DIN 17440 X2CrNiMoN17-13-3:高強度・高耐食性・窒素添加オーステナイト系ステンレス鋼
概要
DIN 17440 X2CrNiMoN17-13-3(材料番号 1.4429 / 1.4435 系、UNS S31653)は、モリブデン(2.5〜3.0%)と窒素(0.12〜0.22%)を高濃度添加した超低炭素オーステナイト系ステンレス鋼です。標準的な316L(1.4404/1.4435)より高い強度と優れた耐食性を両立し、特に非酸化性酸・ハロゲン含有媒質・塩化物環境での耐点食・隙間腐食性に優れます。極低温(-270℃)までの靭性を有し、圧力容器認定材料としても採用されるハイグレード材です。
主な特徴
- 高強度:窒素固溶強化により、316L比で降伏強度約30〜50%向上(20℃ Rp0.2 ≒ 295 MPa)
- 優れた耐食性:Mo 2.5〜3.0% + N 0.12〜0.22% の相乗効果で、1.4406/1.4435 より高い耐点食・隙間腐食抵抗性(PREN ≒ 27〜30)
- 選択腐食耐性:1.4435 より高い選択腐食(晶界腐食・σ相関連)耐性
- 優れた疲労強度:化学的負荷下でも高い疲労強度を維持
- 極低温靭性:-270℃まで衝撃靭性確保、液化ガス・超伝導用途に対応
- 圧力容器認定:主要規格(PED、ASME等)で圧力容器用材として認定済み
- 非磁性・高研磨性:完全オーステナイト組織、鏡面仕上げ可能
化学成分(質量%)
| 元素 | 範囲 |
| 炭素 (C) | ≤ 0.03 |
| クロム (Cr) | 16.5 〜 18.5 |
| マンガン (Mn) | ≤ 2.0 |
| モリブデン (Mo) | 2.5 〜 3.0 |
| ニッケル (Ni) | 11.0 〜 14.5 |
| 窒素 (N) | 0.12 〜 0.22 |
| リン (P) | ≤ 0.05 |
| ケイ素 (Si) | ≤ 1.0 |
| 硫黄 (S) | 0.015 〜 0.025 |
※ PREN (点食抵抗当量) = %Cr + 3.3×%Mo + 16×%N ≒ 27〜30(1.4404は約24、1.4435は約25〜26)
物理的性質
| 項目 | 温度 | 値 |
| 密度 | 20℃ | 7.98 〜 8.01 g/cm³ |
| 融点 | — | 1,230 〜 1,480℃(オーステナイト系として典型的) |
| 長期使用温度範囲 | — | -270 〜 0℃(※データシート記載範囲。実際は300℃程度まで使用可能) |
機械的性質(溶体化処理状態、代表値)
引張試験・硬さ
| 項目 | 温度 | 値 | 備考 |
| 引張強さ (Rm) | 20℃ | 580 〜 800 MPa | 横方向同値 |
| 降伏強さ Rp0.2 | 20℃ | 295 MPa | 横方向同値 |
| 降伏強さ Rp1.0 | 20℃ | 330 MPa | 横方向同値 |
| 伸び (A) | 20℃ | 35 〜 40% | — |
| 伸び A80 | 20℃ | 35%(縦)、40%(横) | — |
| 伸び 横方向 | 20℃ | 30 〜 40% | — |
| ポアソン比 | 20℃ | 0.28 | — |
| せん断弾性率 | 20℃ | 77.3 GPa | — |
温度別 降伏強さ・弾性率
| 温度 (℃) | ヤング率 (GPa) | Rp0.2 (MPa) | Rp1.0 (MPa) |
| -100 | 206 | — | — |
| 20 | 196 〜 200 | 295 | 330 |
| 50 | — | 265 | 300 |
| 100 | 190 〜 194 | 225 | 260 |
| 150 | — | 197 | 227 |
| 200 | 182 〜 186 | 178 | 208 |
| 250 | — | 165 | 195 |
| 300 | 174 〜 179 | 155 | 185 |
| 350 | — | 150 | 180 |
| 400 | 166 〜 172 | 145 | 175 |
| 450 | — | 140 | 170 |
| 500 | 158 〜 165 | 138 | 168 |
| 550 | — | 136 | 166 |
| 600 | 150 | — | — |
| 700 | 142 | — | — |
| 800 | 134 | — | — |
熱的性質
| 項目 | 温度 (℃) | 値 |
| 線膨張係数 (10⁻⁶/K) | -100 | 14.9 |
| 20 | 16.1 |
| 100 | 16.5 〜 16.7 |
| 200 | 17.2 〜 17.5 |
| 300 | 17.5 〜 17.7 |
| 400 | 18.1 〜 18.5 |
| 500 | 18.4 〜 18.5 |
| 600 | 18.8 |
| 700 | 19.1 |
| 800 | 19.4 |
| 900 | 19.7 |
| 1000 | 20.0 |
| 熱伝導率 (W/m·K) | 20 | 13.5 〜 15.0 |
| 100 | 14.9 |
| 200 | 16.7 |
| 300 | 18.3 |
| 400 | 19.8 |
| 500 | 21.3 |
| 600 | 22.7 |
| 700 | 24.2 |
| 800 | 25.6 |
| 比熱容量 (J/kg·K) | -100 | 440 |
| 20 | 472 〜 500 |
| 100 | 487 |
| 200 | 503 |
| 300 | 512 |
| 400 | 520 |
| 500 | 530 |
| 600 | 541 |
| 700 | 551 |
| 800 | 559 |
| 900 | 565 |
| 1000 | 571 |
| 熱拡散率 (mm²/s) | 20 | 3.6 |
| 100 | 3.7 |
| 200 | 4.0 |
| 300 | 4.4 |
| 400 | 4.6 |
| 500 | 4.7 |
| 600 | 4.9 |
| 700 | 5.2 |
| 800 | 5.5 |
電気的性質
| 温度 (℃) | 電気抵抗率 (Ω·m) |
| 20 | 7.5 〜 7.75 × 10⁻⁷ |
| 100 | 8.42 × 10⁻⁷ |
| 200 | 9.04 × 10⁻⁷ |
| 300 | 9.62 × 10⁻⁷ |
| 400 | 1.01 × 10⁻⁶ |
| 500 | 1.06 × 10⁻⁶ |
| 600 | 1.10 × 10⁻⁶ |
| 700 | 1.13 × 10⁻⁶ |
| 800 | 1.16 × 10⁻⁶ |
主要用途
- 超低温・低温設備:LNG/液体水素/液体ヘリウム貯槽・配管、超伝導マグネット構造材、宇宙・航空宇宙用低温部品(-270℃対応)
- 高耐食要求プロセス機器:塩化物高濃度・高温プロセス、海水淡水化(RO/MSF)、塩酸・硫酸・リン酸・有機酸製造・濃縮装置
- 圧力容器・配管:化学・石油化学・医薬プラントの高圧・高耐食要求容器・配管・熱交換器
- 医薬・バイオ・食品:高純度プロセス配管、発酵槽、CIP/SIP対応機器、単回使用システム部品
- 環境・エネルギー:排ガス脱硫装置(FGD)、廃酸回収、地熱発電ブライン配管、水素製造・貯蔵関連
- 海洋・オフショア:海水配管、海底パイプライン、デッキ配管、リーザー管(デュプレックス代替として採用事例あり)
関連規格・同等グレード・比較
| 規格 | 記号/グレード | 備考 |
| EN 10088-2 | X2CrNiMoN17-13-3 / 1.4429 | 本規格のEN版 |
| EN 10088-2 | X2CrNiMoN18-12-4 / 1.4439 | さらに高耐食(Mo 4%、N 0.18%) |
| ASTM/ASME | S31653 / 316LN | N添加316L |
| JIS G 4304/4305 | SUS316LN | JIS相当 |
| UNS | S31653 | — |
| DIN 17440 | X2CrNiMoN17-13-3(本規格) | — |
| 比較:1.4404 (316L) | X2CrNiMo17-12-2 | Mo 2〜2.5%、N ≤0.11%、Rp0.2≒205MPa |
| 比較:1.4435 | X2CrNiMo18-14-3 | Mo 2.5〜3%、N ≤0.11%、Rp0.2≒205MPa |
| 比較:1.4439 | X2CrNiMoN17-13-5 | Mo 4%、N 0.18%、PREN>30、更なる高耐食 |
熱処理・加工指針
- 溶体化処理:1,020 〜 1,100℃で保持後、水冷または急冷。急冷速度が遅いとσ相・カーバイド析出リスク
- 応力除去:450 〜 650℃短時間。550〜850℃長時間保持は感作化・σ相析出の原因となるため避ける
- 溶接:全工法対応。フィラー:ER316LN、ER316LSi、E316LN-16等(N含有フィラー推奨)。溶後熱処理通常不要。高熱入力はσ相析出リスク
- 冷間加工:加工硬化率が非常に高い(N効果)。深絞り・曲げ可能だが、中間焼鈍頻度増。スプリングバック大
- 機械加工:加工硬化極大。低速・高送り、ポジティブチップ、高圧クーラント、剛性の高い工作機械必須
- 表面処理:酸洗い(HNO₃/HF)、電解研磨で耐食性最大化。研磨後はパッシベート処理推奨
材料選定のポイント・注意事項
- 316L/1.4404 からのグレードアップ:塩化物環境・高温・応力腐食割れ懸念・薄肉化設計(高強度活用)で本グレードを選定
- 1.4435 との使い分け:同等Mo含有だが、N添加により強度・耐食性・選択腐食耐性で本グレードが優位。コスト差考慮の上選定
- デュプレックス鋼(2205等)との比較:本グレードは非磁性、極低温靭性、成形性、溶接性で優位。強度・耐食性バランスで棲み分け
- SCC対策:高塩化物・高温・応力集中部では、更なる高耐食グレード(1.4439、1.4539、1.4547、254SMO等)検討推奨
- 圧力容器設計:ASME BPVC Section II Part D、EN 13480、PED 等で許容応力値規定あり。設計温度・規格に準拠
- 磁性:完全オーステナイトで非磁性だが、冷間加工でわずかに誘導磁性発生の可能性