炭素は工業用鋼の主要元素の一つです。鋼の性能と構造は、鋼中の炭素の含有量と分布によって大きく左右されます。特にステンレス鋼においては、炭素の影響が顕著です。炭素がステンレス鋼の構造に与える影響は、主に二つの側面で現れます。一つは、炭素はオーステナイトを安定化させる元素であり、その効果は大きく（ニッケルの約30倍）、もう一つは、炭素とクロムの親和性が高いことです。クロムは、炭化物の複合系列を形成します。そのため、強度と耐食性の観点から、ステンレス鋼における炭素の役割は相反するものです。
この影響の法則を認識することで、さまざまな使用要件に基づいて、異なる炭素含有量のステンレス鋼を選択できます。
例えば、業界で最も広く使用されながらも最も低い0Cr13～4Cr13の5つの鋼種の標準クロム含有量は12～14%に設定されています。これは、炭素とクロムが炭化クロムを形成する要因を考慮したためです。決定的な目的は、炭素とクロムが炭化クロムを形成した後、固溶体中のクロム含有量が最小クロム含有量である11.7%を下回らないようにすることです。
これら5つの鋼種は、炭素含有量の違いにより、強度と耐食性も異なります。0Cr13～2Cr13鋼は耐食性に優れていますが、強度は3Cr13や4Cr13鋼よりも低く、主に構造部品の製造に使用されます。
高炭素含有量のため、これら2つの鋼種は高い強度を得ることができ、バネ、ナイフなど、高強度と耐摩耗性が求められる部品の製造に主に使用されています。例えば、18-8クロムニッケルステンレス鋼の粒界腐食を克服するために、鋼中の炭素含有量を0.03%未満に低減するか、クロムと炭素との親和性が高い元素（チタンまたはニオブ）を添加して炭化物の形成を抑制します。クロムを例に挙げると、高硬度と耐摩耗性が主な要件である場合、鋼の炭素含有量を増やすと同時にクロム含有量を適切に増やすことで、硬度と耐摩耗性の要件を満たし、一定の耐食性も考慮することができます。ステンレス鋼9Cr18と9Cr17MoVCo鋼は、ベアリング、測定ツール、ブレードなどの工業用途に使用されます。炭素含有量が0.85〜0.95％と高くても、クロム含有量もそれに応じて増加するため、依然として耐食性が保証されます。
一般的に、現在業界で使用されているステンレス鋼の炭素含有量は比較的低くなっています。ほとんどのステンレス鋼の炭素含有量は0.1～0.4%で、耐酸性鋼の炭素含有量は0.1～0.2%です。0.4%を超える炭素含有量のステンレス鋼は、全グレードのごく一部を占めるに過ぎません。これは、ほとんどの使用条件において、ステンレス鋼の主な用途は常に耐食性であるためです。また、炭素含有量が低いのは、容易な溶接や冷間変形などの特定のプロセス要件によるものです。
投稿日時: 2022年9月27日
