合金鋼は水で錆びますか?
どの合金かによって異なります。合金という言葉は単に 2 つ以上の元素から作られた金属を意味するため、炭素鋼、低合金鋼、ステンレス鋼、銅合金が同様に含まれますが、水中での挙動は大きく異なります。溶接パイプに使用される Q235B または A106 グレード B などの炭素鋼および低合金鋼は、ほとんどが鉄であり、鉄が溶存酸素と反応して水和酸化鉄を形成するため、水中で錆びます。ステンレス鋼には少なくとも約 10.5% のクロムが含まれており、薄い不動態酸化クロム皮膜を形成します。この皮膜が無傷である限り錆びにくくなります。決定要因は、ラベルにある合金という言葉ではなく、鋼鉄の合金含有量と水の攻撃性です。
なぜ一部の合金は耐水性があり、他の合金は耐水性がないのか
水中での腐食は電気化学的プロセスです。鋼の表面は陽極サイトで鉄イオンを放出し、陰極サイトでは酸素が電子を消費し、その結果生じる酸化物が錆になります。どちらかの反応を遅らせるものはすべて、腐食を遅らせます。
クロム: 固溶体中で約 10.5 % を超えると不動態皮膜を形成し、腐食速度が急激に低下します。これがあらゆるステンレス鋼の基本です。
モリブデン: 塩化物を含む水中での耐孔食性が向上します。これが、316L が塩素化水または汽水中で 304 よりも優れた性能を発揮する理由です。
ニッケル: オーステナイト組織を安定させ、靭性と一般的な耐食性を向上させます。
亜鉛またはアルミニウムのコーティング: バリアおよび犠牲陽極として機能するため、コーティングに傷がついた場合でも鋼材は保護されます。
カーボン: 強度と硬度は向上しますが、腐食に対する利点はなく、カーボンが多くなると溶接性と靭性が低下します。
水道における管材
| 材料 | 代表的な規格 | 水中での挙動 |
|---|---|---|
| Q235B、A106 グレード B、A53 などの炭素鋼 | GB/T 3091、ASTM A106、ASTM A53 | 水中では錆びます。亜鉛メッキ、コーティング、または陰極防食が必要です |
| 16Mo3 や 13CrMo4-5 などの低合金鋼 | EN 10216-2 | 炭素鋼と同等の耐食性。合金化は高温強度を目的としたものであり、水を目的としたものではありません |
| 亜鉛メッキ炭素鋼 | GB/T 13912、ASTM A153 | 長年にわたり優れた保護効果を発揮しますが、亜鉛は時間の経過とともに消費され、軟水または酸性水ではより早く消費されます。 |
| オーステナイト系ステンレス304、316系 | ASTM A312、EN 10216-5 グレード 1.4301 および 1.4404 | 淡水でも耐性があります。塩化物による孔食のリスクがあるため、塩素または汽水ではモリブデン含有タイプが推奨されます。 |
| 二相ステンレス | ASTM A790 | 腐食性水中での塩化物孔食および応力腐食割れに対する高い耐性 |
| 銅合金 | ASTM B88、ASTM B111 | 淡水には耐性がありますが、特定の水域では孔食が発生する可能性があり、コストが高くなります |
水の化学、温度、流れ
同じ鋼材でも、ある水域では数十年使用できますが、別の水域では数か月で壊れてしまうこともあります。塩化物含有量はステンレス鋼の孔食を引き起こします。溶存酸素は炭素鋼の腐食を引き起こすため、脱気水は曝気水よりもはるかに攻撃性が低くなります。温度はほとんどの反応速度を上昇させ、酸素の溶解度を低下させます。そのため、温水回路は冷水回路よりも攻撃的な場合が多いのです。低い pH と溶存二酸化炭素は亜鉛メッキ皮膜を攻撃し、亜鉛を消耗します。停滞した状態では隙間腐食が促進され、堆積物の下での攻撃が発生します。一方、高い流速は、特に銅合金やコーティングされたパイプでエロージョンコロージョンを引き起こします。非常に低い速度でも、堆積物が壁に隙間を形成する可能性があるため、同様に有害です。
選択と保護のガイダンス
通常の都市冷水および温水には、亜鉛メッキまたはコーティングされた炭素鋼、銅、または承認されたプラスチック システムが使用され、地域の水質および配管規則に従って選択されます。
工業用冷却水および消火用水の本管では、通常、接合部が保護されたコーティングされた炭素鋼パイプが経済的なソリューションです。
非常に軟らかい純水は炭素鋼に対して驚くほど攻撃的である可能性があるため、脱塩水や高純度水の場合はステンレスまたは二相ステンレスが推奨されます。
濡れた状態で塗装されていないシステムの場合は、合金という言葉ではなく、塩化物含有量、温度、酸素レベルに基づいて材料を選択してください。
切断端、ねじ山、溶接部は腐食が始まる場所であるため、常に保護してください。
よくある質問
Q: 合金鋼は水で錆びますか?
はい。 16Mo3 や 13CrMo4-5 などの低合金鋼は、耐水性のためではなく、高温強度のために合金化されており、炭素鋼と同様に水中で錆びます。水中で錆びにくいのは、ステンレス鋼などの十分なクロムを含む合金だけです。
Q: ステンレスはなぜ水に錆びないのですか?
ステンレス鋼には少なくとも約 10.5% のクロムが含まれており、表面に不動態の酸化クロム皮膜を形成します。フィルムは傷が付くと再形成されるため、塩化物や表面汚染によってフィルムが破壊されない限り、スチールは輝きを保ちます。
Q: 水中ではステンレス鋼パイプが常に最良の選択ですか?
いいえ、オーステナイト系グレードは塩素水または汽水では孔食が発生する可能性があり、攻撃的な条件では二相以上の合金ステンレスが必要です。多くの場合、処理水ではコーティングされた炭素鋼がより経済的な選択肢となります。
Q: 亜鉛メッキパイプは水中で錆びますか?
はい、でももっとゆっくりと。亜鉛コーティングは鋼を保護するために自らを犠牲にし、徐々に消耗します。軟水、酸性水、または高塩化物水では消耗が早くなり、コーティングが剥がれるとパイプが錆び始めます。
Q: 飲料水パイプに最適な金属はどれですか?
選択は地域の水質と配管規格によって異なり、一般的なソリューションには亜鉛メッキ鋼、ステンレス鋼、銅、および承認済みのプラスチックが含まれます。重要なのは、その材料が飲料用に認可されていること、そして接合部や切り口が保護されていることです。
Q: 炭素が増えると鋼の耐食性が高まりますか?
いいえ、カーボンは強度と硬度を高めますが、腐食から保護することはできません。鋼の耐食性は、クロムやその他の合金元素、または亜鉛などのコーティングによってもたらされます。
