ステンレス鋼の腐食：種類、原因、対策を徹底解説

多くの産業用途において、ステンレス鋼は優れた耐食性を発揮します。これが「ステンレス鋼が錆びない」理由です。機械的破損以外で、ステンレス鋼の深刻な腐食形態として局部腐食があります。局部腐食による故障事例は全体の約半数を占めます。実は、適切な材料選定により多くの故障を未然に防止できます。ステンレス鋼における一般的な腐食の種類は？各鋼種の耐食性の違いは？詳しく解説します。

ステンレス鋼の腐食種類

応力腐食割れ（SCC）

腐食環境下で応力を受けた合金に深刻な亀裂が進展し、脆性破壊を引き起こす現象の総称です。脆性破壊の形態を示しますが、高靭性材料でも発生します。必要条件は引張応力（残留応力、外部応力、または両方）と特定の腐食環境の共存です。亀裂の発生・進展方向は引張応力方向に概ね垂直です。応力腐食割れを引き起こす応力値は、腐食環境がない場合の材料破断応力よりはるかに小さいです。微視的には、結晶粒を貫く亀裂を粒内割れ、結晶粒界に沿って進展する亀裂を粒界割れと呼びます。応力腐食亀裂がある深さまで達すると、材料は通常の亀裂（延性材料では微小欠陥の凝集により）に従って破断します。したがって、応力腐食割れで破損した部品の断面には、応力腐食割れの特徴領域と微小欠陥凝集に関連する領域の両方が含まれます。

点食（ピッティング腐食）

局部腐食の一形態で、金属表面に小さな穴（ピット）を形成しながら進行する腐食です。

粒界腐食

粒界は異なる結晶方位を持つ結晶粒の間の無秩序な転位境界です。そのため、さまざまな溶質元素や金属化合物が析出しやすい領域となります。特定の腐食環境では、粒界が基地よりも先に腐食されることがあります。このタイプの腐食を粒界腐食と呼び、ほとんどの金属・合金が特定の腐食環境下で粒界腐食を示す可能性があります。

隙間腐食

溶液が停滞する隙間や遮蔽された表面で発生する局部腐食の一形態です。金属同士、または金属と非金属の接合部（リベット、ボルト、ガスケット、弁座、堆積物、海洋生物付着部など）に隙間が形成されます。

全面腐食

合金表面全体が比較的均一に腐食される現象を指します。全面腐食が発生すると、材料が徐々に薄くなり、最終的に腐食破断に至ることもあります。ステンレス鋼は強酸・強アルカリ環境で全面腐食を示すことがあります。全面腐食による故障はそれほど懸念されません。なぜなら、単純な浸漬試験や耐食性文献を参照することで、通常予測可能だからです。

ステンレス鋼シリーズ別の耐食性

フェライト系ステンレス鋼（クロム鋼、400シリーズなど）

使用時にフェライト組織を主体とするステンレス鋼は、体心立方晶構造を持ち、クロム質量分率は11〜30%です。オーステナイト系と異なり、一般にニッケルを含まず、場合によって少量のMo、Ti、Nbなどを含みます。AOD（アルゴン酸素脱炭）やVOD（真空酸素脱炭）の適用により、C、Nなどの元素を大幅に低減可能です。ニッケル節約、低価格、優れた応力腐食抵抗性、良好な酸化抵抗性が利点です。大気、水蒸気、酸化性酸腐食環境での使用に適し、常温で希硝酸や弱有機酸に対する耐食性もあり、広く使用されています。しかし、還元性酸などの腐食には弱いです。一般的なフェライト系には、衝撃靭性が劣る、溶接後の塑性・耐食性低下、粒界腐食感受性、点食耐性劣るなどの欠点があり、用途を制限しています。

オーステナイト系ステンレス鋼（クロム・ニッケル鋼、300シリーズ・200シリーズなど）

オーステナイト系ステンレス鋼は、非磁性、広い温度範囲で高強度・靭性・延性を持ち、圧延・プレスなどの冷間加工が容易で、酸化性媒質への耐食性に優れるため、圧力容器の各種圧力部品に広く使用されます。面心立方構造のため相変態せず、溶接性に優れます。一般に低温脆性転移温度を持たないため、低温用鋼としても用いられます。

18-8系固溶ステンレス鋼は、酸化性酸、大気、水、水蒸気などの媒質で良好な耐食性を示し、低炭素や安定化元素（Ti、Nb）添加で粒界腐食抵抗性が向上し、Mo添加で点食耐性が改善されます。Mo、Cu含有鋼種は、希硫酸、リン酸などの非酸化性酸や、ギ酸、酢酸などの有機酸の腐食にも耐えられます。しかし、点食耐性は劣り、ハライド溶液では応力腐食割れが発生しやすいです。500〜600℃以上で長期使用するとクリープと感作化が生じます。