旋盤加工と切削加工の基本的な違いから、それぞれの特徴、適した材料、使用する工具まで徹底解説。金属加工業界での選択肢として、どちらの加工方法が自社の製品に適しているのでしょうか？
耐食性金属加工における難削材の特性と切削方法
耐食性金属の特性と加工方法について詳しく解説。ステンレス鋼からハステロイまで、難削材の切削テクニックや表面処理まで網羅。あなたの工場でも最適な加工条件を見つけられるでしょうか？
金属の耐食性とは、材料が持つ腐食に対する抵抗力を意味します。産業機器や化学プラント、海洋設備など、過酷な環境で使用される金属部品には高い耐食性が求められます。しかし、耐食性に優れた金属材料は同時に「難削材」としての性質も持ち合わせており、その加工には特別な知識と技術が必要です。
金属の腐食は、金属が酸素や水分などの外部環境と化学反応を起こすことで進行します。この腐食によって金属の強度低下や機能劣化が生じるため、用途に応じた適切な耐食性を持つ材料選定が重要になります。耐食性の高い金属は、表面に「不動態皮膜」と呼ばれる保護層を形成することで腐食の進行を防ぎます。
金属加工の現場では、この耐食性を維持しながら、いかに精度良く効率的に加工するかが課題となっています。本記事では、主要な耐食性金属の特性と、それらを加工する際のポイントについて詳しく解説します。
耐食性金属は大きく分けて以下のカテゴリーに分類できます。
これらの金属は、表面に不動態皮膜を形成することで腐食に対する抵抗力を発揮します。例えばアルミニウムは大気中では0.2～0.3μmの酸化皮膜で覆われており、これが内部への腐食進行を防ぐバリアとなっています。一方で炭素鋼は耐食性が低く、保護膜を形成する能力が弱いため、容易に腐食が進行します。
各金属の耐食性を比較した表を以下に示します。
| 金属材料 | 大気中の耐食性 | 塩水環境での耐食性 | 酸性環境での耐食性 |
|---|---|---|---|
| 炭素鋼 | 低 | 非常に低 | 非常に低 |
| SUS304 | 高 | 中 | 中〜高 |
| SUS316 | 高 | 高 | 高 |
| インコネル | 非常に高 | 非常に高 | 非常に高 |
| ハステロイ | 非常に高 | 非常に高 | 非常に高 |
| チタン | 非常に高 | 非常に高 | 高 |
| アルミニウム | 高 | 低〜中 | 低 |
ステンレス鋼は耐食性に優れていますが、加工性については課題が多い材料です。特に切削加工においては以下の点に注意が必要です。
熱伝導率の低さによる問題
ステンレス鋼は熱伝導率が低いため、切削中に発生した熱が拡散しにくく、工具に熱がこもりやすいという特徴があります。この熱集中によって工具寿命が短くなるだけでなく、加工精度にも悪影響を及ぼします。対策
加工硬化の発生
ステンレス鋼、特にオーステナイト系（SUS304、SUS316など）は加工硬化が起きやすい材料です。加工中に材料が硬化してしまうと、その後の加工がさらに困難になります。対策
切削条件の最適化
ステンレス鋼加工の成功は切削条件の適正化にかかっています。
インコネルとハステロイは、極めて高い耐食性と耐熱性を持つニッケル基合金です。これらは特に化学プラントや航空宇宙産業で重要な役割を果たしていますが、その優れた特性ゆえに加工が非常に難しい難削材として知られています。
インコネルの加工特性と対策
インコネルは高温強度が高く、加工時に以下の問題が発生します。
インコネル加工のテクニック。
ハステロイの加工ポイント
ハステロイはインコネル以上に優れた耐食性を持ちますが、その分加工難易度も高くなります。
ハステロイ加工の成功のカギ。
アルミニウム合金は軽量でありながら比較的良好な耐食性を持ち、様々な産業で使用されています。しかし、その耐食性は表面の酸化皮膜（不動態皮膜）に依存しており、この皮膜の性質を理解することが加工において重要です。
アルミニウム合金の耐食性メカニズム
アルミニウムは表面に0.2～0.3μmの酸化皮膜を自然形成します。この皮膜は。
アルミニウム合金の加工特性
アルミニウムは軟質金属に分類され、一般的には加工しやすい材料ですが、以下の点に注意が必要です。
アルミニウム加工のポイント。
加工後の耐食性向上処理
アルマイト処理（陽極酸化処理）は、アルミニウムの耐食性を高める最も一般的な表面処理です。
耐食性金属の加工において、単に形状を作り出すだけでなく、その耐食性能を損なわないように加工品質を維持することが極めて重要です。加工によって表面の状態が変化すると、耐食性に大きな影響を与える可能性があります。
加工が耐食性に与える影響
金属加工プロセスは、以下のような形で材料の表面状態や内部構造に変化をもたらします。
加工後の表面処理オプション
耐食性を維持・向上させるための表面処理には様々な方法があります。
加工品質管理のポイント
耐食性金属の加工品質を確保するためのチェックポイント。
✅ 表面粗さ管理：過度に粗い表面は腐食の起点になりやすい
✅ バリ・エッジ処理：鋭利なエッジは局部腐食が始まりやすい箇所になる
✅ 異種金属接触：異なる金属間の接触は電位差による電気化学腐食の原因となる
✅ 残留物の除去：切削油や研磨剤の残留は局部腐食の原因になる
耐食性金属の加工後は、不動態皮膜の回復と強化のために、適切な後処理が推奨されます。特にステンレス鋼では、加工後のパッシベーション処理によって耐食性を回復させることが一般的です。
金属材料の腐食と耐食性に関する詳細な解説はこちら
加工方法による耐食性への影響の違い
加工方法によって耐食性への影響は異なります。
| 加工方法 | 耐食性への影響 | 対策 |
|---|---|---|
| 切削加工 | 表面粗さによる影響大 | 適切な仕上げ条件、後処理 |
| 放電加工 | 再凝固層による耐食性低下 | 仕上げ加工の適用、酸洗い |
| レーザー加工 | 熱影響層の形成 | パッシベーション処理 |
| 塑性加工 | 残留応力の発生 | 応力除去熱処理 |
耐食性金属の加工においては、単に形状精度を出すだけでなく、使用環境を想定した表面品質の確保が不可欠です。加工条件の最適化と適切な後処理によって、材料本来の耐食性能を最大限に引き出すことができます。
近年では、切削油や加工条件を最適化することで、加工後の表面品質を向上させる技術も進歩しています。例えば、ミストタイプの切削油を使用することで、液体切削油よりも環境負荷を抑えつつ効果的な冷却と潤滑を実現できるようになってきました。また、AIを活用した切削条件の最適化システムも開発されており、材料特性に応じた最適な加工条件を自動的に導き出すことも可能になりつつあります。
耐食性金属加工の技術は日々進化しており、加工方法と材料特性の深い理解が、高品質な製品製造の鍵となっています。特に難削材として知られるインコネルやハステロイなどの加工においては、材料特性を踏まえた適切な加工条件の設定が、製品の品質と耐久性を大きく左右します。