SUS316,SUS316Lとは【比重・硬度・成分など】使い方と注意事項

SUS316は、SUS304にモリブデンを加えたもので耐食性の優れたオーステナイト系ステンレス鋼です。また、SUS316Lは炭素を減らすことで更に耐食性を向上させた材質です。

両材質とも高機能な工業品に多用されています。

ここでは、SUS316の特徴や詳細な性質についてまとめました。

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SUS316とは?

まずは、SUS316の用途や特徴、機械部品に使用する上での注意点などについてご説明します。

SUS316の用途

SUS316は、SUS304では耐食性が不足する用途に使用されます。

特に海水には強く、塩素を含む液体や腐食性流体の配管やバルブなどに使用されます。船舶や融雪剤が問題となる用途などにも適しています。

SUS316

SUS316の強度

引張強さは、SUS316で、520MPa以上(※1)となっています。

SUS316Lでは、炭素量が少ないため若干下がり、480MPa以上となっています。

両者とも耐力は低いので注意が必要です。(下記、機械的性質参照

オーステナイト系ステンレス鋼は、加工硬化によって強度が大幅に上がりますが、その反面、鍛造加工性はよくありません。

その中でもSUS316Lは、加工硬化しにくい鍛造のボルトなどにも使用されています。

※1:JIS G4303 ステンレス鋼棒

SUS316の耐熱性

SUS316の使用温度限界は明確に決まっているわけではありません。

SUS316はMoが添加されているので、SUS304よりも高温強度が高くなっています。

温度とともに強度や、耐クリープ性が低下しますので、使用する部品の負荷の設計時に考慮する必要があります。

許容応力については、その部品への要求事項によって考慮すべきですが、圧力容器については、「JIS B8265 圧力容器の構造ー一般事項」に許容値の記載があります。

SUS316は、450℃~850℃の温度で長時間加熱されると鋭敏化(※)を起こし耐食性が悪化しますので、腐食性環境の場合はこの温度範囲で使用してはいけません。

したがって、SUS316機械部品としてほとんど心配なく使える範囲としては、おおよそ450℃程度と考えると良いかと思います。

SUS316Lの場合は、炭素が少ないのでクロム炭化物によるクロム欠乏が起こりにくく、鋭敏化が問題になることはほとんど無くなります。

金属ベローズ管(フレキシブルチューブ)では、SUS316Lのものは使用温度600℃以下と規定されていることが多いです。(SUS304は450℃以下)

600℃以上でも使えないことはありませんが、クリープ強度が急激に低下しますので、使用中の変形を考慮に入れる必要があります。

低温については、低温脆性の心配もないので、極低温(液体窒素:-196℃)でも使用可能です。(下記、磁性の項参照)

※鋭敏化:クロム炭化物が析出することによって母材のクロムが欠乏(13%以下)し、粒界腐食や粒界型の応力腐食割れを起こしやすくなる現象

SUS316の熱伝導性

鉄鋼材の熱伝導率が50W/m・K前後、アルミニウム合金が120~200W/m・K程度であるのに対し、SUS316の熱伝導率は、16.3W/(m・K)と低くなっています

切削加工では、刃先の温度が上がりやすいので、加工速度が上げられなかったり、ツールの持ちが悪くなったりします。SUS316はMoの影響でさらに被削性が悪くなります。

SUS316の耐食性

SUS316に添加されているMoは、不動態皮膜を修復する力を高めるので、SUS304より耐食性に優れます。

不動態皮膜が破壊されると、その部分に局部電池が形成され、局部的に腐食が進行する、孔食が起こります。孔食は、外部から発見しにくいので突然破壊が起こる危険が高いため、塩素の存在する環境では、SUS304より、SUS316を選択すべきです。

SUS316では、粒界応力腐食割れの心配がありますが、炭素を減らすことでこのリスクを減らしたのが、SUS316Lです。

粒界応力腐食割れは、溶接した場合にも起こりますので、溶接する場合は特にSUS316Lの方を選択したほうが良いです。応力腐食割れについては、こちらもご欄ください。

SUS316の表面処理

SUS316は、通常は表面処理無しで使用しますが、不動態皮膜を緻密にして耐食性を高めたい場合は、パシベート処理(不動態化処理)を行います。

パシベート処理は、硝酸などで、表面に付着した異物などを除去し平滑にする働きもあるため、より腐食に強くすることができます。

SUS316の価格

SUS316は、Moなどの元素が入っているためSUS304よりも高価になります。

成分の違いよりも、SUS304に比べてSUS316の流通量はかなり少ないことの方が価格に影響しているようです。SUS304よりも3~5割程度高価に設定されていることが多いようです。

加工品になるとSUS316の方が高級品扱いされていることもあり、更に価格差が開くものが多くなります。

SUS316LはSUS316の1割程度高価になります。厳密に区別されていないことも多く、SUS316で注文してもSUS316L材であることもあります。(逆は無し)

取引量や取引形態による違いの方が影響大なので、上記はあくまで参考です。

他の材料との使い分け

SUS316、SUS316Lで問題がある場合は下記の材質が候補となります。

耐熱性を高めたい

SUS316より耐熱性の高い材質としては、下記があります。

SUS321

チタンの添加によって安定化され、鋭敏化を防ぎ、粒界腐食が起こりにくい材質です。

SUS310S

耐熱ステンレス鋼と呼ばれる材質で、クロムとニッケルの含有が多くなっています。ジェットエンジンやガスタービンなどに使用されます。

ニッケル合金

更に耐熱性、耐食性を高めたい場合は、ハステロイ、インコネル、インコロイ、モネルなどの商標名を持つニッケル合金があります。

やはりコスト重視という場合はこちらもご覧ください。

SUS316の機械的性質

JIS G4303 ステンレス鋼棒」によるSUS316及びSUS316Lの機械的性質を下記に示します。

【SUS316の機械的性質】

機械的性質SUS316SUS316L
引張強さ[MPa]520以上480以上
0.2%耐力[MPa]205以上175以上
伸び[%]40以上40以上
絞り[%]60以上60以上
ブリネル硬さ[HBW]187以下187以下
ブリネル硬さ[HRBS又はHRBW]90以下90以下
ビッカース硬さ[HV]200以下200以下

注:硬さは上記のいずれか1種類を適用します。

SUS316の物理的性質

SUS316の物理的性質は下表のとおりです。

【SUS316の物理的性質】

物理的性質条件物性値
密度[g/cm3]7.98
比重7.98
比熱[J/(g・K)]0~100℃0.502
熱伝導度[W/(m・K)]20~100℃16.3
縦弾性係数(ヤング率)[GPa]193
横弾性係数[GPa]73.7
ポアソン比0.28
線膨張係数[10-6/K]0~100℃16.1

SUS316の成分

「JIS G4303 ステンレス鋼棒」では成分は下記のとおり規定されています。

【SUS316の化学成分[%]】

元素SUS316SUS316L
C0.08以下0.03以下
Si1.00以下1.00以下
Mn2.00以下2.00以下
P0.045以下0.045以下
S0.030以下0.030以下
Ni10.00 ~ 14.0012.00 ~ 15.00
Cr16.00 ~ 18.0016.00 ~ 18.00
Mo2.00~3.002.00~3.00

SUS304との比較

SUS304との成分の違いは下記のとおりです。

Mo:不動態皮膜を修復し、孔食を防ぐ。

極低C:鋭敏化が起こりにくくし、粒界応力腐食割れを防止する。

成分SUS304SUS316SUS316L
C0.08以下0.08以下0.03以下
Ni8.00~10.5010.00~14.0012.00~15.00
Cr18.00~20.0016.00~18.0016.00~18.00
Mo2.00~3.002.00~3.00

SUS316まとめ

SUS316は、孔食などの耐食性がSUS304より優れ、SUS316Lは更に粒界応力腐食割れにも強いので、SUS304では問題となる用途に向いています。

価格は高いので流体や使用環境に応じて選定しましょう。

この記事を書いた人
DD

機械設計の仕事をしているエンジニアのDDと申します。
技術士(機械)の資格をもっています。
このブログでは、機械技術から日常の中の科学まで、私が興味を持ったことをできるだけ解りやすく紹介しています!

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