脆化
出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2022/02/13 06:06 UTC 版)
「フェライト系ステンレス鋼」の記事における「脆化」の解説
フェライト系ステンレス鋼は体心立方格子構造のフェライト相で構成されるため、低温では脆性破壊の危険性が高い。炭素鋼と同様に、低温域で衝撃抵抗が急激に落ちる延性-脆性遷移温度が存在する。フェライト系の低温脆性を改善するには、高純度フェライト系ステンレス鋼が有効である。 高温では、フェライト系ステンレス鋼は 300 ℃から 550 ℃程度の温度に一定時間保持されると脆化が起こる。特におよそ 475 ℃で脆化が急速に起こるため、この現象は「475℃脆化」や「475℃脆性」と呼ばれる。硬さは上昇するが、延性・靭性が低下する。475℃脆化が起きると、脆化に加えて耐食性も低下する。 475℃脆化はマルテンサイト系ステンレス鋼やオーステナイト・フェライト系ステンレス鋼でも起こるが、フェライト系の脆化現象として特筆される。クロム濃度が高いほど脆化が早く進み、クロムおよそ 15 % 程度以上から475℃脆化が問題となる。一般的には数十時間程度で発生する。38%クロム鋼の例では、10分から100分程度で脆化が起きることもある。 475℃脆化は、組織がクロム濃度が高いフェライト相とクロム濃度が低いフェライト相に分離することによって引き起こされる。高クロムフェライト相のクロム濃度は 93 % に達することもある。これらの高クロムフェライト相と低クロムフェライト相の二層分離は、スピノーダル分解によって起きると考えられている。 475℃脆化よりも上の温度域 600 ℃から 800 ℃の範囲に保持されても脆化が起きる。この脆化現象は「σ 相脆化」や「σ 脆化」、「σ 脆性」などと呼ばれ、鉄とクロムの金属化合物から成る「σ 相」の析出によって起こる。σ 相は硬いが脆く、組織中に存在すると材質を脆化させる。 σ 相脆化はフェライト系に限った現象ではなく、オーステナイト系やオーステナイト・フェライト系でも生じる。クロム含有量が多いほど σ 相は出やすくなる。また、モリブデン、ケイ素、アルミニウムの添加や冷間加工の実施によっても σ 相は析出しやすくなる。σ 相の生成速度は遅く、一般的には数百時間以上加熱保持してσ 相脆化は起きる。そのため一般的な温度で使用する範囲では σ 相脆化が問題となることはないが、高温環境で耐熱材として使用し続けるような用途では注意を要する。
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