SUS304の特性とは？設計上の考慮点や他のステンレス材との比較も紹介

強度と耐腐食性の両立を求める時、適した材料の一つとして真っ先に挙がるのがステンレス材です。今回はステンレス材の中でも特にオーソドックスなSUS304について、その特徴や設計上考慮する点について解説します。また、SUS304Lなど他のステンレス材との違いについても説明します。

SUS304の基本概要

SUS304とは

ステンレス材は、大きく次の三つに分かれます。

マルテンサイト系：SUS410、SUS403、SUS630など
オーステナイト系：SUS303、SUS304、SUS316など
フェライト系：SUS430など

SUS304は「18-8ステンレス」と呼ばれるオーステナイト系のステンレス鋼で、炭素を0.08%以下、クロムを18〜20%、そしてニッケルを8~10.5%含む材料です。

種類の記号	C	Si	Mn	P	S	Ni	Cr	Mo	Cu	N
SUS304	0.08以下	1.00以下	2.00以下	0.045以下	0.030以下	8.00～10.50	18.00～20.00	–	–	–
SUS304L	0.030以下	1.00以下	2.00以下	0.045以下	0.030以下	9.00～13.00	18.00～20.00	–	–	–

単位％

ステンレスの語源はstainlessであり、錆びにくい理由は鉄を主成分としてクロム（Cr）を10.5%以上含むためです。クロムが鉄より先に酸化して不動態被膜と呼ばれる膜を表面に形成します。この膜が表面を守るため、高い耐腐食性を実現しているのです。

▼ステンレス鋼（SUS）について詳しく知りたい方はこちらから
https://jp.meviy.misumi-ec.com/info/ja/howto/15166/

オーステナイト系ステンレスの特徴

オーステナイト系ステンレス鋼（SUS304、SUS316など）は、耐食性に優れ、基本的に非磁性で、加工性・溶接性が良好な点が特徴です。ニッケルを含むことで組織が安定し、低温から高温まで靭性を保ちやすく、極低温環境でも脆性破壊が起こりにくい性質を持ちます。一方で、切削や塑性加工では加工硬化が起こりやすく、加工条件や工具選定には注意が必要です。

フェライト系やマルテンサイト系ステンレスでも加工による硬化は生じますが、オーステナイト系ほど顕著ではありません。

SUS304の特徴

SUS304の特性

SUS304の代表的な物性値を以下にまとめました。

物性	単位
比重	–	7.93
熱膨張係数	×10⁻⁶/K	17.3
熱伝導率	W/m・K	16.7
導電率	10⁶ S/m	1.4
縦弾性係数（ヤング率）	GPa	193
硬度（ビッカース硬さ）	HV	200
破壊靭性	MPa・m^1/2	350
磁性	–	原則非磁性

SUS304のメリット

優れた耐食性

クロム（Cr）の作用で表面に緻密な不動態被膜が形成されるため錆びにくく、日常環境での耐食性が高い材料です。淡水や食品、一般的な薬液環境で幅広く使用できます。

広範な温度域で使用可能

高温でも強度・靭性を保ちやすく、700℃から800℃までの高温でも使用可能です。同時にオーステナイト系特有の高靭性により極低温でも脆性破壊しにくく、-196℃前後のクライオ技術分野でも使用実績があります。このため、真空容器から高温機器まで温度条件を問わず幅広い用途に適しています。

加工・溶接がしやすい

延性・靭性が高く、曲げ加工や深絞り加工といった冷間成形性に優れています。また溶接性も非常に良好で、余熱を必要とせず、一般的な溶接手法で接合できます。複雑形状部品や大型構造物にも適用しやすい材料です。

食品・厨房用途に最適

耐食性が高く衛生的で、食品・厨房設備、食品加工装置などで長年の実績があります。表面仕上げ次第で光沢のある美観も得られ、清掃もしやすいため食品分野で安心して使える標準素材です。

このように、SUS304は総合的に見て信頼性の高い汎用ステンレス材と言えます。設計時にはその特性を正しく理解し、使用環境に応じた適切なグレード選定を行うことが重要です。

SUS304のデメリット

一部の特性に絞って考えると他のステンレス材にメリットがある場合もあります。たとえば、海水など、より条件の悪い環境には同じオーステナイト系のSUS316の方が向いています。これは、SUS316にはモリブデン（Mo）が添加されており、塩化物イオンによる孔食（点腐食）やすきま腐食に対する耐性がSUS304より高いためです。沿岸部設備、屋外設置部品、洗浄工程を伴う装置、半導体・電子部品製造プロセスなど、腐食リスクが高い用途ではSUS304よりSUS316が適していると判断されることが多くなります。

また、価格はフェライト系のSUS430の方が安価です。

▼ステンレスSUS316について詳しく知りたい方はこちらから
https://jp.meviy.misumi-ec.com/info/ja/howto/33948/

SUS304には用途に応じて代替候補となる材質があるだけでなく、同じ304系でも特性が少し異なる派生材が存在します。続いて、代表的なバリエーションであるSUS304Lとの違いを見ていきましょう。

SUS304とSUS304Lの違い

SUS304とSUS304Lの違いは炭素含有量です。SUS304の炭素含有量は0.08%以下ですが、SUS304Lのそれは0.03%以下となっています。ちなみにSUS304Lの「L」はlow carbonという意味です。
炭素含有量が材料に及ぼす性質の違いとして、次の二つが挙げられます。

使用環境の限界温度
鋭敏化

一般的には、炭素含有量が多いほど高温環境下での強度が高く、使用限界温度が高くなります。たとえば、SUS304では525℃（炭素含有量が0.04%以上の場合800℃）まで使用できますが、SUS304Lは425℃程度までしか使用できないとされています。

また、鋭敏化とはクロム濃度が13%を下回ることで、耐食性が急激に低下する現象です。不適切な熱履歴等により、結晶粒界（結晶と結晶の境界）に不純物である炭素が存在することで、炭素がクロムと結合して炭化物を生成します。鋭敏化には炭素が必要であるため、SUS304に比べてSUS304Lの方が鋭敏化しにくいのです。

SUS304の加工法と使用例

SUS304は材料特性の高さが特徴ですが、それぞれの加工については注意すべきポイントがあります。

溶接

SUS304は鉄を含む材料なので溶接可能です。ただし、溶接時に使用する材料（溶接棒や溶接ワイヤ）について注意が必要です。SUS304の溶接では、母材名と同じ「304」という呼び方の溶加材は用いられず、規格上は「308系」の溶接材料が一般的に使用されます。

具体的には、アーク溶接棒にはNC-38、溶接ワイヤにはSW-308、TIG棒にはTG-S308と、38あるいは308と数字がついたものを使用します（いずれも神戸製鋼所の製品型番）。たとえばSUS316では、36あるいは316の数字がついたものを使用しますが、SUS304では、34あるいは304といった名称の溶加材は存在せず、308系が対応材料となります。

溶接を施したSUS304は各種厨房設備や家庭用シンク、ガス容器（ガスボンベ）など耐食性と衛生性が求められる用途に広く使用されています。

これは、SUS304が溶接後も不動態被膜による耐食性を維持しやすく、水分や食品に接する環境でも錆びにくいことに加え、表面を平滑に仕上げやすく、汚れや細菌が付着しにくいという特性を持つためです。

また、溶接性が良好で継ぎ目の少ない構造を実現しやすいことから、液体やガス漏れリスクを低減できる点も、これらの用途で採用される理由の一つです。

溶接した面は、元の状態ほどきれいではありません。そのため、一定方向にヘアラインと呼ばれる髪の毛のような細い線がついた表面処理を行います。ちなみにヘアライン加工を施したSUS304のことを「SUS304-HL」（HLとはヘアラインのこと）と表記します。

▼SUS304-HL（ヘアライン材）について詳しく知りたい方はこちらから
https://jp.meviy.misumi-ec.com/info/ja/howto/materials/28600/

切削

切削加工については、SUS304は硬く粘り気（靭性）があるため、切削性はあまり良くありません。しかし、フライス盤やマシニングセンタによる加工は可能です。ただし、オーステナイト系ステンレスの特徴である加工硬化に注意が必要です。

切削加工されたSUS304は、生産設備の複雑な形状をした部品や精密な加工が必要なベースプレートなどに使用されます。

表面処理

ステンレス材の表面処理にはさまざまなものがありますが、SUS304の代表的なものとして次の三つが挙げられます。

SUS304-2B

表面が処理されていない状態のため、生産設備のステーなど意匠性が必要ない部品に使用します。

SUS304-HL

ヘアライン加工されて多少の光沢があるため、生産設備のアウターパネルや厨房設備などに使用されます。

SUS304 #400

片面をバフ研磨で鏡面に仕上げて非常に意匠性を高くしてあるため、建築材料や高級シンクなどに使用されます。

SUS304の設計上の考慮点

SUS304を用いて設計する場合、適切な材料選定やコスト効率、そして環境への配慮に気を付ける必要があります。

材料選定

SUS304は特性のバランスの良い材料ですが、SUS316に比べて耐食性が劣り、また硬度は200HV程度と、焼入れにより600HV 以上まで硬化可能なマルテンサイト系ステンレス材に比べると低めです。そのため、設計でステンレス材を使用する場合は、使用環境において何を優先するのかをよく考える必要があります。

コスト効率

SUS304は耐久性が高いため、長期間使用でき、コスト効率が高い傾向にあります。ただ、使用環境によっては塗装を施したSS400でも耐えられる場合もあります。SUS304を使用するとコスト効率が高くなりますが、コストを抑える必要がある場合はSUS304以外の材料でも使用できるか検討しても良いかもしれません。

環境への配慮

金属材料は一般的にリサイクル性に優れており、ステンレス材も例外ではありません。SUS304は長期使用に耐える材料ですが、装置の寿命や生産ラインの仕様変更により廃棄されることもあります。このような場合でも、リサイクル性の高いSUS304を使用することで環境負荷の低減に貢献できます。

まとめ

SUS304とは、ステンレス鋼の中で最も広く使用されているオーステナイト系材料で、耐食性・加工性・溶接性のバランスに優れた汎用的な素材です。クロムによる不動態被膜により錆びにくく、日常環境や食品・薬液用途で安定した耐食性を示します。また、広い温度域で強度と靭性を維持でき、高温機器から極低温設備まで幅広く使用できます。代表的な用途としては、食品設備、厨房機器、真空容器、配管部品、フランジ、ブラケット、治具類などが挙げられ、設計現場で最初に検討される標準ステンレス材として信頼されています。

しかし、耐腐食性や硬度、切削性など局所的な特性だけを考えるとSUS304以外のステンレス材の方が優れている場合もあります。

装置の設計に求められていることや、使用環境で求められていることを整理し、適切なステンレス材を使用するようにしましょう。

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