ステンレス加工入門

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ステンレス加工入門

ステンレスとは

耐食性が高く、安価で調達可能な優れもの。

ステンレスの歴史

ステンレスの歴史

ステンレスが登場するまでは、建材として使用される金属は、鉄・真鍮・錫・銅などが中心でした。
しかし、これらの金属はさびてしまうという欠点があり、長期間の耐久性を必要とする部分にはなかなか使えませんでした。(金属のさびやすさのことを耐食性といいます。耐食性が高い=さびにくいという意味です。)

そこで、さびずに安価で調達できる金属が望まれるようになりました。
1820年代にイギリスの科学者であるファラデー(写真)が、鉄に数パーセントのクロム元素を添加することにより、鉄の耐食性が向上するということを発見しました。
ここを出発点に、さらに数十年の研究を重ね、ステンレスが誕生したのです。

ちなみに我が国で最初にステンレスが作られたのは大正9年(1920年)で、軍艦のタービン翼材として使われたそうです。

ステンレスとは

ステンレスとは

ステンレスは鉄にクロムやニッケルを一定の割合で混ぜた合金鋼です。
クロムやニッケルを混ぜる割合で、その性質が異なってきます。例えば13%の割合でクロムを混ぜたステンレスを13クロム系、18%のクロムと8%のニッケルを混ぜたステンレスを18-8系と様々なバリエーションのステンレスが作られています。
また、クロムとニッケル以外に、モリブデンや銅、チタンなどを添加したステンレスも存在します。
一口にステンレスと言っても、様々な種類があるのです。用途により最適なステンレスを選択することが重要になってきます。

ステンレスの特徴

ステンレスの最大の特徴はさびにくい=耐食性に優れているという点です。
なぜステンレスが耐食性に優れているのかというと、ステンレスに含まれるクロムに秘密があります。
クロムは空気中の酸素と結合しやすい特徴があります。表面上にあるクロムは酸素と反応して、強固な酸化被膜(このことを不動態化被膜といいます)を形成します。この被膜が酸化作用を防ぎ、様々な腐食の原因になるものから地金を保護しているのです。
分かりやすく言いますと、鉄の成分がさびる前に、クロムが酸化し、その膜が鉄成分をさびから守るということです。

ちなみにステンレスはさびないという認識をされている方が多いですが、配合するものによっては比較的さびやすいステンレスもあります。また、耐食性に優れた種類のステンレスでも全くさびないというわけではありません。
特に塩害が懸念される場所に設置する場合は、モリブデンを添加したステンレスを使用することが望ましいとされています。

ステンレスに磁石はくっつくか?

これはステンレスの種類によります。
下記の表のように18-8系ステンレスは磁性がなく磁石はくっつくませんが、18クロム系や13クロム系は磁性を有しており、磁石をくっつけることができます。

分類

18-8系ステンレス
(クロム18%・ニッケル8%)

18クロム系ステンレス
(クロム18%)

13クロム系ステンレス
(クロム13%)

鋼種

SUS304・SUS316

SUS430

SUS304・SUS316

耐食性

優れた特性

屋内利用向き。
屋外では腐食の懸念あり

劣る

磁性

なし

あり

あり

耐低温性

-200℃でも問題なし

-10℃以下ではもろい

-15℃以下ではもろい

ステンレスの用途

ステンレスは耐食性に優れているという特徴から、様々な用途に使用されています。
建材では、サッシや手すり、屋根、雨どい、門扉、自動ドアの枠、エスカレーター等々、いまやステンレスを使っていない建造物は無いと言っても過言ではないほど、皆様の身近なところで使われています。
その他、食品業界では、食品にサビが混入することを防ぐために、製造ラインをステンレス化しているところが多くあります。また、タンクローリーのタンクなどもステンレスを使っているケースが多いです。

ただ、ステンレスは鉄が主成分なので、比重は鉄と大きく変わりません。
よって軽量化が必要な分野などには、アルミニウムやチタンなどが使われ、ステンレスはあまり用いられません。

ステンレスの加工

ステンレス加工の優劣はステンレスの特性への深い理解と、長年のノウハウによって決まります。

ステンレス加工の種類

ステンレス加工の種類

ステンレスの加工に用いられる工作機械はステンレス用の特殊なものではなく、鉄などを加工する際に用いられる機会と基本的に同じものを使用します。
しかし、機械は同じでも、ステンレスの特性を熟知していないとうまく加工できないのです。ステンレス加工の優劣は、ステンレスに関する深い理解と、長年のノウハウによって決まってくるのです。 ステンレスの加工には、以下のようなものがあります。

加工法

手法や使用する機械

切断

刃物を使用した切断(シャーリング)
レーザーなどの熱を利用した溶断
穴あけ加工
切込み加工

切削

フライス盤加工
旋盤加工
ドリル盤加工
マシニングセンタ(1台で上記加工が全てできる自動機械)での加工

曲げ・成型

ベンダーやプレスブレーキを用いた曲げ加工(U字曲げ・V曲げ等)
ロール加工
プレス加工(金型を作り、圧力をかけて金型通りの形に成形する)

溶接

ティグ溶接
スポット溶接
シーム溶接
被覆アーク溶接

接合

接着剤による接合
リベット接合
はぜ接合
ねじ止め

材料による特性の違い

これまで見てみたように、一口にステンレスといっても、添加する物質の種類やその配合により様々な種類があります。加工する時には、各々の特性を理解した上で加工しなければなりません。
例えばSUS304と呼ばれる鋼種は加工性に優れていますが、SUS430の場合は引っ張りに対する強さが低く、伸び性が少ないため、加工は難しいとされています。
溶接に関しても、鋼種でやりやすさや留意すべき点に違いがでてきます。
ステンレスは鋼種により特性が異なる金属です。
このことをしっかり理解することが、製品の品質に直結してくるのです。

ステンレスのメンテナンス

日頃から定期的な清掃を心掛け、いつまでも美しいステンレスの質感を。

ステンレスのサビについて

ステンレスは耐食性に優れた、つまりさびにくい金属ですが、絶対にさびないということはありません。使用条件や使用環境によってはさびることもあり得ます
先述したとおり、ステンレスが耐食性に優れているのは、添加したクロムが不動態化被膜を形成し、その被膜が表面を保護する役目をしているからです。ということは、この被膜が何らかの原因で傷ついてしまうと、そこからサビがでてくるということが考えられるのです。
不動態化被膜が傷つく原因としては、大気中に存在する鉄粉や排気ガスなどに含まれる亜硫酸ガスなどの有毒ガス成分、海沿いの地域では風に乗ってくる塩分などが挙げられます。温泉がわき出る地域では、温泉から発生するガスが腐食要因になることもあります。
これらの腐食要因がステンレスの表面に付着し、さらに長時間放置すると、ステンレス表面の被膜を傷つけてしまいます。さらにその状態で放置しておくと、被膜が再生することも難しくなります。こういう条件がそろうと、ステンレスはさびてしまうのです。
しかし、ステンレスのサビはあくまでも表面的なものであり、内部まで腐食するものではありません。
よって、強度などに影響を及ぼすことは考えにくいのです。

ステンレスのメンテナンス

サビによる強度低下の心配はしなくてもよいですが、美観は損なわれてしまいます。建材としてのステンレスは人目につく場所に使用されることが多いですので、特に腐食要因が多い場所、条件で使用する場合は、こまめなメンテナンスを実施することが望ましいです。
軽微なサビであれば、中性洗剤をスポンジ等に含ませて拭き取るだけで、容易にサビは除去できます。
もしサビがひどい状態になってしまった場合は、ステンレス用の清掃薬液などを使い、サビを除去する必要があります。それでも除去できない場合は、多少の傷は覚悟で、サンドペーパーなどを用い、さびている部分を削り取らなければなりません。
サビが進行する前にメンテナンスを行った方が、簡単ですし、ステンレス自体を痛めずに済みます。日頃から定期的な清掃を心掛け、いつまでも美しいステンレスの質感を維持していただければと思います。

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