えるとクリープ抵抗が低下 |
高温では、316ステンレス鋼はその機械的特性を維持し、良好な酸化抵抗を示します。しかし、800 °C（1470 °F）を超える温度に長時間さらされると、スケーリングや材料の劣化につながる可能性があります。クリープ抵抗は、発電や化学処理などの持続的な高温を伴うアプリケーションにおいて重要な考慮事項です。
加工特性
溶接性
| 溶接プロセス | 推奨フィラー金属（AWS分類） | 典型的なシールドガス/フラックス | 備考 |
|---|---|---|---|
| TIG | ER316L | アルゴン | 薄いセクションに優れています |
| MIG | ER316L | アルゴン + CO2 | 厚いセクションに適しています |
| スティック | E316L | - | 屋外使用に適しています |
316ステンレス鋼は非常に溶接性が高く、さまざまな溶接プロセスが使用できます。予熱は一般的に必要ありませんが、溶接後の熱処理は、応力を緩和し、耐腐食性を向上させるのに有益です。一般的な欠陥には、ポロシティや融合不足が含まれ、適切な技術で最小限に抑えることができます。
切削性
| 切削パラメータ | 316ステンレス鋼 | AISI 1212 | 備考/ヒント |
|---|---|---|---|
| 相対加工性インデックス | 0.5 | 1.0 | 加工がより困難 |
| 典型的な切削速度（旋削） | 30-40 m/min | 60-80 m/min | 最良の結果のためにカーバイド工具を使用 |
316ステンレス鋼は、その靭性と加工硬化特性により、炭素鋼よりも加工が難しいです。最適な条件には、鋭い工具の使用、適切な切削速度、および過熱を防ぐための十分な冷却液の使用が含まれます。
成形性
316ステンレス鋼は冷間および熱間成形が可能ですが、加工硬化を示すため、成形作業がより困難になる可能性があります。亀裂を防ぐために、製造中に最小曲げ半径を考慮する必要があります。
熱処理
| 処理プロセス | 温度範囲（°C/°F） | 典型的な浸漬時間 | 冷却方法 | 主な目的/期待される結果 |
|---|---|---|---|---|
| ソリューションアニーリング | 1010 - 1120 / 1850 - 2050 | 30分 | 空気または水 | 炭化物を溶解し、耐腐食性を向上させる |
| 応力緩和 | 400 - 600 / 750 - 1110 | 1-2時間 | 空気 | 残留応力を減少させる |
ソリューションアニーリングなどの熱処理プロセスは、316ステンレス鋼の微細構造を最適化するために重要です。この処理は、炭化物を溶解し、特に溶接部の耐腐食性を強化するのに役立ちます。
典型的なアプリケーションと最終用途
| 業界/セクター | 特定のアプリケーション例 | このアプリケーションで利用される主要な鋼の特性 | 選択理由 |
|---|---|---|---|
| 海洋 | ボートの金具 | 耐腐食性、強度 | 海水への曝露 |
| 化学処理 | 貯蔵タンク | 高強度、耐腐食性 | 攻撃的な化学物質の取り扱い |
| 食品および飲料 | 加工設備 | 耐腐食性、衛生 | 健康基準への適合 |
| 製薬 | 設備と配管 | 耐腐食性、清潔さ | 滅菌環境 |
| 石油およびガス | 海上プラットフォーム | 高強度、耐腐食性 | 厳しい環境 |
316ステンレス鋼は、海水からの腐食に対する優れた耐性を持っているため、海洋環境でのアプリケーションに選ばれています。食品および飲料業界では、その衛生的特性により加工設備に最適です。製薬セクターでは、清潔さを維持し、汚染に抵抗する能力が評価されています。
重要な考慮事項、選択基準およびさらなる洞察
| 特徴/特性 | 316ステンレス鋼 | 304ステンレス鋼 | デュプレックスステンレス鋼 | 簡潔な利点/欠点またはトレードオフメモ |
|---|---|---|---|---|
| 主要な機械的特性 | 高強度 | 中程度の強度 | 高強度 | 316は304よりも耐腐食性が優れています |
| 主要な腐食の側面 | 優れた耐性 | 良好な耐性 | 優れた耐性 | デュプレックス鋼はより良い強度を提供するかもしれませんが、溶接が難しいです |
| 溶接性 | 良好 | 優れた | 可 | 316はデュプレックスグレードよりも溶接が容易です |
| 加工性 | 中程度 | 良好 | 不良 | 316は304よりも加工が難しいです |
| 成形性 | 中程度 | 良好 | 可 | 316は304よりも成形性が低いです |
| 概算相対コスト | 高い | 低い | 高い | コストの考慮が選択に影響を与える可能性があります |
| 典型的な入手可能性 | 広く利用可能 | 広く利用可能 | あまり一般的ではない | 316は一般的にデュプレックスグレードよりも入手しやすいです |
316ステンレス鋼を選択する際には、そのコスト効果、入手可能性、および特定のアプリケーション要件を考慮する必要があります。304ステンレス鋼よりも高価ですが、厳しい環境でのその優れた耐腐食性はしばしば投資に見合った理由となります。また、その非磁性の特性は、磁気干渉を最小限にする必要があるアプリケーションに適しています。
要約すると、316ステンレス鋼は多用途性が高く、信頼性のある材料であり、さまざまな要求の厳しいアプリケーションで優れているため、複数の産業で好まれる選択肢となっています。その独自の特性と性能特性は、現代のエンジニアリングおよび製造の厳しい要求を満たすことを保証します。