ステンレス鋼の選び方｜SUS304／304L／316／316Lの使い分けと鋭敏化

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困っている人

SUS304と316、Lが付くもの付かないもの。何を基準に選べばいいのか分からない。

「ステンレスなら錆びない」と思っていたら、穴があいた。

そんな悩みを解決します。

ステンレスは「錆びない鋼」ではなく「不動態皮膜で守られた鋼」です。皮膜が壊れれば腐食します。

現場で、ステンレスの選定はどこで迷うか

ステンレスは環境を選びます。 塩化物・高温・すきま ── これらがあると、炭素鋼より早く壊れることすらある。

ステンレスが錆びない仕組み ── 不動態皮膜

Cr量11%以上が条件

Crが11〜12%以上あって初めて連続した不動態皮膜ができます。 これがステンレス鋼の定義。

Crを増やすほど耐食性は上がります。 SUS304で18%、SUS310Sで25%。

不動態皮膜が壊れる条件 ── これが弱点

この4つが、ステンレスのすべての腐食トラブルの原因です。

→ 腐食のメカニズム／環境制御による防食

4つの系統 ── まず組織で分ける

なぜフェライト系はSCCに強いのか

塩化物SCCは、オーステナイト組織で起きやすいという経験則があります。

二相ステンレス（デュプレックス）は近年よく使われます。強度が304の2倍で、SCCにも強い。

ただし溶接時のフェライト／オーステナイト比の管理が難しいのが難点です。

475℃脆化・σ相脆化があるので、使用温度の上限（約300℃）にも注意。

鋼種の使い分け ── Moと炭素で決まる

L材と安定化材の使い分け

500℃を超える環境で長時間使うなら安定化材です。L材でも時間をかければ鋭敏化します。

加熱炉の管、高温反応器のライニングなどは321・347を使います。

鋭敏化 ── 溶接部が腐食する仕組み

なぜ500〜800℃なのか

溶接部の熱影響部（HAZ）が、ちょうどこの温度域を通過します。

溶接ビードそのものではなく、その少し外側が鋭敏化します。

対策は3つ

③は「炭化物を再固溶させて、析出する前に急冷する」という直接的な対策です。

ただし大型の機器では実施が難しいので、①か②を選ぶのが実務です。

ナイフラインアタック ── 安定化材の落とし穴

安定化材（321・347）でも、溶接直近の狭い帯だけが腐食することがあります。

対策は安定化熱処理（900℃前後で保持してTiC・NbCを析出させる）。

→ 保安管理技術｜腐食と防食（粒界腐食）

孔食と PREN ── 数値で比べる

表面はほとんど無傷なのに、内部で大きく空洞化することがあります。目視では分かりにくい。

PREN（耐孔食指数）

PREN 32以上が「海水に使える」目安とされています。

Moの係数が3.3、Nが16と大きいのは、それだけ効果が高いということです。

窒素（N）が効くのは比較的新しい知見で、二相系はこれを活用しています。

すきま腐食 ── 孔食より起きやすい

すきま腐食は孔食より低い塩化物濃度・低い温度で起きます。

フランジのガスケット、配管サポートとの接触部、タンク底板が要注意箇所。

塩化物応力腐食割れ ── 最大の弱点

典型的には60℃以上で起きやすくなります（低温でも長期間なら起きる）。

最も多いのは保温材下（CUI）

CUIは検査が難しいのが問題です。保温材を剥がさないと見えない。

RBIで優先順位をつけて、計画的に剥がして検査するのが実務のやり方です。

→ リスクベース検査／設備健全性管理／配管の腐食

応力側の対策

ただしオーステナイト系のPWHTは難しい（鋭敏化のリスク）ので、実務では材質変更が現実的なことが多い。

酸に対する挙動 ── 濃度で逆転する

塩酸はどの濃度でもダメです。ハステロイ・チタン・樹脂ライニングを使います。

希硫酸も苦手です。ここを「ステンレスだから大丈夫」と判断すると穴があきます。

だから濃度管理が重要になる

「濃硫酸タンクの雨水混入」は実際に事故を起こしています。

→ 腐食と防食（濃度で挙動が変わる例）

実務での失敗例

失敗例①：SUS304を海岸で外面無処理のまま使う

数年で外面SCCが発生します。特に保温材があると早い。

塗装するか、保温材を低塩化物品にするか、材質を変えるのが対策。

失敗例②：溶接後の焼け取りをしない

工具・砥石はステンレス専用にするのが鉄則です。

失敗例③：炭素鋼と接触させる

ステンレスは貴、炭素鋼は卑なので、接触すると炭素鋼が優先的に腐食します。

絶縁ガスケット・絶縁ブッシュで電気的に切り離すのが対策です。

→ 異種金属接触腐食

失敗例④：「SUS」だけで発注する

「SUS」はステンレス鋼の総称です。304か316かで耐食性がまったく違います。

ミルシートでC量を確認してください。304と304Lは見た目では区別できません。

簡易的にはフェライトメーター・成分分析器（XRF）で現場確認もできます。

甲種化学ではこう出ます

技術検定の問3（材料）と、国試の問3・検定の問4（腐食）で出ます。

解き方と過去問は保安管理技術｜材料と熱処理・保安管理技術｜腐食と防食にまとめています。

材料の基礎は金属材料の基礎を参照してください。

まとめ

• ステンレスは不動態皮膜（Cr₂O₃）で守られている。Cr 11%以上が条件
• 皮膜が壊れるのは塩化物・酸素欠乏・還元性の酸・Cr欠乏の4条件
• Mo＝耐孔食（316）／低炭素・Ti・Nb＝耐粒界腐食（304L・321・347）
• 鋭敏化は500〜800℃でCr炭化物が粒界に析出することによる
• 高温長時間なら安定化材（321・347）。L材でも時間をかければ鋭敏化する
• PREN ＝ Cr ＋ 3.3Mo ＋ 16N。32以上で海水可（316は25で不足）
• すきま腐食は孔食より起きやすい。設計ですきまを作らない
• 塩化物SCCの多くは保温材下（CUI）。外面から割れる
• 濃硫酸には強く、希硫酸・塩酸には弱い
• 溶接焼けは必ず除去（酸洗い・電解研磨）
• 炭素鋼との接触で炭素鋼側が腐食する

材料の基礎は金属材料の基礎、検査は非破壊検査の使い分けへ。

腐食全般は腐食のメカニズム・耐食材料の選定・環境制御による防食を参照してください。