ステンレス鋼が腐食する原因と種類 | 耐食性に優れたSUS材の選定ガイド

本記事の要点

1. ステンレス鋼の高い耐食性は、含有されるクロムが空気中の酸素や水と反応して形成する、自己修復機能を持った不動態皮膜によるものである。

2. 腐食には全面腐食のほか、塩化物による孔食、隙間の酸素不足によるすきま腐食、溶接時の粒界腐食、電位差による異種金属接触腐食などがある。

3. 腐食要因は環境により異なり、海水環境、異種金属の接触による腐食などが発生するため、環境に応じた材質選定や設計が求められる。

ステンレス鋼が腐食しにくい理由

ステンレス鋼（SUS）が他の金属に比べて錆びにくいのは、主成分である鉄にクロム（Cr）やニッケル（Ni）が多く含まれているためです。クロムの原子が空気中の酸素や水分と反応することで、表面に厚さ数ナノメートルの不動態皮膜と呼ばれる透明な保護膜を形成します。この皮膜は、傷がついて破壊されても周囲の酸素と反応して瞬時に自己修復する特性を持っており、内側の金属を保護し続けます。

しかし、この皮膜の形成・維持が阻害される特定の環境下においては、ステンレス鋼であっても腐食が進行してしまうため、設計段階での正しい知識が必要です。

ステンレス鋼における主な腐食の種類と発生メカニズム

設計者が現場で直面しやすい代表的なステンレスの腐食トラブルについて解説します。それぞれの原因を理解し、事前に対策を講じることが重要です。

全面腐食

金属の表面全体が均一かつランダムに腐食していく現象です。屋外の大気中など、酸化力が比較的弱い環境でゆっくりと進行します。設計上の致命的な破損トラブルになりにくいものの、外観の劣化を招きます。

孔食（こうしょく）

表面が局所的に点状に深く浸食される腐食です。海岸沿いの潮風や海水など、塩化物イオンが大量に存在する環境で発生しやすくなります。塩化物が不動態皮膜を破壊し、その部分が急速に腐食して小さな穴状に深く進行していきます。

すきま腐食

ボルトの締結部やフランジの合わせ面など、目視できないほどの微小な隙間で発生する腐食です。隙間内部は酸素が滞留・不足しやすく、不動態皮膜の維持ができなくなるため腐食が進んでいきます。海水中で発生する腐食トラブルの原因に多いのがこのすきま腐食です。

構造的に隙間をなくす溶接構造への変更や、パッキンによる密閉、海水環境下ではより高耐食な材質（SUS316など）を選定する代替案を検討します。

粒界腐食（りゅうかいふしょく）

溶接時や熱処理によって引き起こされる腐食です。加熱によって組織内の炭素とクロムが結合してクロム炭化物を形成します。その結果、周囲のクロム濃度が低下し、不動態皮膜が形成されにくくなり、腐食が起こります。

溶接を伴う部品には、炭素量を低減したローカーボン材（SUS304L、SUS316Lなど）や、チタン等の安定化元素を添加したステンレスを選定することで回避可能です。

異種金属接触腐食

水溶液（電解質）中で異なる種類の金属が接触した際、電位差によって一方がプラス極、もう一方がマイナス極となり、プラス極側の金属の腐食が促進される現象です。

アルミとステンレスなど異種金属を接触させる場合は、間に樹脂製（ナイロンやPTFEなど）の絶縁ワッシャーやカラーを挟み、電気的な接触を断つ設計が基本となります。

耐食性に優れたステンレス材質の環境別選定ガイド

使用環境によって最適な材質は異なります。オーバースペックによるコスト増を防ぎつつ、要求仕様を満たす材質を選定するためのポイントを解説します。

※表内に記載している濃度や温度などの物性値、および適応環境は一般的な一例です。実設計の際は必ず材料メーカーの最新データシートの確認や、事前の実環境テスト等による検証を行ってください。

海岸付近・海水での使用

推奨される主な材質： SUS316、SUS329J4L

汎用材であるSUS304では、海水に含まれる大量の塩化物イオンによって容易に孔食やすきま腐食を起こします。そのため、不動態皮膜を強化するMo（モリブデン）を添加したSUS316などの使用が推奨されます。また、不純物や海洋生物が付着するとすきま腐食の原因になるため、定期的に塩化物を洗浄・除去できるメンテナンス性の高い構造設計にすることも重要です。

水回りで使用する日用品

推奨される主な材質：SUS430、SUS316L

コストパフォーマンスを重視する厨房機器や一般的な家庭用器具には、ニッケルを含まないフェライト系のSUS430が広く使われています。一方で、高い信頼性が求められる水道管、下水道管、給湯器、あるいは高温で使用される麺を茹でる槽、耐酸性を必要とする調味料入れなどにはSUS316Lが選定されます。

硝酸

推奨される主な材質： SUS304、SUS316

硝酸のような酸化性の酸に対しては、常温かつ濃度20%程度であれば、汎用的なオーステナイト系ステンレス（SUS304/SUS316）は一般的に使用可能です。沸騰した硝酸にはフェライト系のSUS430や、マルテンサイト系のSUS410、SUS420J1では激しく腐食するため使用できません。

硫酸

推奨される主な材質：SUS316、SUS316J1など

SUS316以上の耐食性を持つ材質であれば、常温で濃度10%程度までは耐えることができますが、温度が上がると耐食性は急激に低下します。沸騰状態においては5%の低濃度であってもSUS316は耐えることができません。硫酸環境で使用する場合は、Mo（モリブデン）、Cu（銅）が添加された材料を選定する必要があります。

塩酸

原則としてステンレス鋼は使用不可

塩酸は強酸性であると同時に、大量の塩化物イオンを含んでいるため、ステンレス鋼の不動態皮膜を破壊します。ステンレスは塩酸を扱う環境には耐えられないため、設計段階でステンレスを候補から外し、チタンやハステロイへの材質変更を行う必要があります。

アルカリ

推奨される主な材質：高ニッケル（Ni）含有ステンレス鋼

ステンレス鋼はアルカリ性物質に対して比較的強い耐性を持っています。代表的な強アルカリである苛性ソーダ（水酸化ナトリウム）を例に挙げる、と常温で濃度50%以下であればどのステンレス鋼を選定しても基本的には問題ありません。ただし、これを超える高濃度環境や高温環境においては、腐食を起こすリスクが高くなるため、二相ステンレスやニッケル合金の使用を検討する必要があります。

添加されている元素ごとの耐食性への影響

クロム（Cr）

SUS304(18Cr-8Ni)など。
不動態皮膜を形成する主成分で、含有量によって耐食性も増します。ステンレス鋼では12%以上の含有が必要になります。

モリブデン（Mo）

SUS316(18Cr-8Ni-2Mo)など。
クロムの自己修正作用を高めます。(不動態皮膜の強化)

炭素・窒素（C,N） 

SUS836L(22Cr-25Ni-6Mo-0.2N-低C)など。
耐孔食、耐すきま腐食性が向上します。

硫黄（S）

SUS303(18Cr-8Ni-0.3S)など。
切削性が良好になり、耐食性は低下します。

ニオブ・チタン（Nb,Ti）

SUS347(18Cr-9Ni-Nb) SUS321(18Cr-9Ni-Ti)など。
溶接部の耐食性を強化します。

銅（Cu）

SUS312L(20Cr-18Ni-6Mo-0.7Cu-0.2N-低C)など。
耐酸性を強化します。

材質ごとの耐食性の特徴

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