ステンレス鋼の脱炭について

１１月１８日付けの貴信に対する返信です。

前回で「表面を酸化状態」と申しましたが、もう少し補足説明を差し上げます。ただし計画の全容は分っていないので単純に脱炭を効率的に行わせることを主題とし、製品に要求される様々な物理的な制約は顧慮いたしません。適宜取捨選択ください。
JIS規格に基づけばSUS316の許容C量＞0.08％ですから、このレベルからもっと脱炭をさせる難しさは、私にも経験が有りますので、至難の技であることは理解いたします。先にも申しましたように、水素と反応させて脱炭する場合は、反応論的に処理温度が低いことが望まれ、５４０℃を超えるとドライ水素では反応生成物が熱的に不安定になるために、所期の反応は抑制されて、御経験のように極めて長い処理時間を要する結果となります。脱炭反応を効率的に遂行させるためには、
酸素と反応させてCO（CO2ではない）として除去する以外に方法は有りません。
系内への酸素の供給方法ですが、水素をウェットガスとして供給します。露点が高いほど脱炭反応は早く進行します。水素がAXの形で無く純水素で
あるとの前提に立ちますが、露点は＋５５℃程度
に調整すべきでしょう。処理温度は10001050℃
で、当然高いほど反応速度が促進されます。
この処理条件ですと合金元素の内、NiとFeは全く酸化されませんが、Crのみが選択的に酸化されて、目視でも表面は薄い赤味を帯びた酸化色を
呈するでしょう。どの程度までの脱炭が要求されるか不明ですから精度良い予想はできませんが、長く見ても数時間で所期の脱炭は達成できると
思います。熱処理設備はバッチ式でしょうから、引き続いて同じ処理温度に保持したまま、供給
雰囲気をドライ水素に切り替えて、表面に生成された、おそらくは数ミクロン厚さの、酸化皮膜を還元します。この所要還元時間の方が脱炭時間よりも遥かに長くなるでしょう。
SUS316の常温におけるCの平衡量は0.01％前後でしょうから、結晶粒の粗大化（軟らかさを増す）
が許容されるならば、脱炭されているために、
高い処理温度からの冷却時にも溶体化を考慮する必要は無いかもしれません。
処理イメージを述べると以上ですが、酸化させる
と申してもマトリックス内へ大量の酸素を拡散させようとする訳では無く、材料強度に影響を来たすことは全く予想されません。
事情を熟知しないままに一方的に説を披瀝してしまいましたが、御参考になれば幸いです。

現在使用されている水素ガスは、管壁の酸化変色を避けるために、乾燥度の高いガスではないかと推測します。とすると脱炭のメカニズムは水素と
カーボンがCH4等の炭化水素系化合物を生成することに因ると考えられ、この推定に立って意見を述べます。
例に挙げたCH4 は温度上昇に伴って化学的安定性が低下し、約５４０℃からは実際的な反応速度で
自崩壊（熱分解）が始まります。つまり運転条件は所期の反応を促進すると言うよりも、逆に阻害する環境を構成しています。これが所用処理時間が極めて長くなる原因です。反応論的に見て是を回避するためには、処理運転温度が低いほど望ましい訳ですが、一方で拡散エネルギレベルが低すぎて、目的のカーボンがマトリックス内で動かなくなってしまうといった、相互に矛盾する要因を孕んでいます。
もしや製品は原子力関係の設備に採用されるような高級材ではないかと推測され、そのために幾多の縛りが窮屈で改善提案の余地は無いのかも知れないと思いながらの提案です。
○一般に耐食性を保持するため、ステンレス鋼の　炭素量は低いレベルに調整されていますが、
　処理前後のカーボン量、および材料番号を提示　できますか？
○カーボンは３０００℃で運転される真空炉の
　ヒータに用いられる程、蒸発しない元素です。
　故に実効的に脱炭させるためには、高温下で
　酸素と反応させる以外に方法は有りません。
　一端、表面を酸化状態にして、然る後に再還元
　をすることが、材料に要求される条件から見て
　許されますか？

お礼

2004/11/18 09:49

御回答ありがとうございました。
今後の実験に貴重なアドバイスとなりました。
御質問について回答致します。

１．使用しているステンレス鋼はＳＵＳ３１６Ｌ　　です。
２・酸化処理後、再還元することは可能かどうか
　　判断がつきません。
　　酸化還元を繰り返すと、ステンレス鋼の
　　剛性に問題が生じるとの話を聞きました。

　　脱炭後のステンレス鋼使用条件は、0.40.7
　　MPa程度の圧力でガスを流通させます。

　　剛性面から見て問題は起きないのでしょう　　　か？



　

質問者