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。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。オーステナイト系はニッケルなどの高価な元素を多く含んでおり、さらに非磁性を利用して他の鉄スクラップと分別しやすいため、スクラップとしての回収率も高く、リサイクルが進んでいる。
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。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ものの、一部の製品はオーステナイト系でも造られている。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。これらのカトラリー製品には何の種類のステンレス鋼種が使われているか記されていることが一般的で、"18-8"あるいは"18/8"、"18-10"あるいは"18/10"といった記号がオーステナイト系製であることを示している。
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。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。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。
がある。ここで、Ms はMs点(°C)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 °C、18Cr-8Ni の SUS304 で約−50 °C、25Cr-20Ni の SUS310S で約−150 °C 以下である。
加工誘起マルテンサイト変態や低温での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。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。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。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。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。それぞれの組成例を以下の表に示す。
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。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。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。しかし、駆動力が実際に変態を起こすのに充分ではないため、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。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。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。
しかし、組織中の準安定オーステナイトに塑性変形に加わると、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。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。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。
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。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充分な伸びを保ち、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。SUS301調質圧延1/2材の場合で、0.2%耐力が約 760 MPa、引張り強さが約 1030 MPa、伸びが約 24%、硬さが約 320 HV である。
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。炭素と異なり、窒素添加には耐粒界腐食性への悪影響がないという利点がある。また、窒素はオーステナイト生成元素であるため、高価なニッケルを代替することもできる。
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。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。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。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 °C である。
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。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。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。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。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。
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。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。1930年、クライスラー・ビルディングは完成する。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。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。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。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拘らず、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。