フェライト系ステンレス鋼とは、高温および常温において体心立方フェライトを母組織とするステンレス鋼を指します。フェライト系ステンレス鋼は、鉄とクロムを主成分とし、一般にニッケルを含まず、少量のモリブデン、チタン、ニオブ等を含むものもあります。耐酸化性、耐食性、耐塩化物腐食割れ性に優れています。また、フェライト系ステンレス鋼は、熱伝導率が大きく、膨張係数が小さく、耐酸化性が良く、耐応力腐食性に優れるという特徴も備えています。これは主に、大気、水蒸気、水、酸化酸腐食に耐性のある部品を製造するために使用されます。フェライト系ステンレス鋼の代表的なグレードは、ASTM による AISI 410 (UNS S41000)、AISI 420 (UNS S42000)、AISI 430 (UNS S43000) です。 1.4006、1.4021、1.4016、EN規格による...など
フェライト系ステンレス鋼は、クロム含有量に応じて低クロム、中クロム、高クロムに分類されます。鋼の純度、特に炭素と窒素の不純物の含有量に応じて、通常のフェライト系ステンレス鋼と超高純度フェライト系ステンレス鋼に分類できます。通常のフェライト系ステンレス鋼には、低温および室温での脆性、ノッチ感受性、高い粒界腐食傾向、および貧弱な溶接性という欠点があります。このタイプの鋼は以前に開発されましたが、その産業用途は大きく制限されています。通常のフェライト系ステンレス鋼のこれらの欠陥は、鋼の純度、特に鋼中の炭素や窒素などの侵入元素の含有量が高いことに関係しています。鋼中の炭素と窒素が十分に低い限り、上記の欠点は基本的に克服できます。
と比較してオーステナイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼は、耐食性、耐熱性、加工性に優れています。フェライト相は炭素を固溶しにくいため、柔らかく変形しやすい特性を持っています。マルテンサイト系ステンレス鋼と同様に、格子構造が体心立方構造であるため常磁性を持ち、フェライト系ステンレス鋼も磁性を持ちます。オーステナイト系ステンレス鋼は面心立方構造のため非磁性です。
フェライト系ステンレス鋼は、価格が比較的低く安定しているだけでなく、多くの独自の特徴と利点を持っています。フェライト系ステンレス鋼は非常に優れた代替材料であることが証明されました。
通常のフェライト系ステンレス鋼
このような鋼には、低、中、高のクロム含有量が含まれます。低クロムフェライト系ステンレス鋼には、中国の 00Cr12 や 0Cr13Al など、約 11% ～ 14% のクロムが含まれています。アメリカのAISI 400、405、406MF-2。このタイプの鋼は、靭性、可塑性、冷間変形性、溶接性に優れています。鋼には一定量のクロムとアルミニウムが含まれているため、耐酸化性があり、錆びにくい特性があります。 405は石油精製塔、タンクライニング、蒸気タービンブレード、高温硫黄耐食装置などに使用できます。400は家庭用・事務機器などに使用できます。409は自動車の排気マフラーシステム装置や冷温水配管などに使用できます。など。中程度のクロムフェライト系ステンレス鋼。クロム含有量は 14% ～ 19%、中国の 1Cr17 および 1Cr17Mo などです。米国では AISI 429、AISI 430、AISI 433、AISI 434、AISI 435、AISI 436、AISI 439。このタイプの鋼は、より優れた防錆性と耐食性を備えています。加工硬化係数が小さく（n≒2）、深絞り加工性は良好ですが、延性が劣ります。 AISI 430 フェライト系ステンレス鋼は、建築装飾、自動車装飾、厨房機器、ガスバーナー、硝酸工業機器の部品などに使用されます。AISI 434 は、自動車や建物の外装装飾に使用されます。 439 は、ガス給湯器、石炭およびガスのパイプラインなどのホースとして使用されます。高クロムフェライト系ステンレス鋼には、中国の Cr18Si2 および Cr25、米国の AISI 442、AISI 443、AISI 446 など、19% ～ 30% のクロムが含まれています。州。このような鋼は優れた耐酸化性を持っています。 AISI 442は大気中で連続使用され、上限温度は1035℃、連続使用最高温度は980℃です。 AISI 446 フェライト系ステンレス鋼は耐酸化性に優れています。
高純度フェライト系ステンレス鋼l
このタイプの鋼には、炭素と窒素が非常に低く含まれています。高クロム、モリブデン、チタン、ニオブおよび他の元素。中国の00Cr17Mo、00Cr18Mo2、00Cr26Mol、00Cr30Mo2など。このタイプの鋼は、良好な機械的性質（特に靭性）、溶接性、耐粒界腐食性、耐孔食性、耐すきま腐食性、および優れた耐応力腐食割れ性を備えています。たとえば、18-2 フェライト系ステンレス鋼は、硝酸、酢酸、NaOH 中で良好な耐食性を持ち、3% NaCl および FeCl3 中での耐孔食性は、多くの媒体で 18-8 オーステナイト系ステンレス鋼、26CrMo 鋼と同等またはそれを超えています。特に有機酸、酸化性の酸、強アルカリに強くなります。強塩化物媒体中で良好な耐孔食性を示します。塩化物、硫化水素、過剰な硫酸、強アルカリに対しても応力腐食割れが発生しません。 30Cr-2Moは耐応力腐食性を維持しながら、より高い耐孔食性と耐隙間腐食性を備えています。
フェライト系ステンレス鋼の耐食性
(1) 均一な腐食。
クロムは不動態化するのが最も簡単な元素です。大気環境では、クロム含有量が 12% を超える鉄クロム合金は自己不動態化する可能性があります。酸化媒体中では、クロム含有量が 17% を超える場合、不動態化することができます。一部の腐食性媒体では、良好な耐食性を得るために、高クロム、モリブデン、ニッケル、銅、その他の元素を添加することができます。
(2) 粒界腐食。
フェライト系ステンレス鋼は、オーステナイト系ステンレス鋼と同様に粒界腐食を受けますが、この腐食を回避するための鋭敏化処理と熱処理は、まさにその逆です。フェライト系ステンレス鋼は925℃以上の急冷により粒界腐食が起こりやすくなりますが、650～815℃の短時間焼戻しにより粒界腐食を受けやすい状態（鋭敏状態）が解消されます。フェライト鋼の粒界腐食も、炭化物の析出によって引き起こされるクロムの消耗の結果です。したがって、鋼中の炭素と窒素の含有量を減らし、チタンやニオブなどの元素を添加すると、粒界腐食の感受性を減らすことができます。
(3) 孔食、隙間腐食。
クロムとモリブデンは、ステンレス鋼の耐孔食性および耐すきま腐食性を向上させるのに最も効果的な元素です。クロム含有量が増加すると、酸化皮膜中のクロム含有量も増加し、皮膜の化学的安定性が増加します。モリブデンは MoO4 の形で活性金属表面に吸着され、金属の溶解を抑制し、再不動態化を促進し、皮膜の損傷を防ぎます。したがって、高クロムおよびモリブデンフェライト系ステンレス鋼は、耐孔食性および隙間腐食性に優れています。
(4) 耐応力腐食割れ性。
組織構造の特性により、フェライト系ステンレス鋼は、オーステナイト系ステンレス鋼が応力腐食割れを引き起こす媒体において耐食性を示します。
フェライト系ステンレス鋼の機械的性質
フェライト系ステンレス鋼は相変化を起こさないため、熱処理による強化ができません。一般的には700～800℃で焼鈍して使用されます。鉄とクロムの原子サイズが近いため、固溶強化効果は小さく、フェライト系ステンレス鋼の降伏強さと引張強さは低炭素鋼よりわずかに高く、延性は低炭素鋼より低いです。 。
1) 通常のフェライト系ステンレス鋼の室温脆性。
通常のフェライト系ステンレス鋼はノッチの影響を受けやすく、低クロムフェライト系ステンレス鋼を除いて脆性転移温度は室温以上になります。クロム含有量が多いほど、冷間脆性は大きくなります。この冷間脆性は鋼中の炭素や窒素などの格子間元素に関係しており、超高純度フェライト鋼は炭素や窒素などの格子間元素の炭素含有量が非常に低いため、良好な靭性が得られ、脆性転移も起こりません。温度を室温以下に下げることができます。
2) 通常のフェライト系ステンレス鋼の高温脆化。
通常のフェライト系ステンレス鋼は927℃以上に加熱した後、室温まで急冷すると可塑性や靱性が著しく低下します。この高温脆化は、427 ～ 927 °C の温度での粒界または転位上の炭素 (窒化物) 化合物の急速な析出に関連しています。鋼の炭素と窒素の含有量を（超高純度技術を使用して）減らすと、この脆性を大幅に改善できます。さらに、フェライト鋼が927℃を超えて加熱されると、結晶粒容量が粗大化し、粗大な結晶粒により鋼の塑性と靭性が劣化します。
3) σ相の形成。
鉄-クロムの状態図によれば、500～800℃に保持すると、40～50％のクロムを含む合金は単相σを形成し、20％未満または70％を超えるクロムを含む合金は単相σを形成します。 α+σ二相構造。 σ 相の形成により、鋼の延性と靭性が大幅に低下します。したがって、フェライト系ステンレス鋼は500～800℃で長時間使用しないでください。
4) 475℃で脆くなる。
高クロム (>15%) フェライト鋼は、400 ～ 500 °C に保つと強く脆化します。この種の脆化は、σ相の析出に比べて短時間で進行する。例えば、0.080C-0.4Si-16.9Crフェライト系ステンレス鋼を450℃で4時間保持すると、室温衝撃靱性はほぼゼロに低下します。クロム含有量が増加すると脆化の程度は増加しますが、600 °C 以上の処理後に靭性は回復します。 475℃での脆化は、クロムの豊富なアルファ相の析出の結果です。このような鋼は 475°C 付近での加熱を避けるべきです。
投稿時刻: 2023 年 5 月 2 日