SUS(ステンレス)はさまざまな工業製品に使われています。プラントの配管、建築資材や産業機械の部品など用途の範囲は幅広いです。
SUSはおもにオーステナイト系、フェライト系、マルテンサイト系の３種類に分かれています。
今回の記事では、オーステナイト系のSUS316について、特徴や用途、ほかのSUSとの違いなどを解説します。さらに、どのような環境、用途でSUS316を選定すべきか、参考となる情報を紹介します。
目次
SUS316とは？
SUS316はSUS304などと同じオーステナイト系のステンレスです。クロム18%、ニッケル10～14%、モリブデン2.5%を含んでおり、磁性がありません。SUS316に限らずステンレス鋼は耐食性が高く、表面に不動態皮膜が形成されることで腐食を防ぎます。不動態皮膜とは、クロムが酸化して作られる膜です。クロムは鉄よりも酸化されやすいため、先に膜を形成します。表面に形成された不動態皮膜がカバーのような役割をはたして、鉄の酸化すなわち、さびを防ぎます。SUSはクロムを含有しているためさびにくいです。一般的にはクロムが11%を超えると不動態皮膜が形成されます。また、仮にSUSを何かにぶつけて不動態皮膜が一時的に破壊されたとしても、すぐに再形成されるので耐食性が損なわれにくく、さびが発生しにくい状態が続きます。
SUS316の特徴
SUS316は、SUS304にはないモリブデンを含んでいます。モリブデンも不動態皮膜を形成する成分で、緻密さはクロムの約3倍です。そのため、SUS304に比べて耐食性に優れており、海水に触れる箇所などではSUS316が適した素材です。しかしながら、一般的によく使われるSUS304に比べて、SUS316は流通量が少ないので調達性は劣ります。
SUS316のメリット
SUS316は耐食性に優れており、海水などの塩化物に触れる過酷な環境であっても腐食しにくい特徴をもっています。応力腐食割れにも強いです。溶接性に優れているのも特徴です。
さらのSUS316は非磁性なので、MRIなどのような磁気を扱う精密機器の近くで使うことができます。
SUS316のデメリット
海水などには耐食性が強いですが、酸性環境の下ではSUS304よりも耐食性が劣ります。
また、SUS304に比べて流通が少なく価格が高めです。
オーステナイト系ステンレス鋼は、基本的に磁性をもちません。しかしながら、加工時に内部の結晶構造が変化した場合には一部が磁性を持ちます。磁性を取り除くには、いったん1150℃程度まで加熱し、急冷処理をしなければならず、加工工程が増えてしまいます。その結果、コストアップにつながります。
SUS316は含まれているモリブデンが切削性を落としてしまうため、切削加工時に注意が必要です。また、SUS316は熱伝導率が低いため、加工するときに工具の温度が上がりやすいというデメリットもあります。
そのため、工具が破損しないように冷却しながら切削したり、加工速度を遅くして温度の上昇を防いだりするなどの注意が必要です。
SUS316の用途
海水など塩素を含む液体用のポンプ、配管部材
SUS316は耐食性が強いため、海水と触れる部分によく使われます。例えば、沿岸部のプラント設備や、海水を利用する工場の配管や、バルブ、ポンプなどがおもな用途です。
船舶部品
船舶は常に海水に触れているため、耐食性の高い材料が使われます。SUS 316は化学品を運ぶタンカーなど大型の船にも使用されます。
沿岸部の建築部材
沿岸部では、潮風によって建築部材も腐食しやすいため、外壁パネルなど建築部材にもSUS316が使われています。
沿岸部や融雪剤がまかれる地域の配管部材
融雪剤は、塩化ナトリウムや塩化カルシウムが主成分です。したがって、海水と同じように腐食する可能性があります。
寒冷地などでは融雪剤をまくため、配管部材にはSUS316を使用します。
業務用食品保管容器
調味料には塩分が含まれているため、腐食しにくいSUS316を使います。
SUS316と他のステンレス素材との違い
ステンレス鋼にはSUS316以外にも多くの種類があり、その特徴も様々です。
SUS304との違い
SUS304とSUS316は、引っ張り強度など機械的な特性においてはあまり違いがありません。破損のしやすさや、変形に関しては同じくらいの特性を持っています。
SUS304はクロム18%、ニッケル8%が含まれていますが、モリブデンは含まれていません。そのため、耐食性、コスト、加工性で違いがあります。
SUS304は塩化物環境では不動態皮膜の生成が不安定となり、耐食性はSUS316に劣ります。
SUS304は海水に触れる場所や沿岸部などではあまり使われませんが、SUS316は耐食性が優れているため、潮風、海水の影響を受ける場所でよく使われます。
SUS304はニッケルの含有量が少ないため比較的コストが安いです。また、市場の流通量も多いため手に入りやすいです。一方、SUS316はコストの面ではSUS304より劣っています。
また、切削の加工性もSUS304のほうがSUS316よりもいいです。したがって、広く一般的に使われる素材はSUS304となっています。
SUS316Lとの違い
SUS316Lの「L」とは、「Low carbon」を意味しており、SUS316よりも低炭素素材であることを示しています。
２つのおもな違いは、耐食性と加工性です。
SUS316Lは炭素量が少ないため焼きなまし状態の硬度が低く、切削性がいい素材です。
また、SUS316LはSUS316よりも耐食性が優れています。なぜなら、SUS316の方が鋭敏化が発生しやすいためです。
鋭敏化とは、熱処理や溶接時の熱などによって、含有されている炭素とクロムが結合し、クロムが足りなくなってしまう現象です。
本来ならクロムが酸化して不動態皮膜を形成し腐食を防止します。しかし、クロムが炭素と結合し、クロム炭化物が析出してしまいます。その結果、腐食が発生しやすくなります。
SUS316Lは含有している炭素が少ないためクロムと結合しにくく、クロム炭化物が析出しないため、耐食性が悪化しにくいです。
SUS316も耐食性がいいのですが、SUS316Lはさらに優れているといえます。
SUS430との違い
SUS430は代表的なフェライト系のステンレスで、クロムを含有していますが、ニッケルは含みません。また、磁性をもっています。
一般的には、SUS316より安価なため、キッチンの素材や機械部品などさまざまな製品に使われています。
SUS430は、SUS316やSUS304よりも腐食しやすい素材です。
SUS430とSUS316の機械特性はいくつか違いがあります。SUS430は引っ張り強さがSUS316に比べると劣り、伸びにくい性質を持っています。
またSUS430はSUS316に比べて熱膨張係数が低いため、熱による歪みが少なく、溶接時に熱変形しにくいです。
しかしながら、500℃以上の高温環境では強度が落ちてしまうため、使用環境には気を付けなければなりません。
このように、SUS430はコストだけでなく機械特性もSUS316と異なっている点が多いです。よく特徴を理解して選定しましょう。
強度をそこまで求めない場合などは、コストダウンのためにSUS304からSUS430に材質変更する手段もあります。
まとめ
SUS316の一番の特徴は耐食性です。また腐食しにくく磁性がないため、鉄では使いにくい場面でも使用可能です。
海水や塩化物に触れる部品を設計する際は、SUS316を選定しましょう。
SUS430やSUS304に比べてコストは高いため、使用用途や環境に合わせて適切な材質を選択することをおすすめします。
