ステンレス鋼の耐食性の根本的な理由は、その主要な合金元素であるクロム(Cr)にあり、クロム含有量は通常10.5%を超えています。
パッシブ膜の形成:酸化環境下では、クロムは酸素と反応して、ステンレス鋼の表面に非常に薄く高密度のクロムリッチ酸化膜(主にCr₂O₃)を自発的に形成します。この膜はわずか2〜5ナノメートル厚で、肉眼では見えません。
二重の保護機能:
物理的バリア:この膜は、金属マトリックスを外部の腐食性媒体(水、酸素、酸、アルカリ、塩化物イオンなど)から完全に隔離し、腐食反応の電気化学的経路を遮断します。
化学的安定性:酸化クロム自体は化学的に非常に安定しており、ほとんどの環境で不活性であり、溶解や劣化に耐性があります。
このパッシブ膜が引っかき傷などにより局所的に損傷した場合、新たに露出した金属表面はすぐに酸素と反応し、すぐに自己修復して新しい保護膜を形成します。これにより、ステンレス鋼は持続的な「自己修復」能力を備えています。
主要元素であるクロムに加えて、ステンレス鋼に一般的に添加される他の合金元素も、さまざまな過酷な環境下での耐食性を高める上で重要な相乗効果を果たしています。
モリブデン(Mo):塩化物イオン(Cl⁻)に対する耐性を大幅に向上させます。塩化物イオンは、パッシブ膜を破壊し、危険な孔食や隙間腐食を引き起こす主な「原因」の1つです。モリブデンの添加は、この破壊を効果的に抑制できます。したがって、海洋または塩分を含む用途の熱交換器には、通常、316L(S31603)、317L(S31703)、2205(S32205)、2507(S32750)、254SMO(S31254)などのMo含有グレードが使用されます。
ニッケル(Ni):その主な機能は、オーステナイト構造を安定化させ、材料全体の靭性と延性を向上させることです。また、パッシブ膜の安定性を高め、熱的および機械的応力を受ける熱交換器にとって重要な応力腐食割れの危険性を低減します(例:304L / S30403、316L / S31603、904L / N08904、254SMO / S31254、合金625 / N06625)。
窒素(N):二相ステンレス鋼(2205 / S32205、2507 / S32750)では、窒素は粒度を効果的に微細化し、材料の強度を高め、孔食に対する耐性を大幅に向上させることができます。
ステンレス鋼は優れた固有の耐食性を備えていますが、熱交換器の耐食性は、実際の動作条件、設計および製造の品質にも影響されます。
媒体の特性:腐食性媒体の組成(塩化物イオン濃度、pH値など)、温度、および圧力が重要な要素です。たとえば、塩化物イオン濃度が50ppmを超えると、通常の304(S30400)ステンレス鋼は孔食のリスクに直面する可能性があります。このような場合、より耐食性の高い316L(S31603)または二相2205(S32205)を選択する必要があります。
製造プロセス:溶接は熱交換器製造の重要な部分ですが、溶接の熱影響部は鋭敏化を起こしやすく、粒界腐食に対する感受性が高まります。したがって、溶接残留応力を除去し、材料の耐食性を回復するために、通常、溶液処理などのプロセスを使用する必要があります(特に304L / S30403および316L / S31603などの低炭素グレードの場合)。
表面処理:ステンレス鋼表面の電解研磨または酸洗と不動態化により、軽微な表面欠陥、不純物、および汚染物質を除去し、表面をより滑らかにすることができます。これにより、より均一で高密度のパッシブ膜の形成が促進され、耐食性がさらに向上します。
ステンレス鋼の耐食性の根本的な理由は、その主要な合金元素であるクロム(Cr)にあり、クロム含有量は通常10.5%を超えています。
パッシブ膜の形成:酸化環境下では、クロムは酸素と反応して、ステンレス鋼の表面に非常に薄く高密度のクロムリッチ酸化膜(主にCr₂O₃)を自発的に形成します。この膜はわずか2〜5ナノメートル厚で、肉眼では見えません。
二重の保護機能:
物理的バリア:この膜は、金属マトリックスを外部の腐食性媒体(水、酸素、酸、アルカリ、塩化物イオンなど)から完全に隔離し、腐食反応の電気化学的経路を遮断します。
化学的安定性:酸化クロム自体は化学的に非常に安定しており、ほとんどの環境で不活性であり、溶解や劣化に耐性があります。
このパッシブ膜が引っかき傷などにより局所的に損傷した場合、新たに露出した金属表面はすぐに酸素と反応し、すぐに自己修復して新しい保護膜を形成します。これにより、ステンレス鋼は持続的な「自己修復」能力を備えています。
主要元素であるクロムに加えて、ステンレス鋼に一般的に添加される他の合金元素も、さまざまな過酷な環境下での耐食性を高める上で重要な相乗効果を果たしています。
モリブデン(Mo):塩化物イオン(Cl⁻)に対する耐性を大幅に向上させます。塩化物イオンは、パッシブ膜を破壊し、危険な孔食や隙間腐食を引き起こす主な「原因」の1つです。モリブデンの添加は、この破壊を効果的に抑制できます。したがって、海洋または塩分を含む用途の熱交換器には、通常、316L(S31603)、317L(S31703)、2205(S32205)、2507(S32750)、254SMO(S31254)などのMo含有グレードが使用されます。
ニッケル(Ni):その主な機能は、オーステナイト構造を安定化させ、材料全体の靭性と延性を向上させることです。また、パッシブ膜の安定性を高め、熱的および機械的応力を受ける熱交換器にとって重要な応力腐食割れの危険性を低減します(例:304L / S30403、316L / S31603、904L / N08904、254SMO / S31254、合金625 / N06625)。
窒素(N):二相ステンレス鋼(2205 / S32205、2507 / S32750)では、窒素は粒度を効果的に微細化し、材料の強度を高め、孔食に対する耐性を大幅に向上させることができます。
ステンレス鋼は優れた固有の耐食性を備えていますが、熱交換器の耐食性は、実際の動作条件、設計および製造の品質にも影響されます。
媒体の特性:腐食性媒体の組成(塩化物イオン濃度、pH値など)、温度、および圧力が重要な要素です。たとえば、塩化物イオン濃度が50ppmを超えると、通常の304(S30400)ステンレス鋼は孔食のリスクに直面する可能性があります。このような場合、より耐食性の高い316L(S31603)または二相2205(S32205)を選択する必要があります。
製造プロセス:溶接は熱交換器製造の重要な部分ですが、溶接の熱影響部は鋭敏化を起こしやすく、粒界腐食に対する感受性が高まります。したがって、溶接残留応力を除去し、材料の耐食性を回復するために、通常、溶液処理などのプロセスを使用する必要があります(特に304L / S30403および316L / S31603などの低炭素グレードの場合)。
表面処理:ステンレス鋼表面の電解研磨または酸洗と不動態化により、軽微な表面欠陥、不純物、および汚染物質を除去し、表面をより滑らかにすることができます。これにより、より均一で高密度のパッシブ膜の形成が促進され、耐食性がさらに向上します。