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[[File:Stainless Steel Laboratory Pneumatic Chair with wheels.jpg|thumb|180px|オーステナイト系ステンレス鋼（AISI 304）製の椅子]]
'''オーステナイト系ステンレス鋼'''（オーステナイトけいステンレスこう）とは、常温で[[オーステナイト]]を主要な組織とする[[ステンレス鋼]]である。ステンレス鋼種の中で最も一般的で、各種用途に幅広く使われている。オーステナイト系ステンレス鋼とはステンレス鋼の金属組織別分類の一つで、他には「[[マルテンサイト系ステンレス鋼]]」「[[フェライト系ステンレス鋼]]」「[[オーステナイト・フェライト系ステンレス鋼]]」「[[析出硬化系ステンレス鋼]]」がある<ref name="BSSA_10">{{Cite web |url=http://www.bssa.org.uk/faq.php?id=10 |title=How many types of stainless steel are there? |publisher=British Stainless Steel Association |accessdate=2018-10-15}}</ref>。工業材料として最初にオーステナイト系ステンレス鋼を発明したのはドイツの[[クルップ|クルップ社]]の{{仮リンク|ベンノ・シュトラウス|de|Benno Strauß}}と{{仮リンク|エドゥアルト・マウラー|de|Eduard Maurer}}で、1912年に特許出願された。
オーステナイト系は、ステンレス鋼の耐食性を生み出す主元素である[[クロム]]、オーステナイトを安定させる[[ニッケル]]を主成分として含み、「クロム・ニッケル系ステンレス鋼」に分類される。クロムを 18%（[[質量パーセント濃度]]）、ニッケルを 8% 含む'''18Cr-8Niステンレス鋼'''がオーステナイト系の代表的・標準的な鋼種で、[[日本工業規格]]に制定されているものとしては'''SUS304'''に相当する。
具体的な[[wikt:組成|組成]]や製造過程によるが、オーステナイト系の耐食性はステンレス鋼の中で高い部類に入る。[[延性]]に優れ、極低温環境でも[[脆化]]の程度は小さい。高温環境でも他のステンレス鋼種と比較して強度低下は小さい。[[塑性加工]]を加えることで[[マルテンサイト変態]]を起こす性質を持ち、これを利用したオーステナイト系の高強度鋼種もある。通常、[[固溶化熱処理]]して実用に供される。[[切削加工]]においては[[被削性]]はやや劣る。ある高温度域に一定時間晒されると耐食性が低下する鋭敏化という現象があり、オーステナイト系の[[溶接]]や[[熱処理]]においては注意を要する。
==組成と組織==
[[File:Unsensitised structure of type 304 stainless steel.jpg|thumb|オーステナイト系ステンレス鋼AISI304の金属組織顕微鏡写真。組織中の角ばった模様は[[双晶]]{{Sfn|田中（編）|2010|p=27}}。]]
[[File:Phase diagram of Fe-Cr.svg|thumb|ステンレス鋼の基本となる鉄・クロム系の二元合金状態図。]]
オーステナイト系ステンレス鋼とは、[[常温]]での金属組織が[[オーステナイト]]となる[[ステンレス鋼]]である{{Sfn|谷野・鈴木|2013|p=242}}。ステンレス鋼とは[[クロム]]を 10.5%（[[質量パーセント濃度]]）含む[[合金鋼]]で、含有されるクロムによってステンレス鋼の耐食性が実現される{{Sfn|Lai Leuk et al.|2012|p=3}}。[[純鉄]]では、金属組織がオーステナイト（γ鉄）となるのは高温状態のみで、常温では[[フェライト相|フェライト]]組織（α鉄）である{{Sfn|谷野・鈴木|2013|p=35}}。純鉄にクロムを加えることにより、オーステナイトが安定的に存在する最低温度は約 830 ℃ まで広がる{{Sfn|田中（編）|2010|p=96}}。しかし、クロム含有量が約 7% を超えると、オーステナイトが存在する温度領域は逆に小さくなり、クロム含有増加に伴って最終的にはオーステナイトの存在領域は消滅する{{Sfn|田中（編）|2010|pp=95–96}}。一方、ニッケルを純鉄に加えると、オーステナイトが存在する温度領域は大きく広がり、オーステナイトが安定的に存在する最低温度はニッケル 30% では約 500℃ まで広がる{{Sfn|橋本|2007|p=156}}。
ニッケルのようなオーステナイトの存在範囲を広げる元素をオーステナイト生成元素と呼び、クロムのようなフェライトの存在領域を広げる元素をフェライト生成元素と呼ぶ{{Sfn|野原|2016|p=53}}。オーステナイト系は、クロムの他にオーステナイト生成元素の[[ニッケル]]を主成分として含むため、'''クロム・ニッケル系ステンレス鋼（Cr-Ni系ステンレス鋼）'''に分類される{{Sfnm|田中（編）|2010|1p=26|大山・森田・吉武|1990|2p=25}}。オーステナイト系の標準鋼種として挙げられるのがクロム約 18%、ニッケル約 8% を含むものである{{Sfn|大山・森田・吉武|1990|p=33}}。これは[[日本工業規格|JIS]]規定の鋼種では SUS304 や SUS302 に相当し、'''18Cr-8Niステンレス鋼'''、'''18-8ステンレス鋼'''、'''18Cr‐8Ni系'''としても知られる{{Sfn|大山・森田・吉武|1990|p=33}}<ref>{{Cite book ja-jp |others=藤井 哲雄（監修） |title=錆・腐食・防食のすべてがわかる事典 |publisher=ナツメ社 |year=2017 |edition=初版 |isbn=978-4-8163-6243-9}}. p. 175</ref><ref>{{Cite web |url=https://www.daido.co.jp/products/stainless/grade.html |title=オーステナイト系ステンレス鋼 |work=ステンレス鋼の区分から探す |website=https://www.daido.co.jp/index.html |publisher=大同特殊鋼 |accessdate=2019-04-04}}</ref>。工業規格に規定されているオーステナイト系標準鋼の組成の例を、以下の表に示す。
{| class="wikitable" style="text-align:center; margin:0 auto"
|+ オーステナイト系標準鋼の組成例<ref name="金属材料データブック">{{Cite book ja-jp |editort=日本規格協会|title=金属材料データブック ―JISと主要海外規格対照 |publisher=日本規格協会 |year=2009 |edition=改訂7版 |isbn=978-4-542-14020-2}}. pp. 208–209, , 210–211, 214–217</ref>
! [[工業規格|規格]] !! 材料記号 !! [[炭素|C]] !! [[マンガン|Mn]] !! [[リン|P]] !! [[硫黄|S]] !! [[シリコン|Si]] !! [[クロム|Cr]] !! [[ニッケル|Ni]] !! [[窒素|N]]
|-
| [[国際標準化機構|ISO]] || X5CrNi18-10 || 0.07<br />以下 || 2.00<br />以下 || 0.045<br />以下 || 0.030<br />以下 || 1.00<br />以下 || 17.5–<br />19.5 || 8.0–<br />10.5 || 0.11<br />以下
|-
| [[欧州標準化委員会|EN]] || 1.4301 || 0.07<br />以下 || 2.00<br />以下 || 0.045<br />以下 || 0.030<br />以下 || 1.00<br />以下 || 17.0–<br />19.5 || 8.0–<br />10.5 || 0.11<br />以下
|-
| [[ASTMインターナショナル|ASTM]] || 304<br />(S30400) || 0.08<br />以下 || 2.00<br />以下 || 0.045<br />以下 || 0.030<br />以下 || 0.75<br />以下 || 17.5–<br />19.5 || 8.0–<br />10.5 || 0.10<br />以下
|-
| [[日本工業規格|JIS]] || SUS304 || 0.08<br />以下 || 2.00<br />以下 || 0.045<br />以下 || 0.030<br />以下 || 1.00<br />以下 || 18.00–<br />20.00 || 8.00–<br />10.50 || -
|}
ステンレス鋼の組織は、フェライト生成元素とオーステナイト生成元素のバランスと、加える[[熱処理]]などによる熱履歴で決まる{{Sfn|田中（編）|2010|p=29}}。オーステナイト系はオーステナイト生成元素を含むため、オーステナイトが常温で存在できる{{Sfn|徳田・山田・片桐|2005|p=160}}。18Cr-8Niステンレス鋼の場合、厳密には高温状態でもオーステナイト単相ではない{{Sfnm|大山・森田・吉武|1990|1p=32|野原|2016|2p=54}}。[[シェフラーの組織図]]によれば、フェライトが約 5–10% 存在するオーステナイトとフェライトの二相組織となっている{{Sfn|ステンレス協会（編）|1995|p=558}}。しかし、炭素や窒素などのその他のオーステナイト生成元素の作用により、常温ではオーステナイト単相となる{{Sfn|野原|2016|p=54}}。他のオーステナイト系鋼種も高温ではフェライトをいくらか含み、添加元素を増やした鋼種で高温でもオーステナイト単相となる{{Sfn|Lai Leuk et al.|2012|p=24}}。
===オーステナイト安定度===
[[オーステナイト]]が常温でも安定に存在するのがオーステナイト系ステンレス鋼であるが、オーステナイト系であっても、オーステナイトが常温で熱学的に安定ではない鋼種も多い{{Sfn|ステンレス協会（編）|1995|p=114}}。そのような鋼種の場合、常温ではオーステナイトの[[自由エネルギー]]と比較してマルテンサイトの自由エネルギーが小さい状態にある{{Sfn|牧|2015|p=253}}。そのため、常に[[マルテンサイト変態]]が起ころうとする駆動力がオーステナイトに働いている{{Sfn|牧|2015|p=253}}。しかし、駆動力が実際に変態を起こすのに十分ではないため、マルテンサイト変態が起きず、オーステナイトの状態が保たれている{{Sfn|牧|2015|p=253}}。このような熱力学的に不安定な状態のオーステナイトを'''準安定オーステナイト'''と呼ぶ{{Sfn|牧|2015|p=253}}。準安定オーステナイトであっても、常温長期間放置中に勝手に相変態を起こして平衡状態に達するようなことはない{{Sfn|ステンレス協会（編）|1995|p=114}}。
オーステナイト系組織中の準安定オーステナイトは、極低温まで冷やされると、準安定オーステナイトの一部または全部がマルテンサイト変態を起こす{{Sfn|ステンレス協会（編）|1995|p=114}}。マルテンサイト変態が自動的に開始する温度（Ms点）がオーステナイトの安定度の目安であり、添加される合金元素の組成によってMs点が異なる{{Sfnm|野原|2016|1p=170|田中（編）|2010|2p=107}}。オーステナイト系に関して各合金元素量からMs点を予測する実験式として、
:''Ms'' = 502 − (810 × ''C'' + 1230 × ''N'' + 13 × ''Mn'' + 30 × ''Ni'' + 12 × ''Cr'' + 54 × ''Cu'' + 46 × ''Mo'')
がある<ref>{{Cite web |author=杉本貴紀・杉山信之・野本豊和・中尾俊章・清水彰子・山口梨斉 |year=2016 |url=http://www.aichi-inst.jp/acist/research/report/05-p002-ks01.pdf |title=オーステナイト系ステンレス鋼の 加工誘起マルテンサイト変態における結晶相分析 |website=http://www.aichi-inst.jp/research/report/ |work=研究報告書 |publisher=あいち産業科学技術総合センター |pages=2–5 |accessdate=2019-04-20}}</ref>。ここで、''Ms'' はMs点（℃）で、''C'', ''N'', ''Mn'', ''Ni'', ''Cr'', ''Cu'', ''Mo'' は各元素量（mass%）である。具体的なMs点としては、17Cr-7Ni の SUS301 で約−10℃、18Cr-8Ni の SUS304 で約−50℃、25Cr-20Ni の SUS310S で約−150℃ 以下である{{Sfn|橋本|2007|p=180}}。
あるいは、常温であっても[[塑性変形]]を加えると、準安定オーステナイトは一部または全部がマルテンサイト変態を起こす{{Sfn|ステンレス協会（編）|1995|p=114}}。塑性変形による力学的な仕事が加わることでマルテンサイト変態を起こすための駆動力を満たし、このようなマルテンサイト変態が生じる{{Sfn|牧|2015|p=254}}。外力が加わることによって発生するマルテンサイト変態を'''加工誘起マルテンサイト変態'''、そのマルテンサイトを'''加工誘起マルテンサイト'''と呼ぶ{{Sfnm|牧|2015|1p=254|橋本|2007|2p=168}}。
加工誘起マルテンサイト変態に対するオーステナイト安定度を目安としては、Ms点の予測式よりも、30% の[[ひずみ]]を与えたときに 50% の加工誘起マルテンサイトが発生する温度（Md<sub>30</sub>）を予測する次の実験式がより有効である{{Sfn|田中（編）|2010|pp=107–108}}<ref>{{Cite journal ja-jp |author = 野原 清彦・小野 寛・大橋 延夫 |year = 1977 |title = 準安定オーステナイトステンレス鋼における加工誘起マルテンサイト変態の組成および結晶粒度依存性 |journal = 鉄と鋼 |volume = 63 |issue = 5 |doi = 10.2355/tetsutohagane1955.63.5_772 |publisher = 日本鉄鋼協会 |pages = 772–782 }}</ref>。
:''Md''<sub>30</sub> = 551 − 462 × (''C'' + ''N'') − 9.2 × ''Si'' − 8.1 × ''Mn'' − 13.7 × ''Cr'' − 29 × (''Ni'' + ''Cu'') − 18.5 × ''Mo'' − 68 × ''Nb'' − 1.42 × (''ν'' − 8.0)
ここで、''Md''<sub>30</sub> は Md<sub>30</sub>（℃）で、''C'', ''N'', ''Si'', ''Mn'', ''Cr'', ''Ni'', ''Cu'', ''Mo'', ''Nb'' は各元素量（mass%）で、''ν'' は[[ASTM規格]]の結晶粒度番号である。Md<sub>30</sub> が小さいほどオーステナイトは安定といえる{{Sfn|橋本|2007|pp=166–167}}。
加工誘起マルテンサイト変態を起こすオーステナイト系ステンレス鋼は、'''準安定オーステナイト系ステンレス鋼'''と呼ばれる{{Sfn|田中（編）|2010|pp=106–107}}。一方、オーステナイト安定度が高い場合は加工を施してもオーステナイトが保たれる。このようなオーステナイト系の鋼種は'''安定オーステナイト系ステンレス鋼'''と呼ばれる{{Sfn|谷野・鈴木|2013|p=243}}。あるいは、加工誘起マルテンサイト変態を起こしやすいものを「不安定」、加工誘起マルテンサイト変態を起こさないものを「安定」、不安定と安定の中間ぐらいのものを「準安定」と呼び、オーステナイト系を分類することもある{{Sfn|野原|2016|p=170}}。オーステナイト系標準鋼種の18Cr-8Niステンレス鋼は準安定オーステナイト系ステンレス鋼に相当する{{Sfn|橋本|2007|p=168}}。JISでは、SUS301が不安定、SUS310Sが安定のオーステナイト系鋼種である{{Sfn|野原|2016|p=88}}。それぞれの組成例を以下の表に示す。
{| class="wikitable" style="text-align:center; margin:0 auto"
|+ 不安定加工硬化オーステナイト系の組成例<ref name="金属材料データブック"/>
! [[工業規格|規格]] !! 材料記号 !! [[炭素|C]] !! [[マンガン|Mn]] !! [[リン|P]] !! [[硫黄|S]] !! [[シリコン|Si]] !! [[クロム|Cr]] !! [[ニッケル|Ni]] !! [[窒素|N]] !! [[モリブデン|Mo]]
|-
| [[国際標準化機構|ISO]] || X5CrNi17-7 || 0.07<br />以下 || 2.00<br />以下 || 0.045<br />以下 || 0.030<br />以下 || 1.00<br />以下 || 16.0–<br />19.0 || 6.0–<br />8.0 || 0.11<br />以下 || -
|-
| [[欧州標準化委員会|EN]] || 1.4310 || 0.05–<br />0.15 || 2.00<br />以下 || 0.045<br />以下 || 0.015<br />以下 || 2.00<br />以下 || 16.0–<br />19.0 || 6.0–<br />9.5 || 0.11<br />以下 || 0.80<br />以下
|-
| [[ASTMインターナショナル|ASTM]] || 301<br />(S30100) || 0.15<br />以下 || 2.00<br />以下 || 0.045<br />以下 || 0.030<br />以下 || 1.00<br />以下 || 16.0–<br />19.0 || 6.0–<br />8.0 || 0.10<br />以下 || -
|-
| [[日本工業規格|JIS]] || SUS301 || 0.15<br />以下 || 2.00<br />以下 || 0.045<br />以下 || 0.030<br />以下 || 1.00<br />以下 || 16.00–<br />18.00 || 6.00–<br />8.00 || - || -
|}
{| class="wikitable" style="text-align:center; margin:0 auto"
|+ 安定オーステナイト系の組成例<ref name="金属材料データブック"/><ref>{{Cite web |author= |date= |url=http://megamex.com/stainless_310.html |title=310 STAINLESS STEEL |website= |publisher=MEGA MEX |accessdate=2019-04-20}}</ref>
! [[工業規格|規格]] !! 材料記号 !! [[炭素|C]] !! [[マンガン|Mn]] !! [[リン|P]] !! [[硫黄|S]] !! [[シリコン|Si]] !! [[クロム|Cr]] !! [[ニッケル|Ni]] !! [[窒素|N]]
|-
| [[国際標準化機構|ISO]] || X8CrNi25-21 || 0.10<br />以下 || 2.00<br />以下 || 0.045<br />以下 || 0.015<br />以下 || 1.50<br />以下 || 24.0–<br />26.0 || 19.0–<br />22.0 || 0.11<br />以下
|-
| [[ASTMインターナショナル|ASTM]] || 310<br />(S31008) || 0.08<br />以下 || 2.00<br />以下 || 0.045<br />以下 || 0.03<br />以下 || 1.50<br />以下 || 24.0–<br />26.0 || 19.0–<br />22.0 || -
|-
| [[日本工業規格|JIS]] || SUS310S || 0.08<br />以下 || 2.00<br />以下 || 0.045<br />以下 || 0.030<br />以下 || 1.50<br />以下 || 24.00–<br />26.00 || 19.00–<br />22.00 || -
|}
==特性==
===物理的性質===
オーステナイト系ステンレス鋼は、一般的な[[普通鋼]]、フェライト系ステンレス鋼やマルテンサイト系ステンレス鋼と異なり、[[面心立方格子構造]]を有するオーステナイト相で組織が構成される。このことによって、オーステナイト系の物理的特性の傾向は、同じステンレス鋼の仲間であるフェライト系やマルテンサイト系とは異なる部分が多い{{Sfnm|遅沢|2009|1p=8|田中（編）|2010|2p=167}}。
まず、一般的な鉄鋼材料と異なるのはオーステナイト系は非磁性（[[常磁性]]）材料であり、磁石に付かない{{Sfn|徳田・山田・片桐|2005|p=160}}。これはオーステナイト系が面心立方格子構造であることに由来し、[[銅]]や[[チタン]]などの他の面心立方格子構造材料と同様である{{Sfn|田中（編）|2010|p=171}}。この非磁性という特徴が、電気電子部品での使用などオーステナイト系の使い道の選択肢を与えている{{Sfnm|田中（編）|2010|1p=171|大山・森田・吉武|1990|2p=73}}。SUS304 の場合で[[透磁率]]は約 1.3 × 10{{sup|−6}} H/m 程度である{{Sfn|ステンレス協会（編）|1995|p=495}}。ただし、上記のとおりオーステナイト系であって冷間加工などによりマルテンサイトを有するようになるので、冷間加工したオーステナイト系では磁性を示すことがある{{Sfn|ステンレス協会（編）|1995|p=1430}}。合金元素量を増やした安定オーステナイト系では冷間加工しても非磁性が保たれる{{Sfn|ステンレス協会（編）|1995|p=1430}}。[[電気抵抗]]は、マルテンサイト系、フェライト系、オーステナイト系の標準的鋼種{{refnest|group="注"|SUS410とSUS430とSUS304}}で比べるとオーステナイト系の電気抵抗がもっとも高い{{Sfn|橋本|2007|p=161}}。これは含有される合金元素の量が多いほど抵抗が増えることによる{{Sfn|橋本|2007|p=161}}。SUS304 の場合で、常温の[[比抵抗]]は 72 × 10{{sup|−8}} [[オームメートル|Ω·m]] 程度である{{Sfn|ステンレス協会（編）|1995|p=1428}}。
ステンレス鋼の[[密度]]は鋼種間での差はあまりないが、炭素鋼、フェライト系、マルテンサイト系よりもオーステナイト系の密度はやや大きい<ref name="BSSA_10"/>{{Sfnm|橋本|2007|1p=159|野原|2016|2pp=87–89}}。SUS304 の場合で[[常温]]の密度は 7930 [[キログラム毎立方メートル|kg/m{{sup|3}}]] 程度である{{Sfn|ステンレス協会（編）|1995|p=1428}}。これに対して、[[軟鋼]]の常温密度は 7860 kg/m{{sup|3}} 程度となっている{{Sfn|田中（編）|2010|p=168}}。常温の[[縦弾性係数]]は SUS304 で 193 [[パスカル (単位)|GPa]] 程度である{{Sfnm|ステンレス協会（編）|1995|1p=1428|橋本|2007|2p=163}}。[[軟鋼]]の場合は 206 GPa 程度である{{Sfn|田中（編）|2010|p=168}}。
[[熱伝導率]]も、電気抵抗と同様に合金元素の含有量に関係し、合金元素の含有量が多いほど熱伝導率が低くなる{{Sfn|田中（編）|2010|p=170}}。オーステナイト系の熱伝導率は軟鋼の1/5から1/6程度で、SUS304 で 16 W/(m·K) 程度である{{Sfnm|田中（編）|2010|1p=170|橋本|2007|2p=160}}。[[熱膨張率]]は結晶構造に依存し、ステンレス鋼の中でオーステナイト系の熱膨張率が最も大きい{{Sfn|田中（編）|2010|p=170}}。SUS304 の 0–100℃ での[[線膨張係数]]が 17.3 × 10{{sup|−6}} K{{sup|−1}} 程度である{{Sfn|ステンレス協会（編）|1995|p=1428}}。ステンレス鋼の[[比熱]]は鋼種間で大差はない{{Sfn|野原|2016|pp=89}}。オーステナイト系の比熱は、軟鋼のおおよそ1.1倍程度である{{Sfn|田中（編）|2010|p=169}}。SUS304 の場合で、0–100℃ 間の比熱が 0.50 J/(kg·K) 程度である{{Sfn|ステンレス協会（編）|1995|p=1428}}。
==
[[File:Corrosion of alloys in NaCl.jpg|thumb|250px|3.5%NaCl水溶液中に2週間浸した合金。下段が304系で、上段はアルミニウム黄銅、中段は白銅。]]
ステンレス鋼の組織別種類の中で、オーステナイト系ステンレス鋼の耐食性は高い部類に位置付けられる{{Sfn|金属用語辞典編集委員会|2004|p=53}}。具体的な鋼種や製造過程によって異なるが、おしなべて言えば、オーステナイト系の耐食性はフェライト系とマルテンサイト系より高く優れる{{Sfn|大山・森田・吉武|1990|p=33}}。オーステナイト系の標準鋼種である SUS304 は中位レベルの耐食性を持つ{{Sfn|橋本|2007|p=284}}。ステンレス鋼の耐食性は材料表面に存在する[[不働態被膜]]によるものであるが、クロム・ニッケル・鉄合金の不働態被膜は、クロム・鉄合金よりも高い修復力を持つ{{Sfn|田中（編）|2010|p=119}}。一般的に、不働態になるためには臨界不動態化電流密度と呼ばれる電流ピークを超える必要がある{{Sfn|杉本|2009|pp=80–81}}。ニッケルがクロム・鉄合金に添加されると、臨界不動態化電流密度が下がり、再不動態化しやすくなる{{Sfn|田中（編）|2010|p=119}}。
ステンレス鋼は優れた耐食性を持つが、使用環境によってはステンレス鋼でも腐食は発生する{{Sfn|橋本|2007|p=284}}。[[全面腐食]]については、SUS304 相当の材料であれば大気中、淡水中、中性塩環境中、アルカリ環境中で良好な耐食性を示す{{Sfn|ステンレス協会（編）|1995|p=562}}。硫酸中では、一部の硫酸濃度範囲に対してのみ耐えることができるが、ほとんどの濃度の硫酸に対して腐食が進む{{Sfn|ステンレス協会（編）|1995|p=574}}。[[モリブデン]]や[[銅]]を加えると、硫酸に対しても耐食性が増す{{Sfn|ステンレス協会（編）|1995|p=574}}。304系よりも耐食性に優れたオーステナイト系鋼種としては、18Cr-11Ni-2Mo の316系が広く利用されている{{Sfnm|ISSF|2012|1p=5|ステンレス協会（編）|1995|2p=574}}。モリブデンを 2–3% 添加してニッケル含有量を高めた鋼種で、304系では厳しい環境で利用される{{Sfnm|ISSF|2012|1p=5|ステンレス協会（編）|1995|2p=574}}。316系の組成の例を、以下の表に示す。
{| class="wikitable" style="text-align:center; margin:0 auto"
|+ 高耐食系オーステナイト系の組成例<ref name="金属材料データブック"/>
! [[工業規格|規格]] !! 材料記号 !! [[炭素|C]] !! [[マンガン|Mn]] !! [[リン|P]] !! [[硫黄|S]] !! [[シリコン|Si]] !! [[クロム|Cr]] !! [[ニッケル|Ni]] !! [[窒素|N]] !! [[モリブデン|Mo]]
|-
| [[国際標準化機構|ISO]] || X5CrNiMo17-12-2 || 0.07<br />以下 || 2.00<br />以下 || 0.045<br />以下 || 0.030<br />以下 || 1.00<br />以下 || 16.5–<br />18.5 || 10.0–<br />13.0 || 0.11<br />以下 || 2.0–<br />3.0
|-
| [[欧州標準化委員会|EN]] || 1.4401 || 0.07<br />以下 || 2.00<br />以下 || 0.045<br />以下 || 0.030<br />以下 || 1.00<br />以下 || 16.5–<br />18.5 || 10.0–<br />13.0 || 0.11<br />以下 || 2.00–<br />2.50
|-
| [[ASTMインターナショナル|ASTM]] || 316<br />(S31600) || 0.08<br />以下 || 2.00<br />以下 || 0.045<br />以下 || 0.030<br />以下 || 0.75<br />以下 || 16.0–<br />18.0 || 10.0–<br />14.0 || 0.10<br />以下 || 2.00–<br />3.00
|-
| [[日本工業規格|JIS]] || SUS316 || 0.08<br />以下 || 2.00<br />以下 || 0.045<br />以下 || 0.030<br />以下 || 1.00<br />以下 || 16.00–<br />18.00 || 10.00–<br />14.00 || - || 2.00–<br />3.00
|}
ステンレス鋼の腐食において特に問題になるのは、孔食や粒界腐食といった[[局部腐食]]である{{Sfn|大山・森田・吉武|1990|p=54}}。[[孔食]]とは、材料の一部が小さな穴状に腐食が進む腐食形態である{{Sfn|杉本|2009|p=8}}。孔食に対する耐性を材料ごとに比較する指標として耐孔食性指数（PREN{{refnest|group="注"|Pitting Resistance Equivalent Number}}）がある{{Sfn|Lai Leuk et al.|2012|p=116}}。耐孔食性指数の計算式の一つは
:PREN = ''Cr'' + 3.3 × ''Mo'' + ''n'' × ''N''
という形で与えられる{{Sfn|遅沢|2009|p=13}}。ここで、''Cr'', ''Mo'', ''N'' は各元素の質量パーセント濃度で、''n'' は鋼種や研究者によって異なる係数である{{Sfn|遅沢|2009|p=13}}。''n'' の値が大きいほど[[窒素]] (N) の含有量に比して耐孔食性が向上する。[[フェライト系ステンレス鋼|フェライト系]]が ''n'' = 0、[[二相系ステンレス鋼|二相系]]が ''n'' = 16 が適当とされるのに対して、オーステナイト系では ''n'' = 30 が適当とされ、オーステナイト系では窒素添加によって大きな耐孔食性向上が期待できる{{Sfn|杉本|2009|p=147}}。また、オーステナイト組織はモリブデン (Mo) と窒素 (N) の固溶限が大きいため、耐孔食性指数を高くすることできる{{Sfn|鈴木|2000|p=149}}。
[[File:Intergranular corrosion.JPG|thumb|オーステナイト系ステンレス鋼の粒界腐食の様子]]
[[粒界腐食]]とは、組織中の[[結晶粒界]]が優先的に腐食する腐食形態で、オーステナイト系では鋭敏化によって引き起こされる{{Sfn|Lai Leuk et al.|2012|pp=18, 30}}。'''鋭敏化'''とは、オーステナイト系が 450℃ から 850℃ の温度に晒されるときに、[[wikt:基地|基地]]中のクロムがクロム炭化物となって析出し、クロム欠乏層が生じて耐食性が低下する現象である{{Sfnm|金属用語辞典編集委員会|2004|1p=33|Lai Leuk et al.|2012|2p=30}}。組成的に鋭敏化を防ぐには、炭素量の極小化、あるいは[[チタン]]や[[ニオブ]]などの合金元素添加が有効である{{Sfn|大山・森田・吉武|1990|p=27}}。後者のような合金元素を添加することで、優先的にそれら添加合金元素と炭素の炭化物を形成させ、クロム炭化物の析出を防ぐことができる{{Sfn|ステンレス協会（編）|1995|pp=89–90}}。このようなチタンやニオブを添加することで鋭敏化への対策を取った鋼種を、'''安定化オーステナイト系ステンレス鋼'''と呼ぶ{{Sfn|ステンレス協会（編）|1995|p=593}}。
また、オーステナイト系は[[応力腐食割れ]]が起きやすい。応力腐食割れへの感受性に関していえば、オーステナイト系の応力腐食割れ感受性はフェライト系よりも劣り、塩化物イオン環境で発生する{{Sfn|野原|2016|pp=102–103}}。オーステナイト系の[[湿食]]事故の原因として、応力腐食割れの割合が高いことが知られている{{Sfn|向井|1999|p=43}}。オーステナイト系を使用した[[熱交換器]]などで、高温高圧の塩化物水溶液によって応力腐食割れが発生する事例がある{{Sfn|徳田・山田・片桐|2005|p=118}}。また、鋭敏化したオーステナイト系は、粒界腐食だけでなく応力腐食割れも起こしやすくなる{{Sfn|金属用語辞典編集委員会|2004|p=33}}。
===機械的性質===
オーステナイト系ステンレス鋼の[[機械的性質]]は、[[普通鋼]]や[[フェライト系ステンレス鋼|フェライト系]]と比較すると、[[降伏点]]と比較して[[引張り強さ]]が高く、[[延性]]に富むのが特徴である{{Sfn|野原|2016|pp=111}}。固溶化・冷延薄板の SUS 304 の場合で、[[0.2%耐力]]が約 250 [[パスカル (単位)|MPa]] に対して、引張り強さが約 630 MPa である{{Sfn|ステンレス協会（編）|1995|p=557}}。硬さは約 160 [[ビッカース硬さ|HV]] である{{Sfn|ステンレス協会（編）|1995|p=557}}。フェライト系などとは異なり、[[応力-ひずみ曲線]]上で明確な[[降伏点]]を示さない{{Sfn|ステンレス協会（編）|1995|p=175}}。
延性の程度を示す[[wikt:のび|伸び]]は、同じく固溶化・冷延薄板の SUS 304 の場合で 約 60% である{{Sfn|ステンレス協会（編）|1995|p=557}}。オーステナイト系の高い延性は、加工誘起マルテンサイト変態によって生み出される。一般的な鉄鋼材料や安定なオーステナイトを[[引張試験]]をすると、試験片はある程度まで均一変形にして伸びた後、一部分が括れ出し、その括れに変形が集中して破壊に至る{{Sfn|牧|2015|pp=104&dasnh;105, 258–259}}。一方、準安定オーステナイトの場合、発生した括れ箇所に加工誘起マルテンサイト変態が起き、その箇所が強化される。それによって、括れ箇所の代わりに他の箇所で変形が進む。結果的に、破断までに大きく一様に伸びることができる{{Sfn|牧|2015|pp=258–259}}。このような加工誘起マルテンサイト変態によって伸びが増大する現象を'''変態誘起塑性'''と呼ぶ{{Sfn|ステンレス協会（編）|1995|p=179}}。
加工誘起マルテンサイト変態によって、オーステナイト系を高強度化することもできる{{Sfn|ステンレス協会（編）|1995|p=614}}。JIS や AISI の301系が、加工硬化による高強度オーステナイト系の代表例である{{Sfnm|橋本|2007|1p=168|Lai Leuk et al.|2012|2p=23}}。圧延率に比例して強度を上昇させることができ、最大で 1800 MPa 程度までの引張り強さが得られる{{Sfn|田中（編）|2010|p=151}}。一方で、圧延率に比例して伸びは落ちる。しかし、ある程度までの圧延率ならば十分な伸びを保ち、加工硬化後もそのまま成形して製品に使用できるのがオーステナイト系の優れた点でもある{{Sfn|田中（編）|2010|p=150}}。SUS301調質圧延1/2材の場合で、0.2%耐力が約 760 [[パスカル (単位)|MPa]]、引張り強さが約 1030 MPa、伸びが約 24%、硬さが約 320 HV である{{Sfn|大山・森田・吉武|1990|p=80}}。
他のオーステナイト系の強化法としては、固溶硬化作用のある[[炭素]]と[[窒素]]の添加が有効である。とくに窒素の添加がよく行われる{{Sfn|ステンレス協会（編）|1995|pp=493–494}}。
オーステナイト系は、高温および低温環境下でも[[機械的強度]]を使用可能な範囲で保つことができ、耐熱性・耐寒性に優れた合金でもある{{Sfn|野原|2016|pp=117–124}}。一般的な[[炭素鋼]]は高温になればなるほど強度が低下するが、ステンレス鋼は急激に強度が低下を開始する温度が高いという特徴を持つ{{Sfn|ステンレス協会（編）|1995|p=204}}。特にオーステナイト系はステンレス鋼の中でも強度低下開始温度が高い{{Sfn|ステンレス協会（編）|1995|p=204}}。オーステナイト系の急激な強度低下の開始温度はおおよそ 600℃ である{{Sfn|田中（編）|2010|p=161}}。[[クリープ|クリープ強度]]もオーステナイト系はフェライト系などと比較して高い{{Sfn|田中（編）|2010|p=164}}。オーステナイトは[[面心立方格子構造]]を取り、面心立方格子はフェライト系の[[体心立方格子]]よりも原子の拡散速度が遅い{{Sfn|野原|2016|pp=117–119}}。これによって、オーステナイト系の高温強度が高い{{Sfn|野原|2016|pp=117–119}}。この特徴により、耐酸化性の高さと合わせてオーステナイト系は耐熱材料としてもよく活用される{{Sfn|橋本|2007|p=174}}。さらにオーステナイト系の高温強度を高めるには、[[モリブデン]]、[[ニオブ]]、[[チタン]]の添加が有効である{{Sfn|橋本|2007|p=174}}。
また、低温環境下においてもオーステナイト系の機械的性質は優れる{{Sfn|ステンレス協会（編）|1995|p=494}}。一般的な鉄鋼材料では、低温になるほど延性が低下して脆くなる。特に、ある温度を下回ると脆化が急速に進む[[延性-脆性遷移温度]]と呼ばれるものが存在する{{Sfn|牧|2015|pp=107–108}}。オーステナイト系の場合は、明確な延性脆性遷移温度は存在せず、極低温でもある程度の延性を保つ{{Sfnm|野原|2016|1pp=123–124|大山・森田・吉武|1990|p=87}}。このような温度依存の傾向の違いは、オーステナイト系が面心立方格子構造であることによる{{Sfn|ステンレス協会（編）|1995|p=179}}。低炭素鋼の場合では −269℃ で[[wikt:のび|伸び|]]は 0% となるが、304系では伸び約 30% を維持する{{Sfn|橋本|2007|p=182}}。このような特性から、オーステナイト系は低温環境用の材料として重宝される{{Sfn|田中（編）|2010|p=157}}。ただし、材料基地にフェライトが混ざったり、炭化物が析出していると、オーステナイト系であっても伸びが低下することがある{{Sfn|野原|2016|p=123}}。オーステナイト系の低温強度を制御する合金元素としては、窒素の添加が有効である{{Sfn|ステンレス協会（編）|1995|p=494–495}}。
==加工==
===塑性加工===
オーステナイト系ステンレス鋼は加工硬化度が大きいのが特徴である。このため、板金プレス加工の[[張出し加工]]については、フェライト系よりもオーステナイト系が成形性に優れる{{Sfn|野原|2016|p=137}}。[[曲げ加工]]でも、延性が高いため、小さな曲げRでも割れが起きづらい{{Sfnm|大山・森田・吉武|1990|1pp=118–119|橋本|2007|2p=256}}。一方、オーステナイト系の加工硬化度が大きいため、曲げ加工時にはフェライト系よりもスプリングバックが大きい{{Sfn|田中（編）|2010|pp=198–199}}。そのため、狙いの曲げ角度を出すのに工夫を要することもある{{Sfn|田中（編）|2010|pp=198–199}}。
また[[絞り加工]]では、SUS304 の場合で限界絞り比は約2.5で、深絞り可能な材料である{{Sfn|橋本|2007|p=255}}。ただし、オーステナイト系を深絞りした場合、加工直後から数か月後の間に割れが自然と発生することがある{{Sfn|野原|2016|p=168}}。この現象は置割れや時期割れと呼ばれ、不安定または準安定オーステナイト系で起こる{{Sfnm|野原|2016|1p=168|田中（編）|2010|2pp=187–188}}。原因は未だ確定されていないが、材料中の水素が主原因と考えられている{{Sfnm|野原|2016|1pp=168–170|田中（編）|2010|2p=188}}。オーステナイト系の絞り加工の成形限界に対しては、[[温間加工]]の利用が対策として存在する{{Sfn|田中（編）|2010|pp=193–194}}。これは、フランジ部近辺を 50–200℃ に温め、ポンチ頭部近辺は 0–20℃ に維持してプレスを行う手法で、加工誘起マルテンサイト変態を起こすオーステナイト系で最も改善の効果が大きい{{Sfnm|ステンレス協会（編）|1995|1pp=965–967|田中（編）|2010|2pp=193–194}}。
また、オーステナイト系で厳しい塑性加工をすると[[金型]]との[[焼きつき]]が起きることがある{{Sfn|野原|2016|pp=344–345}}。これは、オーステナイト系の熱伝導率の低さが主原因と考えられている{{Sfnm|野原|2016|1pp=344–345|ステンレス協会（編）|1995|2p=957}}。
===切削加工===
オーステナイト系ステンレス鋼の[[被削性]]は[[普通鋼]]よりも劣り、さらにはフェライト系やマルテンサイト系よりも悪い{{Sfn|大山・森田・吉武|1990|pp=122–124}}。一般に加工硬化性が強い材料ほど削りにくく、加工硬化性が強いオーステナイト系もまた切削しづらい材料である{{Sfn|ステンレス協会（編）|1995|p=1108}}。また、切削面を荒らす構成刃先が生じやすい{{Sfn|ステンレス協会（編）|1995|p=1108}}。
削りやすさの指標である[[被削性指数]]でいえば、軟鋼が 70 程度であるのに対し、SUS304 は 35 程度である{{Sfn|ステンレス協会（編）|1995|p=1110}}。[[硫黄]]や[[セレン]]を含ませることでステンレス鋼の被削性を改善でき、そのような鋼種は快削ステンレス鋼と呼ばれる{{Sfn|大山・森田・吉武|1990|p=124}}。オーステナイト系についても、快削ステンレス鋼の種類が規格化されている{{Sfn|大山・森田・吉武|1990|p=124}}。
===熱処理===
オーステナイト系ステンレス鋼に施される熱処理としては、固溶化熱処理、応力除去焼なまし、安定化処理の3つである{{Sfnm|ステンレス協会（編）|1995|1p=89|野原|2016|2p=143}}。マルテンサイト系のように[[焼入れ]]で硬化させることはできない{{Sfn|遅沢|2009|p=8}}。
[[固溶化熱処理]]（または固溶化処理、溶体化処理）は高温にして急冷させる処理で、大抵のオーステナイト系には施される{{Sfnm|大山・森田・吉武|1990|1p=33|杉本|2009|2p=145}}。高温にすることによってクロム炭化物や窒化物をオーステナイト基地組織に固溶させ、そこから急冷して完全なオーステナイト組織を得る{{Sfnm|野原|2016|1p=143|大山・森田・吉武|1990|2p=33}}。これによって耐食性が向上し、特に鋭敏化を抑えることができる{{Sfnm|野原|2016|1p=143|大山・森田・吉武|1990|2p=55}}。加工硬化も同時に除去することができる{{Sfn|向井|1999|p=18}}。固溶化熱処理の温度は炭素と窒素の固溶温度に依存する{{Sfn|ステンレス協会（編）|1995|p=89}}。一般的に 1000℃ 以上まで昇温させる{{Sfn|橋本|2007|p=157}}。前述の鋭敏化が起きる温度範囲を急冷で通過させる必要がある{{Sfn|向井|1999|p=20}}。
[[応力除去焼なまし]]は高温に加熱することで加工や溶接による[[残留応力]]を除去するための熱処理で、オーステナイト系の場合は 800℃ 程度に加熱後急冷する{{Sfn|野原|2016|p=143}}<ref>{{Cite web |url=http://www-it.jwes.or.jp/index.jsp#page=p1 |title=オーステナイト系ステンレス鋼を溶接したあと，応力除去焼鈍は必ず行う必要がありますか。 |work=接合・溶接技術Q&A1000 |publisher=日本溶接協会 |accessdate=2019-04-22}}</ref>。残留応力は応力腐食割れの助長し、絞り加工時には置割れを起こす可能性があるため、それらの懸念があるときに行われる{{Sfnm|ステンレス協会（編）|1995|1p=90|野原|2016|2p=143|田中（編）|2010|3p=125}}。安定化処理は安定化オーステナイト系鋼種に対して行われる熱処理で、[[チタン]]や[[ニオブ]]の安定化元素の炭化物を確実に安定させるために行われる{{Sfnm|ステンレス協会（編）|1995|1p=89|野原|2016|2p=143}}。固溶化熱処理後に行い、850–930℃ に加熱して水冷する{{Sfnm|ステンレス協会（編）|1995|1p=89|野原|2016|2p=143}}。
===溶接===
[[File:Roostevabaterase keevisõmblus.jpg|thumb|200px|[[被覆アーク溶接]]した AISI 316L の溶接ビードの様子]]
オーステナイト系ステンレス鋼は、フェライト系やマルテンサイト系と比べると、[[溶接]]の難度は全般的に低い材料である{{Sfn|向井|1999|p=61}}。一般的な[[炭素鋼]]と同程度に、オーステナイト系の溶接は比較的容易といわれる<ref name="溶接学会"/>。オーステナイト系を溶接するときの問題点として、高温割れが起きやすいことが挙げられる{{Sfn|ステンレス協会（編）|1995|p=1028}}。高温割れは、金属凝固時に低融点化合物が粒界に析出することよって主に生じる<ref name="溶接学会">{{Cite book ja-jp |editor = 溶接学会 |year= 2010 |title = 新版 溶接・接合技術入門 |publisher = 産報出版 |edition=3版 |isbn = 978-4-88318-151-3 }}} pp. 122–127</ref>。溶接では溶接対象と同じ材料を使って溶接するのが原則だが、フェライトをいくらか含む溶接材料を使用すると高温割れが起きにくい{{Sfnm|向井|1999|1p=68|大山・森田・吉武|1990|2p=128}}。そのため、フェライト 5–10% 程度が含まれる溶接材料が[[被覆アーク溶接]]などで利用される{{Sfn|大山・森田・吉武|1990|p=128}}。標準鋼種である SUS304 が高温で数%のフェライト相が現れるような組成を持っているのも、高温割れ防止のためである{{Sfn|野原|2016|p=143}}。一方、溶接金属中のフェライトはσ相に変わりσ脆化の原因となるため、フェライト量は少ない方が望ましい{{Sfnm|ステンレス協会（編）|1995|1p=998|向井|1999|2p=68}}。
オーステナイト系は延性が高いため、拘束による溶接割れは起きにくい{{Sfn|向井|1999|pp=119, 121}}。また、予熱は鋭敏化を起こす可能性を高める{{Sfn|向井|1999|pp=119, 121}}。そのため、通常は予熱せずに溶接する{{Sfn|向井|1999|pp=119, 121}}。ただし、オーステナイト系は[[線膨張係数]]が高く、溶接変形は起きやすい<ref name="溶接学会"/>。また、オーステナイト系の熱伝導率が小さいことと線膨張係数が大きいことに起因して、溶接時には[[残留応力]]が発生しやすい{{Sfn|向井|1999|p=82}}。この溶接残留応力が原因となって、使用中に[[応力腐食割れ]]を起こす事例もある{{Sfn|向井|1999|p=82}}。
溶接熱影響部で鋭敏化が生じることもオーステナイト系を溶接する上での問題点である{{Sfn|ステンレス協会（編）|1995|p=998}}。これによって溶接熱影響部で粒界腐食が進むことがあり、'''ウェルドディケイ'''(weld decay) と呼ばれる<ref>{{Cite journal ja-jp |author = 才田 一幸 |year = 2010 |title = 溶接接合教室-基礎を学ぶ- 2－8 ステンレス鋼の溶接性 |journal = 溶接学会誌 |volume = 79 |issue = 6 |doi = 10.2207/jjws.79.582 |publisher = 溶接学会 |pages = 582–592}}</ref>。ウェルドディケイをできるだけ避けるためには、入熱量の小さい溶接法を選ぶ、溶接後に固溶化熱処理を施す、安定化オーステナイト系ステンレス鋼を製品材料に選ぶ、などの方法がある{{Sfn|向井|1999|pp=74–75}}。
==用途例==
オーステナイト系ステンレス鋼は、ステンレス鋼の中でも最も広く使われている鋼種であり、家庭用品、建築用、自動車部品、化学工業、食品工業、発電などで広く用いられてる<ref>{{Cite web |url = http://www.jssa.gr.jp/contents/about_stainless/key_properties/types/ |title = 種類 |publisher = ステンレス協会 |accessdate = 2018-03-03}}</ref>。年間生産量においても、ステンレス鋼中で最大の鋼種である{{Sfn|Lai Leuk et al.|2012|p=23}}。
[[File:18-8 stainless steel fork 1.jpg|thumb|200px|18-8オーステナイト系ステンレス鋼の[[フォーク]]]]
身近なステンレス鋼製品としては食卓用の[[カトラリー]]が挙げられる{{Sfn|ISSF|2012|pp=4–5}}。[[ナイフ]]の刃は硬度が必要なため[[マルテンサイト系ステンレス鋼]]で造られることが多いが、一部の製品はオーステナイト系でも造られている<ref name="bssa91"/>{{Sfn|ステンレス協会（編）|1995|p=1384}}。[[フォーク]]・[[スプーン]]は、マルテンサイト系もあるが、オーステナイト系の製品が一般的である{{
家庭用・業務用ともに、[[厨房]]器具でもステンレス鋼が多用されている。家庭用調理器具は高級志向もあってオーステナイト系が主流である{{Sfn|大山・森田・吉武|1990|p=167}}。[[流し台]]には防食のためにステンレス鋼使用が一般的で、廉価な製品にはフェライト系が使われることもあるが、オーステナイト系製も多い{{Sfn|ステンレス協会（編）|1995|pp=1383–1384}}。[[電磁調理器|IH用の調理器具]]にオーステナイト系を使用する場合は、IH用には磁性体材料が有利なため、[[普通鋼]]とオーステナイト系を接合させて[[クラッド鋼]]として使われる{{Sfn|田中（編）|2010|p=318}}。 快削ステンレス鋼が活用されているものとしては、細かい穴あけやねじ切りが必要な腕時計の部品で、モリブデンを加えて快削性と耐食性を両立した鋼種が使われている{{Sfn|大山・森田・吉武|1990|pp=165–166}}。また、電子部品用のガイドピンなどもオーステナイト系快削鋼を用いている例である{{Sfn|橋本|2007|p=262}}。
[[File:Series 209 Keihin-Tōhoku Line of JR East.jpg|thumb|200px|left|オーステナイト系ステンレス鋼 SUS301L を車体（[[構体 (鉄道車両)|構体]]）材料に使用した鉄道車両の例（[[JR東日本209系電車|JR東日本209系]]）<ref>{{cite book ja-jp |editor=松山 晋作 |title=鉄道の「鉄」学 ―車両と軌道を支える金属材料のお話 |publisher=オーム社 |year=2015 |edition=第1版 |isbn=978-4-274-21763-0 }} p. 34</ref>]]
車体（[[構体 (鉄道車両)|構体]]）の主材料にステンレス鋼を使った[[オールステンレス車両|ステンレス車両]]が、[[鉄道車両]]の現在の主流の一つである<ref name="近藤">{{Cite book|和書 |editor=近藤圭一郎 |title=鉄道車両技術入門 |edition=初版 |date=2013-07-20 |publisher=オーム社 |isbn=978-4-274-21383-0 |pages=28-33}}</ref>。ステンレス車両は、普通鋼製の車両と比べると[[塗装]]を省略することができ、保守の手間が少ない<ref name="近藤"/>。さらに、塗装と腐食代が省略できるため軽量化が可能となっている<ref name="近藤"/>。
鉄道車両の構体用ステンレス鋼種には、オーステナイト系ステンレス鋼や[[フェライト系ステンレス鋼]]が使われている<ref name="ISSF_Railcars"/>。オーステナイト系の場合は、加工硬化しやすく低炭素化で耐食性を高めた鋼種が主に使われている{{Sfn|橋本|2007|p=138}}。組み立て前に[[冷間加工]]で高強度化させて使用することで、構体を薄板化させて軽量化を行っている<ref name="ISSF_Railcars">{{Cite web |url=http://www.worldstainless.org/Files/issf/non-image-files/PDF/ISSF_Railcars_in_Stainless_Steel.pdf |title=Railcars in Stainless Steel |format=pdf |publisher=ISSF |accessdate=2018-03-04 | page=3}}</ref>。日本の鉄道車両では、準安定オーステナイト系ステンレス鋼の SUS301 に低炭素化と[[窒素]]添加などを行って特性を調整した SUS301L を主材料として使用している<ref>{{Cite journal ja-jp |author = 村田 康・大橋 誠一・植松 美博 |year = 1992 |title = 高強度ステンレス鋼の最近の進歩 |journal = 鉄と鋼 |volume = 78 |issue = 3 |doi = 10.2355/tetsutohagane1955.78.3_346 |publisher = 日本鉄鋼協会 |page = 349}}</ref>{{Sfn|ステンレス協会（編）|1995|pp=1275–1276}}。一方、高強度が要求されない内装用などではオーステナイト系標準鋼種の SUS304 が使われている<ref>{{Cite journal ja-jp |author = 森 久史・辻村 太郎 |year = 2010 |title = 車両用材料技術の変遷 |journal = RRR |volume = 67 |issue = 3 |url = http://bunken.rtri.or.jp/PDF/cdroms1/0004/2010/0004005211.pdf |publisher = 鉄道総合技術研究所 |page = 10}}</ref>。
[[レーヨン]]産業では、粒界腐食対策のために、極低炭素化オーステナイト系または安定化オーステナイト系が使われている{{Sfn|大山・森田・吉武|1990|p=158}}。[[硝酸]]工業では、扱われる硝酸の濃度によるが、304系、316系、低炭素化した304L系が耐用されている{{Sfn|ステンレス協会（編）|1995|pp=1181–1182}}<ref name="BSSA_31">{{Cite web |url=https://www.bssa.org.uk/topics.php?article=31 |title=Selection of stainless steels for handling nitric acid (HNO3) |publisher=British Stainless Steel Association |accessdate=2019-05-03}}</ref>。食品産業では、食品に直接触れて特に耐食性に注意するような箇所は304系または316系のオーステナイト系鋼種を使用している<ref name="bssa45">{{Cite web |url=https://www.bssa.org.uk/topics.php?article=45 |title=Selection of stainless steels for the food processing industries |publisher=British Stainless Steel Association |work=www.bssa.org.uk |accessdate=2019-05-03}}</ref>。[[ビール]]製造では、発酵・貯蔵タンクが304系を利用し、ビール樽もほとんどが304系である<ref>{{Cite web |date=2013-10 |url=https://www.nickelinstitute.org/media/2805/nickelmagoctengfb.pdf |title=NICKEL Vo. 28 No. 3 |website=https://www.nickelinstitute.org/ |publisher=Nickel Institute |accessdate=2019-05-03}}</ref>{{Sfn|ステンレス協会（編）|1995|pp=1232–1233}}。乳製品産業でも304系または316系の利用が主流である<ref>{{Cite book |author=International Stainless Steel Forum |url=http://www.worldstainless.org/Files/ISSF/non-image-files/PDF/ISSF_Stainless_Steel_in_the_Dairy_Industry.pdf |year= 2010 |title = Stainless Steel in the Dairy Industry |publisher=International Stainless Steel Forum |location = Brussels |series = Sustainable Stainless |page=6 |isbn=978-2-930069-64-7 }}</ref>。ただし、[[醤油]]などでは塩分濃度が濃いためステンレス鋼の使用は見送られていた{{Sfn|橋本|2007|pp=134–135}}。近年では、高耐食性のスーパーオーステナイトステンレス鋼を醤油製造タンクに用いる動きもある{{Sfn|橋本|2007|pp=134–135}}。
[[File:Len Lye Centre in November 2018 551.jpg|thumb|{{仮リンク|ゴベット・ブリュースター美術館|en|Govett-Brewster Art Gallery}}のレン・ライセンター。[[ファサード]]が316L鏡面仕上げ板材で造られている<ref>{{Cite web |url= http://www.worldstainless.org/Files/issf/non-image-files/PDF/ISSF_Stainless_Steel_in_Architectural_Applications.pdf |title= Stainless Steel in Architectural Applications |format=pdf |publisher=The International Stainless Steel Forum |date=2016-12-12 |accessdate=2019-05-01 |page=16}}</ref>。]]
[[建築]]分野では、[[ドアノブ]]、[[丁番]]、[[錠前]]といった[[建具]]部品で304系が使われている{{Sfnm|ステンレス協会（編）|1995|1pp=1407–1409|橋本|2007|2p=99}}。建具の金物で304系が主流なのは、車両や船舶でも同様である{{Sfn|大山・森田・吉武|1990|p=149}}。また、建物の外装にも見栄えの良さからカーテンウォールや外壁パネルでステンレス鋼を使用するビルは多い{{Sfn|田中（編）|2010|pp=321–323}}。304系が中心的に使われ、環境によっては316系も使われる{{Sfn|大山・森田・吉武|1990|pp=150–151}}。光輝を保ち現代的な材質感が得られることから、[[モニュメント]]や[[パブリックアート]]などの野外彫刻の素材としてもステンレス鋼は利用されている{{Sfnm|ステンレス協会（編）|1995|1p=1412|大山・森田・吉武|1990|2p=155}}。彫刻の材質には304系がよく使われ、環境によっては316系も使われる<ref>{{Cite web |url= https://www.johndesmond.com/blog/art-and-sculpture/stainless-steel-and-art/ |title= Stainless steel and art |author= Ian Desmond |publisher=John Desmond Limited |date=2014-05-08 |accessdate=2018-04-01}}</ref>。
[[原子力発電所]]では、耐食性と高温強度のためにオーステナイト系は主要構造材料である{{Sfn|田中（編）|2010|p=279}}。ただし、過去に304系を使用していたが、鋭敏化による応力腐食割れの事故が続いたことがあった<ref>{{Cite web |author=小林英男 |url=http://www.shippai.org/fkd/cf/CB0011014.html |title=浜岡原子力発電所1号機制御棒駆動機構ハウジング貫通部のスタブチューブ取付け溶接部の応力腐食割れ |work=失敗知識データベース |publisher=失敗学会 |accessdate=2019-05-03}}</ref>{{Sfn|ステンレス協会（編）|1995|p=1322}}。そのため現在では極低炭素化させた304L系や316L系、さらには原子力発電用に特別に開発された316L系などが使われている{{Sfn|ステンレス協会（編）|1995|p=1322}}。[[核融合]]実験炉や[[リニアモーターカー]]などで使われる[[超伝導電磁石]]を約 −270℃ の極低温で収容する容器などにもオーステナイト系が使われる{{Sfn|野原|2016|pp=303, 324}}。
==歴史==
===発明===
オーステナイト系ステンレス鋼の工業的な発明は、会社としてはドイツの[[クルップ|クルップ社]]によって、個人としてはクルップ社の研究所に所属していた{{仮リンク|ベンノ・シュトラウス|de|Benno Strauß}}と{{仮リンク|エドゥアルト・マウラー|de|Eduard Maurer}}によって成された{{
[[File:Benno Strauss.jpg|thumb|170px|[[エッセン]]にあるシュトラウスの銘板]]
[[File:Eduardmaurerplaque.jpg|thumb|170px|[[フライベルク]]にあるマウラーの銘板]]
出願から遡る1909年頃から、クルップ社のベンノ・シュトラウスとマウラーによって鉄・クロム・ニッケル系合金の研究が進められていた{{Sfn|大山
後の1920年代から30年代にかけて、誰がこれらの「錆びない鋼」の発明者と呼ぶにふさわしいについては、シュトラウスとマウラーの間で論戦が起こっている{{Sfn|鈴木|2000|pp=69–72}}。双方が自身が発明者にふさわしいと譲らず、学術誌・機関誌上で書簡による主張の応酬が続いた{{Sfn|鈴木|2000|pp=69–72}}。鈴木隆志は『ステンレス鋼発明史』にて、「ステンレス鋼はいずれにせよクルップ会社によって発明されたのは疑いないとして、個人よりも企業の功績に帰すべきである」という見解を紹介して、彼らの論戦についての説明を締め括っている{{Sfn|鈴木|2000|p=72}}。
===普及と発展===
クルップ社によって発明されたオーステナイト系ステンレス鋼V2Aは、当時[[フリッツ・ハーバー]]と[[カール・ボッシュ]]が開発した[[ハーバー・ボッシュ法]]によるアンモニア製造に採用された{{Sfn|鈴木|2000|pp=66–67}}。V2Aがアンモニア合成のための硝酸タンクの材料に使われた{{Sfn|鈴木|2000|p=67}}。ハーバーとボッシュの居た[[BASF|BASF社]]は1914年にクルップ社にV2Aを約20トン発注し、オーステナイト系ステンレス鋼の工業材料としての活用が始まった{{Sfn|大山
BASF社のV2A使用の中で腐食問題が起き、これを解決するためにV2Aの改良が行われた{{Sfn|遅沢|2011|p=682}}。1922年から1930年にかけて、[[銅]]または[[モリブデン]]添加による非酸化性酸への対策、含有炭素低減化による粒界腐食への対策などがクルップ社から特許が出された{{Sfn|遅沢|2011|p=682}}。オーステナイト系ステンレス鋼は、その後、クルップ社以外の様々な研究者によっても改良が行われて様々な鋼種が生まれていった{{
[[File:Chrysler Building 1a (6218243909).jpg|thumb|x220px|[[クライスラー・ビルディング]]の段型尖塔の外装には、大量のオーステナイト系ステンレス鋼板が使用された。]]
クルップ社も、1922年に自社のステンレス鋼を「NIROSTA（ニロスタ）」として商標登録した{{Sfn|鈴木|2000|p=66}}。18-8のニロスタ鋼は海を渡り、[[アメリカ合衆国]]（米国）の[[クライスラー・ビルディング]]建設に使われる{{Sfn|Cobb|2010|p=105}}。1924年、クルップ社のシュトラウスは[[米国材料試験協会]]のシンポジウムでクルップ社のオーステナイト系ステンレス鋼を紹介した{{Sfn|Cobb|2010|p=105}}。建設主であった[[ウォルター・クライスラー]]は、ビルの外観を金属で装飾することを望んでいた{{Sfn|Cobb|2010|p=104}}。この目的に適うようなニロスタ鋼を含むいくつかの耐食性金属材料が検討された結果、比較的高価であったものの、錆びづらく、汚れづらく、[[研磨]]による艶出ししやすいニロスタ鋼が採用されることとなった{{Sfn|Cobb|2010|p=105}}。
米国では、ニロスタ鋼に相当するステンレス鋼の生産実績は1927年までなかった{{Sfn|Cobb|2010|p=105}}。結局、クルップ社から[[ライセンス]]を受けた3社が、ニロスタ鋼の板材・棒材を提供することとなった{{Sfn|Cobb|2010|pp=106, 119}}。1930年、クライスラー・ビルディングは完成する{{Sfn|ステンレス協会（編）|1995|p=9}}。4500枚のニロスタ鋼の薄板材がビル最頂部の段型尖塔の外装に使われた{{Sfn|Cobb|2010|p=111}}。クライスラー・ビルディングは、大量の18-8オーステナイト系ステンレス鋼が外装に初めて使われた世界初の建築物となった{{Sfn|鈴木|2000|pp=116–117}}。1995年にクライスラー・ビルディングの検査が行われ、外装の状態も確認された{{Sfn|Cobb|2010|pp=119, 121}}。検査報告書では、風雨による洗浄も手伝い、沿海地域に建てられたにも関わらず、ニロスタ鋼は期待通りの性能を発揮し、良好な状態が保たれていたと報告された{{Sfn|Cobb|2010|p=121}}。
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=== 注釈 ===
{{Reflist|group="注"}}
=== 出典 ===
{{Reflist|2}}
==参
※文献内の複数個所に亘って参照したものを特に示す。
*{{Cite book ja-jp
|editor = ステンレス協会
61 ⟶ 208行目:
|edition=第3版
|isbn = 4-526-03618-8
|ref={{Sfnref|ステンレス協会（編）|1995}}
}}
*{{
|author = 野原 清彦
|year= 2016
73 ⟶ 220行目:
|ref={{Sfnref|野原|2016}}
}}
*{{
|author = 橋本 政哲
|year= 2007
91 ⟶ 238行目:
|edition=改訂版
|isbn = 978-4-542-30422-2
|ref={{Sfnref|田中（編）|2010}}
}}
*{{Cite book ja-jp
101 ⟶ 248行目:
|edition=第1版
|isbn = 4-542-90150-5
|ref={{Sfnref|大山
}}
*{{Cite book ja-jp
120 ⟶ 267行目:
|isbn = 4-900041-80-7
|ref={{Sfnref|鈴木|2000}}
}}
*{{Cite book ja-jp
139 ⟶ 276行目:
|edition=初版
|isbn=4-8163-4040-8
|ref={{Sfnref|徳田
}}
* {{Cite book ja-jp
149 ⟶ 286行目:
|isbn=4-901496-14-X
|ref={{Sfnref|金属用語辞典編集委員会|2004}}
}}
*{{Cite book ja-jp
|author=牧 正志
|title=鉄鋼の組織制御 : その原理と方法
|publisher=内田老鶴圃
|year=2015
|edition=第1版
|isbn=978-4-7536-5136-8
|ref={{Sfnref|牧|2015}}
}}
* {{Cite book ja-jp
|author=谷野 満・鈴木 茂
|title=鉄鋼材料の科学 : 鉄に凝縮されたテクノロジー
|series=材料学シリーズ
|publisher=内田老鶴圃
|year=2013
|edition=第3版
|isbn=978-4-7536-5615-8
|ref={{Sfnref|谷野・鈴木|2013}}
}}
*{{Cite book ja-jp
|author=杉本 克久
|title=金属腐食工学
|series=材料学シリーズ
|publisher=内田老鶴圃
|year=2009
|edition=第1版
|isbn=978-4-7536-5635-6
|ref={{Sfnref|杉本|2009}}
}}
* {{Cite book
178 ⟶ 344行目:
|pages = 680–686
|ref={{Sfnref|遅沢|2011}}
}}
*{{Cite web
|author=遅沢 浩一郎
|url= http://www.k0906n.sakura.ne.jp/news_code_PDF/48002.pdf
|title=腐食センターニュース No. 048 ステンレス鋼の特性と使用上の要点
|publisher=腐食センター
|website = www.k0906n.sakura.ne.jp/
|date=2009-01
|accessdate=2019-03-30
|ref={{Sfnref|遅沢|2009}}
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}}
*{{Cite web
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|format = pdf
|year= 2012
|
|publisher = International Stainless Steel Forum
|pages = 1–6
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[[Category:ステンレス鋼]]
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