オーステナイト系ステンレス鋼
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。固溶化・冷延薄板の SUS 304 の場合で、0.2%耐力が約 250 MPa に対して、引張り強さが約 630 MPa である。硬さは約 160 HV である。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。
延性の程度を示す伸びは、同じく固溶化・冷延薄板の SUS 304 の場合で 約 60% である。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。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。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。
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。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。
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。これは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。
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。
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。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。
よく使われてる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。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。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。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。
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。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。これによって、オーステナイト系の高温強度が高い。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。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。
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。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。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。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。低炭素鋼の場合では −269 °C で伸び|は 0% となるが、304系では伸び約 30% を維持する。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。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。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。