構造用ステンレス鋼設計基準の策定

ステンレス鋼を使ったカーテンウォール

『風の木』芸術作品の再生

ニッケルと建築縁の下の力持ちとして

2020年 第35号 第1巻

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ニッケルとその用途に関する専門誌

2 | 2020年 第35号 第1巻2 | 2020年 第35号 第1巻

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ケーススタディ18交通銀行、蘇州

カーテンウォール（幕壁、帳壁。建築構造上取り外し可能な壁で、建物の荷重を直接負担しない非耐力壁）はビルの外部に安定性を、内部には上品さをもたらします。中国の交通銀行 蘇州支店のビルはステンレス鋼が持つ他にはない特性を存分に生かしており、銀行に求められる厳格さ、安定、信頼といったイメージを示す美しい外観と共に、コストやメンテナンスの面でも長期に渡る価値を提供しています。

この交通銀行ビルプロジェクトにおいてカーテンウォールのデザイナーならびにエンジニアである Suzhou Gold Mantis Curtain Wall 社の Zhang Jun 氏と Xiong Duokui 氏は、1930 年に米国で建設されたクライスラービル、ドバイのブルジュ・ハリファタワー、中国の平安国際金融中心などを手本にしています。これらのビルはすべて、摩損することもなく取り換えも不要という大きな効果がある 316L 系 (UNS S31603) のニッケル含有ステンレス鋼を使用しています。

この 25 階建のビルで広範囲に使われている 316L 系 ステンレス鋼の設計寿命は 100 年を超えます。ステンレス鋼のカーテンウォールは高さ 106 ｍ 以上に達しますが、厚さ 2.0 mm、直径 150 mm の鏡面仕上げステンレス鋼製の装飾チューブがこのタワーのファサード（建物正面部分）のユニット全

体に使われています。根太用の被覆加工板は刷毛で塗ったような模様の厚さ 2.0 mm のステンレス鋼で作られており、オーニング（窓や入口の日除け・雨除け）システムはステンレス鋼のケーブルで吊り下げられています。オーニングの一番目と二番目の梁は 1.5 mm 厚のステンレス鋼板で被覆され、底部は 30 mm × 50 mm のステンレス鋼矩形管で装飾されています。さらに、ルーフバルコニーに使われている柱は厚さ 1.5 mm の鏡面仕上げのステンレス鋼で覆われており、高さは 3.3 m あります。

伝統的な蘇州庭園から着想を得て、ビル全体のレイアウトには「蘇州庭園門」のコンセプトが盛り込まれています。 最終的には知的かつ印象的な外観のオフィスビルとして、蘇州工業団地の重要なランドマークになっています。

このプロジェクトのデザイナーは、ビルのカーテンウォールに使うあらゆる材料の中でステンレス鋼が最も耐用年数が長く、最も価値が高く、そして耐用年数後のリサイクル率が最も良い装飾用材料であると確信しています

輸送 23%

2020年 第35号 第1巻 | 3

美しいステンレス鋼のファサード（建物の正面部分のデザイン）が世界中にある最も象徴的な高層ビルの魅力を高めるようになってから、90 年以上の時が経ちます。けれども、その外側のエレガントさの裏には効率、外観、持続性を高める重要な技術と強みが隠されています。

ビルそのもの、そしてその建設によって世界中のエネルギーの 36 % が消費され、世界中のおよそ 40 % の温室効果ガスが排出されています。世界の人口の大部分が都市に集中することで、2060 年までに 2,300 億 m2 のビルが増えるとされ、これは今、既にあるビル全体の広さに匹敵します。

材料を慎重に選び、設計に気を配ることで環境への負荷は大きく変わります。そしてカーテンウォール（幕壁、張壁）のような機能性のあるファサード

を組み込むというのは負荷を減らす賢明な方法です。カーテンウォールは悪天候、熱、騒音、太陽光そしてまぶしさからビルとその中の人々を守り、エネルギー効率に大きな影響を与えます。当然ですがカーテンウォールはその魅力を増しつつあります。

建築家は様々なカーテンウォールの材料を選ぶことができます。ニッケル含有ステンレス鋼の熱伝導性は低く、腐食環境にある建造物や建設した時に露出される構造用鋼材として理想的です。そして、そのライフサイクル費用についても卓越した実績を持っています。

本号は、ステンレス鋼で被覆された象徴的なビルとして見本に加えられるようなファサードの素晴らしい事例を特集しています。1930 年からずっとニューヨークのスカイラインの呼び物となっているクライスラービルを考えてみて下さい。ニッケル含有ステンレス鋼が単に美しいファサードへの使用だけに留まっていないという証です。

クレア・リチャードソン ニッケル誌　編集長

編集者記：外観と機能

カーテンウォールを始めとして、世界中で高性能のビルを建築し、既存の建物外壁を改築してエネルギー革新を実践することは、省エネの大きな可能性につながります。国際エネルギー機関は、2015年の G20 諸国による最終エネルギー消費量よりもこの省エネ量の方が大きく、2060 年までの累積省エネ量は 330 EJ (1 エクサジュール= 1018ジュール)となると推測しています

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世界のセクター別二酸化炭素排出

その他 6%|

産業32%

—建設材料・建設11%

建築工事 28%

輸送 23%

4 | 2020年 第35号 第1巻

Nickel magazine はニッケル協会が発行しています

www.nickelinstitute.org

Dr. Hudson Bates（会長） Clare Richardson（編集発行人）

communications@nickelinstitute.org

寄稿者： Nancy Baddoo, Gary Coates, Catherine Houska, Christine Li, Richard Matheson, Bruce McKean, Geir Moe, Kim Oakes, Odette Ziezold

デザイン： Constructive Communications

本誌は読者への一般情報提供を目的としており、しかるべき助 言を確保せずして、如何なる特定の目的あるいは用途のため に使用もしくは依拠されるべきではない。本誌は専門的に見て正確であると信じられるものではあるが、ニッケル協会とその会員、職員およびコンサルタントはあらゆる一般的なもしくは 特定の目的のための適合性について何ら表明もしくは保証するものではなく、また本誌に示されている情報に関して如何なる種類の義務もしくは責任を負うものではない。

ISSN 0829-8351

印刷：Hayes Print Group （カナダ）、再生紙使用

画像出典：表紙： ©David Churchill/arcaid.co.ukpg. 4 iStock©gchutka; pg. 9 iStock©dynasoar; pg.10 iStock©Vera Tikhonova; pg 11. ID 123688539 ©Hoywaii | Dreamstime.com ; pg 12. iStock©MPKphoto

星のサイバートラックテスラ社の未来的な電動サイバートラックはトラックというより宇宙探査機のように見えます。この人目を引く外骨格（殻）は優れた強度と耐久性を持つ超硬質 30X 冷延ステンレス鋼で作られています。サイバートラックは、2022 年に販売開始されますが、同社 CEO のイーロン・マスク氏が同じく CEO を務める別会社のスペースX 社で、スターシップ宇宙船に使っているのと同じ 301 系 (UNS S30100) のステンレス鋼合金で作られます。301 系 が選ばれたのはそのコストと効率に加え、高熱に耐えて熱を発散する能力があるからです。地球上での運転の際には、乗員を最大限保護し、へこみ、損傷、長期腐食に対する抵抗力もあります。3 モータータイプのトラックは 2.9 秒で 60 mph (96.6 km/時) にまで加速できます。その牽引力はまた 6,500 kg もあります。

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02 ケーススタディー 18 交通銀行、蘇州

03 編集者記外観と機能

04 ニッケル・ニュース

06 構造用ステンレス 設計基準の策定

08 ステンレス鋼が ファサードを変える

11 『風の木』の再生耐食性ステンレス

12 ニレジスト 特殊用途の合金

14 専門家に聞く 低炭素と溶接性

15 新刊書

15 UNS 番号

16 ハドソンヤードの船    NYの新名所

目次

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弾性熱量効果の冷却材年間数十億ドルの冷凍ならびに冷暖房空調業界が使用している冷却技術

は、新しい種類の弾性熱量効果（応力の印加・除荷に応じて結晶構造や磁

気構造が変化する一次変態において、変態前後でのエントロピーの差に相当

する発熱や吸熱が起こる効果）を利用した冷却材のおかげで大きく飛躍し

そうです。新しい冷却材は形状記憶合金で、高効率で環境に優しく、大型の

機器に使う場合には簡単に拡張が出来ます。竹内一郎教授とメリーランド大

学が率いる国際チームが開発したこの新しい冷却材は、添加剤技術 (3-D プ

リント)を使って作られたニッケル・チタン合金で、これは 150 年以上にも亘っ

て市場を席巻し地球温暖化に影響する化学冷媒を使用している蒸気圧冷却

よりも高い効率を得られる可能性があり、大変地球にやさしいものです。竹

内教授は 10 年近くこの革新的技術に取り組んで来ており、商業化の時を今

迎えています。

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ヨットでは初めて世界初、全体がステンレス鋼製のヨットができました。「マンション・ヨット」と名付けられたこのヨットは米国フロリダ州で開催された第 60 回 Fort Lauderdale 国際ボートショーでそのシャープなデザインと鮮やかな合金の表面加工で大きな話題となりました。長さは 25.6 m、幅は 12.2 m で 840 ㎡ の基本モデルは 149 人乗船が可能です。4 本の5.5 m の油圧式脚はそれぞれ 50 万 kgの使用荷重を持ち、水面に立つことが可能で未来の水上バンガローのごとき様相を呈します。72 基の太陽光パネルが地球環境にやさしいグリーンな電力を提供します。ステンレス鋼の利点は？Mansion Yachts 社の Bruno Edwards 氏によれば「実際のメンテナンス費用はグラスファイバー船の 25 ％ に過ぎない」とのことです。

地球に優しく安価な水素燃料

Nature Communications 誌に掲載された研究によれば、豪州の科学者たちは水と鉄ならびにニッケルのみから水素燃料を製造することが可能であることを明らかにしました。これは従来の「水分解」法より低コストで環境にも優しい方法です。Swinburne 工科大学 (UNSW) ならびに Griffith 大学のチームはより少ないエネルギーで化学反応速度を速めながら水分中の水素を酸素から分離することに成功しました。Swinburne 大学化学学部の Chuan Zha 教授は、「エネルギー消費を削減するため、電極を当方が開発した触媒でコーティングします。この触媒には鉄とニッケルが原子レベルで交わるナノサイズの極小の境界面がありますが、この境界面が水分解を起こす活性部位となります。ここで水素は酸素から分離され燃料として確保され、残った酸素は環境に優しい廃棄物として放出が可能となります」と語っています。

6 | 2020年 第35号 第1巻

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新しい設計基準は現在策定中ですが、これによってエンジニアは自信を持って構造用ステンレス鋼の恩恵にあずかることができるのです

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エンジニアは構造物を建設するにあたり設計基準を用いてその構造物の適切

性を検証し、国の建築法規に準拠していることを明示します。ステンレス鋼を構

造物に使うことに対する関心が高まるにつれ、総合的で経済的な構造物の設計

ルールの必要性が高まり、今年になって国際的な設計基準を策定する動きがか

つてないほどの高まりを見せています。ステンレス鋼の設計基準は既にある炭素

鋼の設計基準と密接につながるものではありますが、建築哲学、設計モデル、組

織、プレゼンテーションといった面から見るとその設計基準は世界中で様々です。

欧州ではすべての構造物はユーロコー

ドの設計ルールを順守しなければなり

ません。ステンレス鋼のユーロコードは

その第二版を現在策定中であり、多く

の面で重要な進展が見られますが、そ

れにはひずみ硬化の利点を活用すると

いうルールやグレード選択プロセスを

簡略化するために二種類の強度を導

入するということが含まれています。さ

らに、火災時のステンレス鋼の設計ルー

ルも総合的に改定されました。

ニッケル協会は米国でのステンレス鋼

の基準策定作業を支援するという点で

重要な役割を果たして来ました。米国

鋼構造協会 (AISC) は、米国における

構造用ステンレス鋼への関心が、完全

に独立した設計基準の策定につなが

ったと結論づけています。そしてそれと

共に、2021年に発行予定の AISC 370

「構造用ステンレス鋼建築向け仕様書」

の作業が開始されています。英国鋼構

造協会は基準案作成の任にあたって

いますが、それには欧州、中国、米国の

研究者や実務の専門家が貢献してい

ます。

同時に、米国土木学会の ASCE 8-02

「冷間成形ステンレス鋼構造部材」の

仕様書についても同じく広範囲の改定

が進められています。その範囲は広が

って二相ステンレス鋼も含まれ、設計ル

ールも更新されます。新版は2021年に

発表される予定です。

さらに中国でも基準策定の動きがあ

ります。2015年、構造用ステンレス

鋼の中国における最初の設 計基 準

が CECS 410 として発表されました。

現在は、溶接ならびにボルト継手用の

より広範囲な設計ルールと耐震設計ル

ールの策定を中心に改定作業が進行

中です。

構造用ステンレス鋼設計基準の策定と更新

2020年 第35号 第1巻 | 7

ロンドンの地下鉄設計基準を引き上げロンドンの地下鉄において再開発され

た Tottenham Court Road 駅と新しい

Crossrail 駅のクリスタルのような二つ

の入口は、ステンレス鋼構造物の最近

の事例です。

大きい方の南側入口は高さが15 m あ

り、2015年に完成しましたが、高さが

9.5 m の北側入口はその二年後にオ

ープンしています。構造工学エンジニ

アリング会社の Expedition 社 とガラス

専門工事会社の Seele 社が緊密に協

力して、ガラス枠とステンレス鋼の複

合柱梁からなる構造体の設計を行い

ました。この構造物には1,100 m2 の積

層ガラスが使われており、それは総延

長 650 m のステンレス鋼構造部分で支

えられています。ステンレス鋼合金の

選定にあたっては、構造強度要件、溶

接性、最小半径エッジの加工性が極

めて重要な検討項目でした。二相タイ

プ2205 系 (UNS S32205) が、316L 系

(S31603) よりも強度が二倍のため背

の高い方の入口の構造部材として使用

されました。316L 系 は北側の入口に使

われましたが、それはその強度でも適

用荷重には十分であったこと、ならび

に加工が容易であったためです。両方

の入口の雨押さえには316L 系 が使用

されました。

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建築家 Stanton Williams 氏が設計したこのガラスの構造物は、昼は日差しが地下の駅まで入り、夜には照明がともされて、ドラマチックでありながら安心していられる環境を作り出しています。この二つの入口の作りは舗装道路にある斜めになったはめ込みガラスで隔てられており、これで地下の切符売り場にまで日差しが入るようになっています

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8 | 2020年 第35号 第1巻

ステンレス鋼が ビルの顔を変える

建築物のファサードに広く使われる素材の中にあって、ステンレス鋼は比較的新参者と言えるでしょう。とはいえ、ニッケル含有ステンレス鋼は昔から使用されています。302 系 ステンレス鋼 (UNS S30200) を使用したニューヨークのクライスラービル (1930年) を考えてみてください。同ビルが建設されて以来、ステンレス鋼は極めて良く機能しています。

一流の建築設計事務所である Pelli Clarke Pelli Architects 社 (PCPA) は過去30年にわたりファサードのデザインにステンレス鋼を取り入れてきました。PCPA 上海事務所長である建築家の Jie Zhang 氏は「ステンレス鋼を使用したビルのファサードは大きな視的効果と素晴らしい光沢があり、時間が経過してもまるで新品のようです。しかしながらファサードへのステンレス鋼の使用が効果的となるのは十分な予算、厳密な詳細設計と仕様の選択、さらには精巧で質の高い製造・建築技術にかかっています」と説明しています。PCPA 社はビルのファサードにステンレス鋼を様々に異なる形で使用してきましたが、ステンレス鋼が使用された例や課題にも触れながら同社のプロジェクトを紹介していきましょう。

高さ 235 ｍ のロンドン初の超高層ビルで Canary Wharf の中心となっている One Canada Square ビルはシンプルな正四角柱であり上部が尖塔状になっています。1992 年完成のこのタワーはすっきりとした力強い形をしており、ロンドンの新たな金融センターとなった新都心部における創設時からのシンボル

となっています。設計チームは生地状にエンボス仕上げ加工された 316L 系 (S31603) ステンレス鋼を選択しましたが、この加工はのちにキャンブリック

（寒冷紗。薄地の白い麻布や綿布）仕上げとして知られるようになっています。One Canada Square ビルは超高層ビルにエンボス加工した材料を使用した先駆者的なビルとなりました。

キャンブリック仕上げはパネルの極めて安定した平坦さ、光沢および反射方向性を実現し建築設計を補強しています。この仕上げ方法はカーテンウォールの他にステンレス鋼のタワーのロビー、日除け、庇（ひさし）その他公共スペースに使用されています。ほぼ30 年経過した今日、このタワーはロンドンの最も有名なランドマークのひとつとなっています。

クアラルンプールの Petronas Towers は同じ頃に建設されましたが、一時期世界で最も高いツインタワーでした。このビルは都心のまさに核となるものです。マレーシア独特のデザインを作り出すため、設計チームはイスラム文化、クアラルンプールの気候ならびにマレーシアの伝統芸術からヒントを得ました。同タ

One Canada Square ビルは超高層ビルのファサードにエンボス仕上げ加工を使用した先駆けとなりました

ワーの平面図を見ると正方形が二つ重ねられて八芒星が形成されており、これはイスラムの工芸品によく見られる形です。上層階に行くに従い、6回にわたって平面フロアは縮小されますがそのたびに壁面はわずかに外側に傾斜します。この複雑な技法はマレーシアの伝統的建築様式を尊重して取り入れられました。ファサードのデザインは現代的で永続的な魅力を同時に示す必要がありました。ツインタワー本体はガラスのカ ーテンウォール、316 系 (S31600) ステンレス鋼のパネルやその他の部材で囲まれていますが、そのため日光をやわらか

に反射します。ステンレス鋼は日除け装置にも使用されていますが、これはこの地域の厳しい日射角度を和らげる環境を持続させる設計になっています。さらにステンレス鋼はタワーの最上部の構造柱カバーとして腰部パネルにも使用されており、このビルに永続的な輝きと活力を与えています。

1999 年に完成した香港の Cheung Kong Center は建築の主要部(形、形式および大きさ)と詳細設計の素晴らしい協調を表しています。このビルは近隣から突出しており、高く均整の取れたすっきりした正四角柱の形をしています。

クアラルンプールの Petronas Towers は伝統的なマレーシア建築様式も尊重して建造されました

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（写真）左から右へ：

Cheung Kong Centre：カーテンウォ ールはステンレス鋼の格子で囲われた反射ガラス製です

Baowu Steel Group 新本社：316L 系パネルに囲われた高性能ガラスと日除けが付いています

Baodi Plaza Tower：研磨されエンボス仕上げ加工されたステンレス鋼はファサードに光沢と優れた耐久性を与えるために広く使用されています

そのカーテンウォールは反射ガラス製でステンレス鋼の格子で囲まれています。ファサードに取り付けられた照明装置の緊密なパターンはステンレス鋼の格子を夜間優しく輝かせ、祝賀の折には色とパターンを変化させます。三種の異なる表面加工がされた 316L 系ステンレス鋼が使用されています。前述のキャンブリック仕上げ、きめの細かい No.4 仕上げ、そしてガラスビーズブラスト（梨地加工）仕上げです。

旧上海万博会場にある Baowu Steel Group の新しい本社はこの地域の最も高いビルのひとつです。このビルはこの地域再開発に極めて重要な役割を果たしましたが Baowu Steel Group の企業風土を示す必要がありました。各ビルの外壁構造には二つのタイプのカーテンウォールが使用されています。すべての棟の表通り側はリネン仕上げ加工された 316L 系の「硬殻」パネルで覆われており、高性能ガラスと日除けが付いています。ビルの特別施設、公共施設ならびに丸みを帯びた棟の角には、より開放的な高性能ガラスの「軟殻」パネルが使用されています。パネル用のステンレス鋼材は中国の Baosteel 社によって製作されたものですが、同社にとって初の建築物への供給となりました。

また前述のBaosteel 社の広州本社である Baodi Plaza Tower は簡素さと優雅さを強調したビルです。上海本社ビルと同様にこの建物は 316L 系ステンレス鋼のファサードを特徴としており、同社

が世界有数の製鉄会社であることのステータスを反映しています。またファサードに異なるデザインを使用することで多様性が表現されています。研磨されエンボス仕上げ加工されたステンレス鋼はファサードに光沢と優れた耐久性を与えるために広く使用されています。垂直ならびに水平の格子、二種類の細部の処理方法、そして平らで小さなファサードは、パネルの製作ならびに建設作業に非常に多くの課題を与えました。設計チームは施主、部材供給者ならびに施工業者と密接に打ち合わせを行い、木目調の風合い、折目部分の厳しい隅部半径、ならびに裏当てジョイントを使った固定法などの細部についての解決策を取り決めました。

PCPA 社は「優れたデザインは典型的なスタイルの縛りを受けるのではなく、施主との緊密な協力ならびにそのプロジェクトの環境面、経済面、社会的価値などに十分配慮した結果から出てくるものであるべき」と考えています。Jie Zhang 氏はさらに「ステンレス鋼をビルのファサードに使用する上で、プロジェクトは予備設計から部材の実装までのすべての段階において相互に影響し合っており、成功のために何ひとつ欠くことはできません。時代を超越した建築は過去についての深い理解と未来への大胆な熱望との両方があって可能なのです」と述べています。そしてニッケル含有ステンレス鋼はこのような建物の寿命を長期化させる力があります。

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ECTS 風の木

芸術作品の再生

伊原通夫氏の『風の木』は 1977年、ニュージーランドのオークランドにある Queen Elizabeth Park に設置され、2011年に新たにオークランド港近くの Wynyard Quarter に移設されました。そのトラスはそこで再び風に揺られ、下にあるプールは光を反射させ彫刻を貫きます。

2014 年、316 系 (S31600) ステンレス鋼製の溶接されたトラスの継ぎ目数か所に腐食割れ問題が発見されました。

さらに腐食亀裂の破面を検査した結果、疲労縞、腐食害ならびに残余溶接加熱着色がある事が分かりましたが、これらは腐食から生じる金属疲労に関係する要素です。『風の木』のある臨海地区は過酷な海洋環境に分類されており、腐食から生じる疲労を助長する腐食性のある塩化物イオンが存在します。

溶接部の亀裂および腐食は深刻な状態で、いくつかのトラスの継ぎ目には応急の溶接修理が行われました。

オークランド議会は『風の木』を修復し、市民の安全を確保すべきとの決定を行いました。

様々な継ぎ目のデザインが査定され、採用されたデザインは本体の芸術性

を変えることがないよう作者である伊原氏により見直されました。新たなデザインによる接合部は、豪州・ニュージーランド溶接規格標準の AS/NZS 1554:6:2012 カテゴリー FA（金属疲労適用）に則するタングステン不活性ガス (TIG) 溶接を行いました。溶接部は加熱着色を除去するため化学洗浄され、その表面を 600 グリット(0.13×10-6m) になるまで機械的に研磨しました。

最も損傷のひどいトラスは、2018年に 316L 系 ステンレスで製作された新たなデザインのものに付け替えられました。6か月後に新たなデザインのトラスは検査の結果、亀裂も腐食も見られませんでした。残り 39 のトラスは2019年に付け替えられました。伊原氏はこれを「作品の再生」と表しています。

1977 年当時、構造物に 316L 系低炭素ステンレス鋼を使用するのは一般的ではありませんでした。製鋼技術の進歩により「L」グレードのステンレス鋼は広く入手可能になりました。316L 系の採用でこの芸術作品が将来にわたり腐食されずに安全性を保つことができるでしょう

2020年 第35号 第1巻 | 11

合金鋼および鋳造物に使用されるニッケルは、ニッケル生産の 9 % に留まりますが、これらの材料は特殊化した、また多くの場合、重要な用途のため固有の特性を供する上で必要不可欠なものです。

そのような材料のひとつに、最大 36 % のニッケルを含有するニレジスト鋳鉄

（合金鋳鉄の一種で鉄の他にニッケル、クロム、銅を主体とした合金。高温環境下での耐熱性や耐食性が安定している）があります。ねずみ鋳鉄（普通鋳鉄）との比較で、その優れた耐食性と靭性はさまざまな型式のポンプの重要な材料となり、優れた耐酸化性と高温強度はピストンリングとして理想的な材料になります。

ニッケルは、オーステナイト系ステンレス鋼にみられるような安定したオーステナイト・ミクロ組織の生成に欠かせない物質です。オーステナイト組織は、非合金、または低合金のねずみ鋳鉄やダクタイル鋳鉄と比較して、高い耐熱性、耐食性を示します。ニレジストの鋳造性は、ねずみ鋳鉄やダクタイル鋳鉄に匹敵し、機械加工や溶接も容易です。

ニレジストの利点は、表 1 でさらに詳しく説明していますが、ニレジストは主

ニレジスト 特殊用途向けの優れた耐食性

12 | 2020年 第35号 第1巻

表 1：ニレジスト合金の特性

耐食性 塩溶液、海水、弱酸液、アルカリ液、原油（甘酸両方）等々に対して、ニレジスト合金は普通鋳鉄や低合金鋳鉄より優れた耐食性を有します

耐摩耗性 シリンダーライナー、ピストン、摩耗リングとスリーブ、ベアリング、グランド部、その他金属間摩擦部品はニレジスト合金で鋳造されます。その耐摩耗性には優れたものがあります

耐侵食性 スラリーのように固形物を含む液体は、ほとんどの金属に対して非常に侵食的です。ニレジスト合金は、ねずみ鋳鉄、ダクタイル鋳鉄や延性鋼と比較して、より優れた耐食・耐浸食性を示します

靭性 ニレジスト合金の靭性は、特に低温で、ねずみ鋳鉄よりもはるかに優れています

耐熱性 SG 合金は、FG 合金と比較して高温特性に優れるため、最高1050°C (1930°F) まで使用されます。FG 合金は 315°C (600°F) 以上の用途にはほとんど使用されません。すべてのニレジスト合金の空気中の酸化速度は比較的低くなっています。表面の酸化物は不働態化してしっかりと付着するので時間とともに更なる酸化を減少させます

表 3： 代表的なニレジスト合金

ニレジスト1

適温下における良好な耐食性と耐摩耗性。ポンプ、バルブ、特に耐摩耗性が要求されるピストンリング等々の製品に使用されます

ニレジスト2

ニッケル含有量が高いので、石鹸、レーヨン、プラスチック製造等のアルカリ環境で耐食性を示します

ニレジスト5

ニレジスト合金中、熱膨張係数が最も低くなっています。工作機械部品、成形金型、器具、伸縮接手等の寸法安定性に寄与します

D-2B 腐食、浸食、摩擦摩耗に対する良好な耐性を示し、760°C (1400°F) までの温度で使用可能です。用途には、ポンプ、コンプレッサー、ターボチャージャー筐体、排気ガス連結管等があります

D-2M 周囲温度が －170 °C (－275°F) まで機械的特性を維持します。これはマンガンの添加によって達成され、主な用途は冷凍および極低温装置です

D-5S 1050 °C (1925 °F) までの高温で、成長量の抑制と耐酸化性に優れた耐熱衝撃性を持つ熱膨張係数の低い合金です。ガスタービン、ターボチャージャー筐体、排気連結管等に使われます

ASTM A436 グレード 2b (2900 kg) で作られたカリウム製造業における三重効用蒸発器用の吐出しエルボ

2020年 第35号 第1巻 | 13

表 2：代表的ニレジスト合金の組成・性状

型 UNS Ni Cr Si Cu MnC最大

引張強度 MPa (ksi)

圧縮強度MPa (ksi)

伸び率%

片状黒鉛ニレジスト合金 (ASTM A436)

1 F41000 15.5 2 2 6.5 1 3.0170-210(24-30)

700-840(100-120)

2

2 F41002 20 2 20.5max

1 3.0170-210(24-30)

700-840(100-120)

2

5 F41006 350.1max

20.5max

1 3.0120-180(17-26)

560-700(80-100)

2

型 UNS Ni Cr SiCu最大 Mn

C最大

引張強度MPa (ksi)

降伏強度MPa (ksi)

伸び率%

球状黒鉛ニレジスト合金 (ASTM A439)

D-2B F43001 20 3 2 0.5 1 3.0370-480(53-69)

210-250(30-36)

7-20

D-2M - 21 0.1 2 0.5 4 2.6440-480(63-69)

210-240(30-34)

13-18

D-5S - 36 2 5.2 0.51.0max

3.0370-500(53-71)

200-290(29-41)

10-20

図 2：球状黒鉛ニレジスト合金の典型的なミクロ組織

図 1：片状黒鉛ニレジスト合金の典型的なミクロ組織

HIG

HLA

ND

FO

UN

DRY

LTD

.

に二つのタイプに分けられます。片状黒鉛 (FG) 合金と延性球状黒鉛 (SG) 合金です。どちらのタイプも、SG 合金中のグラファイトを球状構造に変換する少量のマグネシウム添加の部分以外の組成は類似しており、共に高強度、高延性、高温特性を有します。低コストで

鋳造時の問題が少なく機械加工性に優れた片状黒鉛鋳鉄の方がより多くの用途があります。代表的なミクロ組織を図 1 および図 2 に示します。

各々の名前が示すように、各種ニレジスト合金は最も要求の厳しい条件下で優れた性能を発揮します。

14 | 2020年 第35号 第1巻

AAQQ

14 | 2020年 第35号 第1巻

Q：304Lや 316Lなどの低炭素「L」グレードのオーステナイト系ステンレス鋼は、溶接性向上に寄与していますか？

A: いいえ、低炭素 (<0.03%) に抑えた

「L」グレードは、溶接時に形成される

有害な炭化クロムの量を抑えます。こ

の炭化物は、かなりの量のクロムを

結合し、それによって含有クロムが粒

界に沿って不足し、その結果、粒間腐

食 (IGC) を生じることがあります（図 1

参照）。低炭素含有量はすべての耐食

用ステンレス鋼の典型的なもので、ステ

ンレス鋼の場合、溶接を原因とする粒

間腐食はほとんど観察されていません。

炭素含有量が 0.03 % を超えるか否か

は、溶接性との関連はありません。

これに対し炭 素 鋼の溶接 性は炭 素

含有量の影 響を受けます。炭 素 鋼

は温度によりミクロ組織が変化しま

す。727°C (1340°F) を超える温度で

は平衡ミクロ組織がオーステナイトで

あり、この温度を下回ると平衡ミクロ組

織はフェライトです。しかしオーステナ

イトが急速に冷却されると、マルテンサ

イトと呼ばれる延性の少ないミクロ組

織が生成されます。特に、炭素含有量

が 0.30 % より高い炭素鋼は、マルテン

サイト形成を緩和するために冷却速度

を下げるための予熱を必要とすること

もあり問題になってきます。炭素鋼の

溶接に関するこの懸念が、低炭素「L」

グレードのニッケル含有オーステナイト

系ステンレス鋼の溶接性にも影響を与

えるという懸念につながっていると思

われます。オーステナイト系ステンレス

鋼のニッケルはあらゆる温度でミクロ

組織を安定させるので、溶接の結果と

しての溶接部のミクロ組織の変化が生

じることはありません

技術サポートサービス：inquiries.nickelinstitute.org

専門家に聞く技術サポートに寄せられる

【よくある質問】

Geir Moe は専門技術士であり、ニッケル協会の技術サポート・サービスの責任者です。同氏は世界各地に配属された素材の専門家らと共に、技術的アドバイスを求めるニッケル含有材料のエンドユーザーや仕様を設定する方々のサポートをしています。同氏の専門家チームは、ステンレス鋼、ニッケル合金、ニッケルメッキなどの幅広い用途に関する技術的なアドバイスを無料で提供し、ニッケルを安心してご利用いただけるよう努めています。

(AV

ESTA

SH

EFFI

ELD

CO

RRO

SIO

N H

AN

DBO

OK,

8TH

ED

ITIO

N)

図 1：炭化クロムが有害な量までに形成されるまでの時間は、炭素品位 0.03 % の「L」グレードの方がはるかに長くなっています

900

800

700

600

0.2 0.5 1.0 5 10 50 100 500 10000

温度：℃

時間：分

C = 0.08

C = 0.06

C = 0.05 C = 0.03

C = 0.02

10 h1 h

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オンライン版ニッケル誌

2020年 第35号 第1巻 | 15

硝 酸関連設備の合 金選択 (10 075)では、 あらゆる濃度の硝酸の腐食作用を考察しています。硝酸生産の最も一般的なプロセス、硝酸に対する様々なニッケル含有金属および他の金属の耐食性、ならびにいくつかの

産 業 用途について解 説しています。硝酸の約 75 % は硝酸肥料の原料として使用されています。

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UNS C Cr Fe Mn Mo N Ni P S Si

S30100p. 4

0.15max.

16.0-18.0 bal. 2.00

max. - 0.10max.

6.0-8.0

0.045max.

0.030max.

1.00max.

S30200p. 8

0.15max.

17.0-19.0 bal. 2.00

max. - 0.10max.

8.0-10.0

0.045max.

0.030max.

1.00max.

S30403p. 14

0.03max.

18.0-20.0 bal. 2.00

max. - - 8.0-12.0

0.045max.

0.030max.

1.00max.

S31600p. 9, 11

0.08max.

16.0-18.0 bal. 2.00

max.2.00-3.00 - 10.0-

14.00.045max.

0.030max.

1.00max.

S31603p. 2, 7, 8, 10, 11, 14, 16

0.03 max.

16.0-18.0 bal. 2.00

max.2.00-3.00 - 10.0-

14.00.045 max.

0.030max.

1.00max.

S32205p. 7, 16

0.030 max.

22.0-23.0 bal. 2.00

max.3.00-3.50

0.14-0.20

4.50-6.50

0.030 max.

0.020 max.

1.00max.

UNS番号別詳細 本誌に記載されたニッケル含有合金およびステンレス鋼の化学的組成（重量パーセント）

16 | 2020年 第35号 第1巻2020年 第35号 第1巻

The Vessel は底部が小さいので設置部分の面積が最小になっています。階層が増すにつれてその面積は大きくなります

ハドソン ヤードの船

PHO

TOGR

APH

Y IS

BY

MIC

HA

EL M

ORA

N F

OR

RELA

TED

CO

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NIE

S.

ニューヨーク市の Hudson Yards は、面積で米国最大となる民間による不動産再開発プロジェクトです。第１段として 2019 年に、壮大で双方向的な芸術作品であり展望台でもある「The Vessel（船舶）」を中心に開かれました。Thomas Heatherwick 氏ならびに Heatherwick Studio によって設計されたこの素晴らしい高さ 46 m (150 フィート)の最新の名所は、歩いて登ることを意図しており、そこからは街の魅力的な景色を楽しむことができます。赤銅色の外装は、45 t 以上の鏡面研磨仕上げの 316L 系 (S31603) ニッケル含有ステンレス鋼に高度にカスタマイズされた PVD コーティングを蒸着被膜しています。

建物内部の様 子はオランダの画家の M.C. Escher の連続階段を連想させますが、訪れた人は、154 の複雑に相互接続された階段と、80 の踊り場を利用して最上部に登ることになります。階段には、時間が経過してもその美しさを維持し、構造的な要件を満たしながら軽量感を与えること

が重要でした。約 80 t の摩耗ブラスト仕上げのニッケル系ステンレス鋼 2205 系 (S32205) を使用した、手すりを支える中空の支柱は控えめな夜の照明に映えます。体の不自由な人のためには、ステンレス鋼とガラスで作られた円筒形のエレベーターが設置されています。