ステンレス鋼の不動態化はいつ必要ですか?詳細ガイド

ステンレスは腐食に強い金属素材ですが、その製造過程では輸送、マーキング、切断、成形、加工などの工程が必要となります。 ミグ溶接表面に傷、跡、ハンマー痕が残る場合があります。これらの欠陥はコンポーネントの耐食性を低下させ、コンポーネントの寿命に直接影響します。しかし、不動態化はステンレス鋼の表面を酸化しにくい状態に変化させ、それによって腐食速度を遅らせる方法です。

この記事では、ステンレス鋼に不動態化が必要な場合と不動態化に伴う内容について詳しく説明します。

ステンレス鋼の不動態化とは何ですか?

ステンレス鋼の不動態化は、 表面仕上げ方法 表面を酸化しにくい状態に変化させ、腐食速度を遅くすることを目的としています。これは、ステンレス鋼の露出表面に非常に薄い酸化クロム (Cr2O3) の層を形成することによって実現されます。ステンレス鋼の表面が空気中の酸素と接触すると、クロムが酸素と反応して緻密なクロム酸化皮膜を形成します。この酸化皮膜は外部環境中の酸素、水、その他の腐食性媒体を遮断し、ステンレス鋼の表面を腐食から保護します。

ステンレス鋼の一般的な腐食タイプ

ステンレスは錆びにくいです（鋼とステンレスの違いについては、こちらの記事をご覧ください。）https://www.boyiprototyping.com/materials-guide/alloy-steel-vs-stainless-steel/）、ステンレス鋼の主な合金元素は Cr（クロム）で、Cr 含有量が一定の値に達した場合にのみ、鋼は耐食性を持ちます。ステンレス鋼は一般に Cr 含有量が少なくとも 10.5% です。ステンレス鋼の耐食性メカニズムは不動態皮膜理論です。つまり、表面に非常に薄く、固体で緻密で安定したクロムリッチな不動態皮膜を形成し、酸素原子の侵入と酸化の継続を防ぎ、耐食性を実現します。錆を防ぐ能力。

「ステンレスは錆びない、錆びたらステンレスではない」と思われています。実は、これはステンレス鋼に対する理解の欠如による一方的な間違った見方であり、ステンレス鋼は特定の条件下では錆びます。ステンレス鋼のさまざまな腐食タイプを直観的に理解できれば、ステンレス鋼の腐食に直面した場合の損失を減らすための対応策を講じることができます。

ステンレス鋼の腐食損傷は局部腐食損傷がほとんどで、最も一般的なものは粒界腐食 (9%)、孔食 (23%)、応力腐食 (49%) です。

1.粒界腐食

粒界腐食は、主に金属粒子間の界面で発生し、これらの境界に沿って内側に広がる局所的な腐食の一種です。粒界腐食の発生は、ステンレス鋼の熱処理時の温度管理と密接な関係があります。 450℃～850℃の温度範囲では、CとCrは炭素クロム化合物（Cr23C6）を生成しやすくなります。粒界で消費されたCrが適時に粒内から補給されないと、粒界領域でCr欠乏現象が発生し、粒界腐食が発生します。

ステンレス鋼の粒界腐食を防ぐための一般的な解決策は次のとおりです。

1. 溶体化焼鈍した金属を1050℃〜1060℃まで均一に加熱し、その後急冷します。
2. TiやNbなどの安定化元素を添加します。
3. 低炭素ステンレス鋼を選択してください。

2.ピッチング

孔食は局所的な腐食の非常に破壊的な形態であり、通常、金属表面上の小さくて深い孔によって特徴付けられます。これらのピットは一度形成されると腐食プロセスを劇的に加速させ、さらには穴あきを引き起こす可能性があり、機器の安全性と寿命に重大な脅威をもたらします。

たとえば、日常生活ではステンレス製のシンク（主に201またはXNUMXで作られています）が使用されています。 304ステンレス鋼) 孔食が発生することがよくあります。酸性や塩分を含む物質をシンク内に放置すると、ステンレスシンクに孔食が発生する可能性があります。

予防策は次のとおりです。

1. Cl-の付着を防ぎます。
2. 適切な表面処理を施し、安定した不動態皮膜を形成します。
3. Mo添加316Lステンレス鋼など、Cl腐食に強い材質を選択します。

3.応力腐食

応力腐食は、金属が引張応力と腐食環境に同時にさらされたときに発生する破壊的な現象です。ステンレス鋼の場合、応力腐食は、故障につながる最も頻繁かつ深刻な形態の腐食の 1 つです。このタイプの腐食の特徴は、わずかな亀裂が現れると急速に進行し、壊滅的な結果をもたらす可能性があることです。ステンレス鋼材料の応力腐食割れは、化学工場、原子力発電所、ボイラーなどの産業環境でよく発生します。

ステンレス鋼の応力腐食を防止し、対処するには、次の措置を講じることができます。

1. 適切な構造設計と製造プロセスを通じて、高応力コンポーネントの応力集中を軽減します。
2. 塩化物イオンはステンレス鋼の応力腐食を引き起こす主な要因の 1 つであるため、塩化物イオンの導入を防止してください。
3. 応力腐食のリスクが高まる可能性があるため、冷間加工などの応力を誘発するプロセスは避けてください。
4. 熱処理を利用して、材料内の残留応力を除去または軽減します。
5. フェライト系ステンレス鋼や高Ni合金など、耐応力腐食性に優れたステンレス鋼材を選択してください。

なぜステンレス鋼には不動態化が必要なのでしょうか?

ステンレス鋼に不動態化処理が必要な主な理由は、耐食性、化学的安定性、美観を高めるためです。ステンレス鋼は比較的優れた防錆性を示しますが、沿岸地域や特定の酸性またはアルカリ性物質にさらされる環境では、塩化物イオンがステンレス鋼の不動態皮膜を容易に透過します。ステンレスは時間の経過とともに徐々に腐食し、錆びる可能性があります。したがって、ステンレス鋼には不動態化処理が必要です。不動態化ステンレス鋼は、本来の耐食性に加えてその防錆性を 3 ～ 8 年延長することができ、錆びる可能性を大幅に低減します。

ステンレス鋼の不動態化処理の利点は次のとおりです。

1. 強化された耐食性: 不動態化処理はステンレス鋼の表面に緻密な酸化膜を形成し、外部環境との直接接触を効果的に遮断します。このフィルムは、自然環境における酸素、水、その他の腐食性媒体などの外部腐食要因に対するバリアとして機能します。緻密な酸化皮膜が容易な浸透を防ぎ、ステンレス鋼の耐食性を大幅に向上させ、その寿命を延ばします。
2. 化学的安定性の向上: パッシベーション層は物理的な保護を提供するだけでなく、基板と化学的に安定した結合を形成します。この結合により、より滑らかで均一な表面が形成され、小さな欠陥や亀裂の形成が減少し、化学的安定性がさらに高まります。
3. 強化された美的魅力: 不動態化されたステンレス鋼の表面は、より均一で滑らかな外観を示し、美的魅力と装飾効果を高めます。この改善により、ステンレス製品の魅力が高まるだけでなく、市場における価値と競争力も高まります。

ステンレス鋼の不動態化はいつ必要ですか?

ステンレス鋼は、次の場合に不動態化処理が必要です。

1.溶接後

溶接によりステンレス鋼の表面の不動態皮膜が破壊され、耐食性がある程度低下します。したがって、溶接後のステンレス鋼は、耐食性を回復するために不動態化処理を受ける必要がある場合があります。

良い溶接と悪い溶接について理解するには、この記事を参照してください。

悪い溶接と良い溶接: 詳細の説明

2.過酷な環境への曝露

海岸地域や汚染度の高い地域などの過酷な環境にさらされたステンレス鋼は、塩化物イオンなどの腐食性物質によりステンレス鋼の天然不動態皮膜に容易に浸透し、腐食や錆が発生するリスクが高まる可能性があります。したがって、このような環境で使用されるステンレス鋼には、耐食性を高めるために不動態化処理が必要です。

3.腐食性物質との接触

酸性またはアルカリ性の薬剤、またはその他の腐食性物質と頻繁に接触するステンレス鋼の表面は、浸食されやすいです。不動態化処理により、より安定で緻密な不動態皮膜が形成され、これらの腐食性物質とステンレス基板との直接接触が防止されます。

4.美的要件

不動態化処理により、ステンレス鋼の表面の明るさと美しさが向上し、より魅力的で均一な外観になります。このため、美的基準が高い用途に適しています。

ステンレス鋼の不動態化の原理は何ですか?

ステンレス鋼の不動態化処理の原理は薄膜理論で説明できます。このプロセスには、ステンレス鋼の表面と不動態化剤の間の化学反応が含まれます。ステンレス鋼を不動態化剤を含む溶液に浸漬すると、その表面の金属元素が不動態化剤に含まれる酸化剤と反応します。この反応により、ステンレス鋼の表面に非常に薄く緻密で均一な不動態皮膜が形成されます。

この不動態皮膜は酸化物または水酸化物を主成分としており、高い耐食性と機械的強度を示します。ステンレス鋼の表面に付着し、酸素、湿気、有害な化学物質などの外部の腐食性媒体から金属を完全に隔離するバリアを形成します。これらの腐食性媒体とステンレス鋼基材との直接接触を防ぐことにより、不動態皮膜は金属のさらなる溶解と酸化を効果的に抑制し、腐食と錆を防ぎます。

金属を腐食性媒体から完全に分離する役割を果たし、金属と腐食性媒体の直接接触を防ぎ、それによって金属が溶解して不動態状態を形成するのを防ぎ、腐食防止と防錆の目的を達成します。酸洗と不動態化により、ステンレス鋼材料の表面の溶接箇所と継ぎ目を迅速に酸洗することができ、製品の表面の防錆性と塩水噴霧時間を向上させることができます。

ステンレス鋼の不動態化プロセス: 段階的な説明

ステンレス鋼の不動態化プロセスには主に次の手順が含まれます。

1.クリーニング:

主な目的は、ステンレス鋼の表面を洗浄し、油、埃、酸化物を除去することです。ステンレス鋼の表面を脱脂するために利用できるさまざまな方法があります。アルカリ性洗剤や高温浴（65℃まで）は不純物の溶解・除去に優れた効果を発揮します。具体的な方法は、ステンレス鋼表面の汚染レベルによって異なります。

2.酸洗い：

洗浄後、酸化物やその他の不純物をさらに除去するために、ステンレス鋼の表面を酸洗いする必要があります。一般的な酸洗い剤には、硝酸、硫酸、クエン酸があります (これら 3 つの酸洗い剤の機能については、次のセクションで詳しく紹介します)。ステンレス鋼基材に過度の腐食を引き起こすことなく汚染物質を効果的に除去するには、酸洗いプロセス中の時間、酸濃度、温度を制御することが不可欠です。

3.不動態化処理:

不動態化処理では、通常、ステンレス鋼材料を不動態化剤を含む溶液に一定時間浸漬します。不動態化剤はステンレス鋼表面と化学反応し、緻密な不動態皮膜を形成します。この不動態皮膜はステンレス鋼の耐食性を効果的に向上させます。

4.洗浄と乾燥:

不動態化処理後は、不動態化剤の残留物を除去するために徹底的な洗浄が必要です。洗浄が完了したら、酸化や腐食を防ぐためにステンレス鋼の表面を乾燥させる必要があります。乾燥によりステンレス鋼の表面は乾燥した滑らかな状態に保たれ、その後の酸化や腐食のリスクが最小限に抑えられます。

5.品質検査

外観検査：ステンレス鋼の酸洗および不動態化の表面は、明らかな腐食痕がなく、均一な銀白色で滑らかで美しくなければなりません。溶接部および熱影響部に酸化色がなく、色ムラがあってはなりません。

残留液検査：フェノールフタレイン試験紙を用いてステンレス表面の残留液の清浄度を確認します。 pH 値が中性であれば、合格したと見なされます。

ブルードットテスト：ブルードットテスト方法の基本原理は、表面不動態膜が不完全であるか鉄イオンで汚染されている場合、遊離鉄イオンが存在し、フェロシアン化カリウム溶液が鉄イオンと反応して青色の沈殿物を形成するというものです。

ステンレス鋼の不動態化 - 酸洗剤タイプ

ステンレス鋼表面の業界標準の不動態化方法: 硝酸、重クロム酸ナトリウムを含む硝酸、クエン酸。各タイプは、さまざまな環境や用途の要件を満たすために特定の化学物質を使用して不動態化処理を行っています。

硝酸不動態化: ステンレス鋼の部品を特定の濃度の硝酸を含む溶液に浸漬すると、ステンレス鋼の表面に緻密な不動態膜が形成されます。この不動態皮膜はステンレス鋼の耐食性を高め、基材を酸化腐食から保護します。

硝酸と重クロム酸ナトリウムの不動態化: 重クロム酸ナトリウムを添加すると、不動態皮膜の品質と耐食性をさらに向上させることができます。この不動態化方法は通常、より高い耐食性要件が求められるステンレス鋼コンポーネントに適しています。重クロム酸ナトリウムは危険物質であり、使用時にはその濃度と取り扱い条件を厳密に管理する必要があることに注意することが重要です。

クエン酸不動態化: クエン酸には、環境に優しく、毒性がないという利点があります。クエン酸はステンレス鋼表面の酸化物と反応して酸化層を除去し、表面に薄くて緻密な不動態膜を形成します。クエン酸不動態化には通常、酸洗いと不動態化処理の両方のステップが含まれます。処理時間と温度を制御することにより、優れた不動態化結果を達成できます。

ステンレス鋼の不動態化に関する特別な注意事項

不動態化の前に、ステンレス鋼の表面を徹底的に洗浄して、グリース、汚れ、その他の異物をすべて除去する必要があります。グリースやその他の汚染物質の存在は、酸不動態化の品質に影響を与える可能性があります。洗浄時には、アルカリ性洗剤またはその他の適切な洗浄剤を使用できます。

酸洗液、不動態化ペースト、洗浄水中の塩化物イオン含有量は厳密に管理する必要があります。塩化物イオンが過剰に含まれると、ステンレス鋼の不動態皮膜が損傷し、耐食性が低下する可能性があります。例えば、船舶規格「ステンレス鋼酸洗不動態化ペースト」CB/T3595-94 では、ステンレス鋼酸洗不動態化ペーストの塩化物イオン含有量は特定の範囲内に制御される必要があり、一般に 25ppm から 100ppm の間であることが要求されます。洗浄水の場合、塩素イオン含有量も 25PPM 未満のレベルに制御する必要があります。

酸洗いおよび不動態化プロセス中に生成される廃液は、国の環境排出要件に準拠するために適切に処理する必要があります。廃液は排出前に中和する必要があります。例えば、フッ素を含む廃液の場合、消石灰や塩化カルシウムを添加して処理することができます。クロム含有廃液には硫酸第一鉄を添加して還元処理が可能です。これらの処理手段により、廃液中の有害物質の含有量を効果的に削減し、環境を保護することができます。

不動態化プロセス中、オペレーターは溶液と皮膚の接触を防ぐために、保護メガネ、手袋、保護服などの適切な個人用保護具を着用する必要があります。不動態化溶液が誤って目に入ったり、皮膚に飛沫した場合は、すぐにきれいな水で洗い流し、医師の診察を受けてください。

不動態化油と防錆油の違い

不動態化油と防錆油の主な違いは、生成される生成物が異なることです。防錆油は、金属表面の細孔を油膜で密閉し、酸素との接触を遮断することで錆を効果的に防止する物理的反応です。油膜は、生産が進むにつれて除去されたり損傷したりするため、破損しやすくなります。一方、不動態化は、不動態化溶液中の酸化性物質を利用して金属と酸化還元反応を起こし、金属表面上の金属酸化物化合物の層の形成を促進し、金属を効果的に保護します。このプロセスは化学反応に属します。得られる不動態膜は緻密で無傷であり、簡単には損傷しません。

まとめ

結論として、特殊な環境での使用を目的としたステンレス鋼製品には不動態化が非常に必要です。不動態化処理により、製品の耐食性と耐久性が大幅に向上し、過酷な環境下でも長期安定した動作が保証されるだけでなく、製品の外観品質も維持され、製品全体の性能と価値が向上します。

専門家として 製造サービス プロバイダーである Bo Yi は、豊富な経験と高度な技術を備えており、包括的なステンレス鋼不動態化ソリューションをお客様に提供しています。当社の専門チームと高度な設備により、不動態化処理の品質と効率を確保できます。ステンレス鋼の異なる材質であっても、さまざまな用途シナリオであっても、製品の最高の性能と外観を確保するためにカスタマイズされた不動態化サービスを提供できます。

ステンレス鋼の不動態化に関する詳細情報が必要な場合、または当社の製造サービスについて知りたい場合は、お気軽にお問い合わせください。当社は、ステンレス鋼の不動態化に関するあらゆる問題の解決に役立つ、専門的な回答と高品質のサービスを提供します。

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