ステンレス鋼は酸およびアルカリ腐食に対して優れた耐性を備えています。しかし、これはステンレス鋼があらゆる媒体に対して普遍的に耐性があることを意味するものではありません。ステンレス鋼の腐食には、孔食、隙間腐食、粒界腐食、応力腐食割れ（SCC）などがあります。
孔食と隙間腐食
孔食と隙間腐食は、金属表面の特定の箇所に生じる局所的な腐食です。ステンレス鋼では、これらは最も一般的な2つの腐食形態であり、どちらも特定の領域で保護膜である不動態皮膜が破れたときに発生します。孔食は、比較的清浄な露出面に発生する傾向があり、孔食周辺の金属には通常、ほとんど、あるいは全く損傷は見られません。一方、隙間腐食は、ねじ接合部、重ね合わせ部、Oリングシール、ガスケット、ファスナー、配管接続部、さらには堆積した汚れ、グリース、マーカーペン、テープ、保護膜、スケール、腐食生成物など、溶液が容易に届かない狭い隙間や堆積物の下に潜んで発生します。
隙間内部では、化学反応がすぐに周囲の環境から分岐します。金属と閉じ込められた溶液の反応、そして隙間へのゆっくりとした拡散が相まって、塩化物濃度が上昇し、pH値が低下し、小さなガルバニ電池が形成されます。その結果、隙間内部では急速に腐食が進行しますが、外側の露出表面ではほとんど腐食が起こりません。
高性能オーステナイト系ステンレス鋼における孔食を抑制する主な合金元素は、クロム、モリブデン、窒素です。これらの元素の含有量が多いほど、耐孔食性は向上します。エンジニアはこの関係を、孔食抵抗等価数（PREN）と呼ばれる経験的指標で表します。オーステナイト系および二相鋼の場合、一般的な式は以下のとおりです。
PREN = %Cr + 3.3%Mo + 0.5%W) +16(%N)
PRENは、塩化物環境に適したステンレス鋼の選定に役立ちます。特定の使用環境において、ステンレス鋼が孔食または隙間腐食により損傷した場合、より高いPRENを持つグレードを選択する必要があります。現時点では、腐食を回避するためにPRENをどの程度増加させる必要があるかを判断することは不可能ですが、PRENの低いステンレス鋼を選択すると確実に損傷します。あるグレードのステンレス鋼が塩化物環境に適しているにもかかわらず、市場で入手できない場合、同等以上のPRENを持つ入手可能なグレードを選択することは、最も経済的な代替品を見つけるための現実的な戦略となります。
孔食の発生原因としては、環境中の塩化物や酸化剤の含有量の増加、温度上昇、酸性度の上昇などが挙げられますが、均一腐食を引き起こすには不十分です。不適切な設計や不適切な運転環境には、システムの清浄度が低いために生じる固有の隙間や堆積物の残留物が含まれます。加工時の不注意も局部腐食につながる可能性があり、粗く研磨された表面は腐食しやすい傾向があります。溶接欠陥や加熱による変色も孔食が発生しやすい部位です。製錬や溶接時の不適切な操作は、有害な非金属介在物や金属間化合物相の生成につながる可能性があり、どちらも局部腐食耐性を低下させます。
応力腐食割れ
引張応力、特定の環境、そして感受性の高いステンレス鋼。これら3つの要素が同時に存在すると、応力腐食割れ（SCC）と呼ばれる腐食形態が発生します。オーステナイト系ステンレス鋼の場合、SCCによる破壊は塩化物を含む環境で最も一般的に発生するため、塩化物応力腐食割れ（CSCC）とも呼ばれます。CSCCは最も一般的なSCCの種類ですが、苛性ソーダ、硫化水素、ポリ硫酸など、他の物質もオーステナイト系ステンレス鋼に応力腐食割れを引き起こす可能性があります。
焼鈍処理されたオーステナイト系ステンレス鋼がCSCC（応力腐食割れ）を起こすと、通常は樹枝状の粒内割れとして現れ、その形態は応力モードによって決まります。鋭敏化によりSCC感受性が高まり、粒界割れの形成が促進されます。高応力、高温、高塩化物、低pH値は、応力腐食割れの発生確率を高めます。304/304L、316/316L、200シリーズステンレス鋼などの標準的なオーステナイト系ステンレス鋼は、比較的低温で塩化物を含む環境下でも、この腐食に対して非常に敏感です。高ニッケルオーステナイト系ステンレス鋼は塩化物応力腐食割れに対する優れた耐性を備えていますが、完全に防止することはできません。高温、高塩化物環境では、依然として発生する可能性があります。
304および316ステンレス鋼のニッケル含有量は8%～12%です。ニッケル含有量が多いオーステナイト系ステンレス鋼は、塩化物応力腐食割れに対する耐性が優れています。高性能オーステナイト系ステンレス鋼は、クロム、モリブデン、ニッケルの含有量が多いため、塩化物応力腐食割れに対する耐性が特に優れています。
その他の環境における応力腐食割れ
強アルカリ環境は、ステンレス鋼に「苛性割れ」と呼ばれる応力腐食を引き起こす可能性があります。100℃を超える温度では、304、316などの標準グレードや類似グレードは苛性割れを起こしやすくなります。苛性割れは本質的に粒界割れであり、CSCCとの区別が困難です。ニッケル含有量を増やすことで、苛性割れに対する耐性を向上させることができます。
粒界腐食
粒界腐食は、粒界またはその近傍で急速に発生し、結晶粒自体にはほとんど、あるいは全く影響を与えません。標準的なオーステナイト系ステンレス鋼の場合、この腐食は通常、溶接または熱処理中に生じる鋭敏化に伴って発生します。鋭敏化の程度と環境腐食性によって、様々な形態の腐食が発生します。鋭敏化が中程度の場合、孔食が発生する可能性があります。粒界に沿って連続した炭化クロムのネットワークが形成されると、粒界腐食が発生し、表面の結晶粒が脱落します。鋭敏化した微細構造、腐食環境、および引張応力の複合作用により、粒界応力腐食割れが発生します。設計者と製造業者は、以下の3つの方法によって、鋭敏化とそれに続く粒界腐食を軽減できます。
201L、304L、 316L 、317Lなどの低炭素鋼種を採用してください。高性能オーステナイト系ステンレス鋼はすべて低炭素鋼種です。炭素含有量が少ないと、冷却中の炭化クロム析出（鋭敏化）の開始が遅れます。そのため、熱間成形や溶接の際、大断面のワークピースでも材料は鋭敏化しません。ただし、L鋼種は、鋭敏化の臨界温度範囲に長時間さらされると、鋭敏化に耐えられなくなります。
321や347などの安定化オーステナイト系鋼種を採用してください。これらの鋼種には、炭素と強固に結合する安定化合金元素が含まれています。一般的にはチタン（Ti）とニオブ（Nb）が使用されますが、これらの鋼種では、炭化チタンまたは炭化ニオブを優先的に形成し、炭化クロムの形成を抑制して、クロムを固溶体中に保持することで耐腐食性を確保するために、適切な安定化熱処理が必要です。
溶体化処理は、鋭敏化した材料の耐食性を回復させます。推奨される溶体化処理温度範囲は1040℃～1175℃です。部品の最終熱処理工程は、溶体化処理と急冷焼入れの2つに分けられます。部品が長時間高温に曝露される場合、溶体化処理では鋭敏化のリスクを排除できません。
溶接腐食
ステンレス鋼の溶接では、溶接金属と周囲の金属が溶融金属温度、またはそれに近い温度まで加熱されます。加熱および冷却中、溶接金属と熱影響部は鋭敏化温度範囲に長時間さらされます。溶接によって鋼が鋭敏化するかどうかは、合金の種類、断面の厚さ、および入熱量によって異なります。
高性能オーステナイト系ステンレス鋼は、一般的に溶接中に炭化クロムによる鋭敏化を生じません。しかしながら、溶接熱サイクルは金属間化合物の形成を促進し、孔食抵抗を低下させます。したがって、入熱量やパス間温度などの溶接パラメータを調整し、臨界温度での時間を最短化し、可能な限り複数パスの溶接を避ける必要があります。入熱量とパス間温度が低いほど急速冷却が促進され、臨界温度での曝露時間が短縮されます。
ナイフライン腐食
ナイフライン腐食は、321や347などの安定化鋼種でのみ発生する、特異な鋭敏化現象です。溶接工程で炭化チタンまたは炭化ニオブが溶解した場合、その後の熱処理で炭化クロムが形成されることがあります。この場合、溶接部周囲に狭い鋭敏化領域が現れるため、ナイフライン腐食と呼ばれます。ほとんどのオーステナイト系ステンレス鋼および高性能オーステナイト系ステンレス鋼は安定化されていないため、ナイフライン腐食は発生しにくいです。
ガルバニック腐食
金属が腐食性環境に浸漬されると、腐食電流が発生します。この電流は、その環境における金属の腐食速度に直接関係します。腐食速度が非常に低い金属は、より正または不活性な腐食電位を持ち、腐食速度が高い金属は、より負または活性な腐食電位を持ちます。2種類以上の異なる金属または合金が、相互に接触または電気的に接続された状態で腐食性環境に浸漬され、環境におけるそれらの腐食電位が大きく異なる場合、ガルバニック腐食が発生する可能性が高くなります。
ガルバニック腐食が発生すると、活性の高い金属はより速い速度で腐食しますが、不活性な金属は保護されていることが多く、環境中に金属が単独で存在する場合よりも腐食速度が低くなります。例えば、炭素鋼が不動態化されたステンレス鋼と接合されている場合、炭素鋼の方が活性が高く、両者の腐食電位差が大きいため、炭素鋼は急速に腐食します（つまり、炭素鋼はガルバニック腐食を起こします）。
ガルバニック腐食の強度を予測する上で重要なパラメータは、2つの金属の露出面の相対的な大きさです。より安定した金属の相対的な表面積が増加すると、カソード反応の面積が増加し、活性の高い金属表面における金属溶解または腐食の速度が速くなります。この表面積効果により、ガルバニック腐食の速度は不活性金属と活性金属の面積比に応じて増加します。炭素鋼リベットを使用してステンレス鋼板を接続することは、面積比が不適切な一般的な例です。
ガルバニック腐食を軽減するための対策としては、異種金属の接続を避ける、異種金属を絶縁材料で分離する、ガルバニック系列の近い異種金属を選択する、異種金属の表面積を調整する、最も腐食しやすい金属の露出面積を増やすなどが挙げられます。
異種金属接合が避けられない場合は、接合部近傍のより安定した金属表面にコーティングを塗布することで、ガルバニック腐食を防止できます。ただし、活性金属表面にガルバニック腐食防止コーティングを施すことは推奨されません。コーティングに欠陥があると、不活性金属と活性金属の面積比が非常に不利になり、コーティング欠陥部分での腐食が加速されるからです。
