SUS304 は磁石につくか——加工誘起マルテンサイトと、非磁性を比透磁率で指定する方法

SUS304 が磁石につくのは、加工した部分

「ステンレスは磁石につかない」と言われることが多いが、工業部品の SUS304 は条件によって磁石につく。ステンレス協会は、マルテンサイト系・フェライト系の鋼種は強磁性材料で、非磁性のオーステナイト系とは磁気的性質が異なるとしたうえで、SUS301・SUS304 は加工によって磁性を持つようになり、SUS305・SUS316 は加工に対しても非磁性の安定性がある、としている^[1]。

非磁性ステンレス鋼の開発を紹介した日本金属学会会報の記事は、オーステナイト系ステンレス鋼が磁性を帯びる原因を二つに分けている^[3]。

1. 加工誘起マルテンサイト
引抜き・冷間鍛造・矯正などの冷間加工によって誘起されるもので、二次加工した製品で問題になる^[3]。

2. δ フェライト
鋼塊の中で偏析した δ フェライトが圧延後の最終製品まで残るもので、太い丸棒や厚板で問題になる^[3]。

部品の調達で出会うのは、多くが一つ目である。大阪産業技術研究所の技術資料は、SUS304 などの非磁性ステンレス鋼は冷間鍛造や曲げ加工で強磁性のマルテンサイト相が生じ、磁性を帯びる可能性があるので、加工後の製品がどの程度磁性を帯びているかを確かめるには、加工されたままの状態で比透磁率を測定する必要がある、としている^[2]。材料を受け取った時点で非磁性でも、部品になった時点で非磁性とは限らない。

SUS304 と SUS430 を磁石で見分けられない話、受入で材料の取り違えを確かめる方法はSUS430 と SUS304 の違いで扱った。この記事は、非磁性が部品の機能として要るときに、何を指定し、どう確かめるかに絞る。

どれくらい磁性が出るのか：測定の例

次の表は、加工していない状態の透磁率の代表値（ステンレス協会）と、加工した SUS304 製品で比透磁率を測った例（大阪産業技術研究所）を並べたものである^[1][2]。比透磁率は真空の透磁率に対する比で、1 に近いほど非磁性に近い。

代表値はステンレス協会の表 2 で、加工が加わっていない状態の値として示されている^[1]。測定例は大阪産業技術研究所が携帯型の低透磁率計で SUS304 のボルトと板を 1 点ずつ測ったもので、同じ資料は、冷間鍛造されたボルトの頭部のほうがねじ部より加工の影響が大きく、加工誘起マルテンサイト相の割合が多いことが原因と推測している^[2]。どちらも一般値として使える数字ではなく、加工の種類と程度で値がこれだけ変わる、という目安として読む。

加工の程度との関係は、岐阜県産業技術総合センターの研究報告が調べている。固溶化熱処理した SUS304 を圧下率 0〜25% で圧延したところ、圧下率が上がるにつれて比透磁率・ビッカース硬さ・加工誘起マルテンサイトの割合がいずれも増え、三つには互いに相関があった^[4]。また、SUS304 の薄板を冷間圧延した研究では、圧延温度が低いほど多くの加工誘起マルテンサイトが生じ、20 ℃以下ではその量が 50% 以上になった^[5]。同じ加工でも、加工の条件で磁性の出方は変わる。

JIS の SUS304 は、磁性を約束していない

ステンレス鋼棒の JIS G 4303 と冷間圧延ステンレス鋼板の JIS G 4305 が SUS304 について決めているのは、化学成分（ニッケル 8.00〜10.50%、クロム 18.00〜20.00% など）と、固溶化熱処理状態の機械的性質などである^[6][7]。透磁率の規定はない。つまり「SUS304（JIS G 4303）」と書いて注文しても、磁性は保証の対象に入っていない。しかも規格は、製造業者からの出荷後に製品に熱処理を行った場合の機械的性質を規定していないと注記しているように^[7]、部品になってからの性質は規格の外にある。

先の会報の記事は、非磁性ステンレス鋼には、米国の MIL 規格を満たす透磁率 1.2 以下のものと、先端技術分野で使われる 1.01〜1.05 以下のものがあり、通常の工程で製造された SUS304 では δ フェライトや加工誘起マルテンサイトの混在で 1.2 以下を保証することさえ難しい、と書いている^[3]。1985 年の記事だが、どの程度の非磁性を求めるかで材料の選び方が変わる、という見方は発注の判断にそのまま使える。

非磁性が機能に効くなら、比透磁率で指定する

電子ビームやイオンビームを使う装置^[2]、電子顕微鏡や超伝導磁石^[3]、磁気センサーの近くの部品など、磁性が機能に効く部品では、「SUS304」と書くだけでは要求が伝わらない。大阪産業技術研究所の資料も、先端技術分野で非磁性が必要な理由を、強磁性体があると磁気ノイズ、電力損失、熱発生の原因になるため、としている^[2]。図面か仕様書に、次の四つを書く。これは規格の要求ではなく、発注側が上乗せする指定である。

1. 比透磁率の上限
部品の機能から設計が決める。上の 1.2 や 1.01〜1.05 は、先の記事が紹介した区分の例である^[3]。

2. 測る位置
曲げ部、ねじ部、頭部、溶接部の近くなど、加工の影響が大きい所を指定する。平坦な部分だけを測ると、曲げ部の値を見落とす^[2]。

3. 測り方
大阪産業技術研究所と岐阜県産業技術総合センターが使った低透磁率計は、低透磁率材料の比透磁率測定を定めた ASTM A342 に準拠した方式（岐阜の資料は IEC 60404-15 にも準拠と記載）で、比透磁率 1.001〜1.999 を測れるものだった^[2][4]。測定器と方式を仕入先とそろえる。

4. 測るときの条件
大阪産業技術研究所の資料は、小さい試料の測定結果は寸法に依存し、寸法に依存しない値を得るには 5 mm 以上の厚みと 2 cm 以上の直径が要ること、厚さが足りないと実際より小さい値が表示されることを示している。また、残留磁気の影響を避けるため測定前に消磁することが勧められ、プローブの磁界で試料が磁化されるおそれもあるので測定は短時間で行う、としている^[2]。薄板の部品で上限を決めるなら、どの厚さの部品をどう測った値なのかまで合わせておく。

鋼種で選ぶ：加工しても非磁性を保ちやすい鋼種

ステンレス協会は、SUS305・SUS316 は加工に対しても非磁性の安定性があるとしている^[1]。JIS G 4305 の化学成分では、SUS305 はニッケル 10.50〜13.00%、クロム 17.00〜19.00%、SUS316 はニッケル 10.00〜14.00%、クロム 16.00〜18.00%、モリブデン 2.00〜3.00% で、どちらも SUS304（ニッケル 8.00〜10.50%）よりニッケルが多い^[7]。先の会報の記事も、磁性を帯びる原因はニッケル量を高めることで解決できるが、コストに問題がある、と書いている^[3]。

ニッケルがさらに多い SUS310S（ニッケル 19.00〜22.00%）も、オーステナイトが安定な鋼種である。SUS304 と SUS310S の薄板を同じ条件で冷間圧延した研究では、SUS310S はどの圧延温度でも加工誘起マルテンサイトを生じなかった^[5]。SUS310S の発注は同じ束のSUS310S の発注で扱う。

どの鋼種にするかは、非磁性の要求だけでなく、耐食性・強さ・加工性・価格で決まる。鋼種を替えるなら、図面の材質を改めてから切り替える。鋼種全体の選び方はステンレスの発注で指定することにまとめた。反対に、加工で磁性を帯びやすいことを強さに使っているのが、ばね用の SUS301 である。その指定は同じ束のばね用ステンレス SUS301・SUS631 の指定で扱う。

加工したあとで、熱処理で戻す方法もある

先の会報の記事は、非磁性を得るための冶金的な方法として、ニッケル量を上げて加工誘起変態を防ぐ方法と並んで、冷間加工後に再固溶化熱処理を行って加工誘起マルテンサイトを消失させる方法を挙げている^[3]。薄板の製造でも、冷間圧延で生じたマルテンサイトは、最終焼鈍での逆変態によって再びオーステナイトに戻ることが知られている^[5]。

ただし、熱処理で戻すことを部品で選ぶときは、ほかの性質も一緒に変わる点に注意がいる。岐阜県の報告のとおり、加工で生じたマルテンサイトの量は硬さとも相関している^[4]。冷間加工で強さを出しているねじやばねでは、熱処理で強さも変わる。熱処理によるひずみや表面のスケールも出る。熱処理を入れるなら、条件・順序（どの加工のあとか）・熱処理後の比透磁率の測定までを、図面か工程の取り決めに書く。先の記事も、再固溶化熱処理はコストに問題があるとしている^[3]。

磁石につくことは、錆びやすいことを意味しない

ステンレス協会は、磁性と耐食性は直接的には関係がなく、SUS304 の加工部に着磁性が生じても磁石になるわけではないので、鉄粉を引き付けて集めて錆びるということはない、としている^[1]。岐阜県の報告は、圧下率を変えて圧延した SUS304 の試験片を 960 時間の中性塩水噴霧試験にかけ、ほとんど腐食が見られなかったこと、圧下率 20% の試験片に見えた錆のようなものは、圧延時に生じた微細なすき間に付いた異物で、素材の錆ではないと確認したことを報告している^[4]。

加工した SUS304 の部品に錆が出たときは、磁性を原因と決めつけず、表面に付いた鉄粉などの異物を疑う。その対策は同じ束のステンレスのもらい錆を防ぐで扱う。表面の処理で耐食性を整える話はステンレスの不動態化処理の指定にまとめた。

使ってはいけない判定：磁石で SUS304 を不合格にする

受入で磁石を当てて「ついたから SUS304 ではない」と不合格にすると、正しい材料で作られた部品をはじくことになる。曲げや冷間鍛造をした SUS304 は、磁石につくのが当たり前に起こりうる^[1][2]。材料の確かめは、注文時に検査文書を求めておき、ミルシートのニッケルとクロムの値で行う。JIS G 4303・G 4305 とも、検査文書の提出は注文者が報告を求めたときの義務で、種類の指定がなければ検査証明書 3.1 の扱いになる^[6][7]。

反対に、非磁性が要る部品で磁石が「つかない」ことだけを確かめるのも足りない。磁石で分かるのはつくかつかないかだけで、先の測定例のように平坦部 1.024 と曲げ部 1.051 といった差は読み取れない^[2]。要求が比透磁率の上限で決まっているなら、測定器で測って合否を判定する。

注文書と図面の書き方の例

決まった様式があるわけではない。非磁性が機能に効く部品の例を一つにまとめる。数値は設計が決めた値に置き換える。

「材質：SUS305（JIS G 4305）、冷間圧延鋼板。完成品の比透磁率は 1.05 以下とし、曲げ部および溶接部近傍の図示の位置で、ASTM A342 に準拠した低透磁率計により測定する（測定前に消磁）。測定記録をロットごとに提出すること。材料の検査証明書 3.1 を添付すること。鋼種の置き換えおよび加工後の熱処理の追加・省略は事前承認を要する。」

よくある質問

SUS304 は磁石につきますか

固溶化熱処理の状態ではほぼ非磁性だが^[1]、曲げ・冷間鍛造・引抜き・矯正などの冷間加工をした部分は、加工誘起マルテンサイトで磁性を帯びることがある^[3]。太い丸棒や厚板では、δ フェライトが残って磁性を帯びることもある^[3]。

非磁性の SUS304 を指定できますか

JIS の SUS304 には透磁率の規定がない^[6][7]。非磁性が必要なら、完成品の比透磁率の上限と測り方を図面か仕様書に書くか、加工に対して非磁性を保ちやすい SUS305・SUS316 などを検討する^[1]。

磁石についた SUS304 の部品は錆びやすいですか

ステンレス協会は磁性と耐食性は直接の関係がないとしている^[1]。加工度を変えた試験片の塩水噴霧試験でも、加工と腐食の相関は見られなかったという報告がある^[4]。

まとめ

SUS304 は固溶化熱処理の状態ではほぼ非磁性だが、冷間加工した部分は加工誘起マルテンサイトで磁石につくようになり、太い材料では δ フェライトも原因になる。磁性の出方は加工の種類と程度で変わり、ボルトの頭部で比透磁率 1.624 を測った例もある。JIS の SUS304 は磁性を約束しないので、非磁性が機能に効く部品は、比透磁率の上限・測る位置・測り方・測る条件を図面に書く。鋼種で対応するなら SUS305・SUS316、さらに安定な SUS310S があり、加工後の再固溶化熱処理で戻す方法もあるが強さや寸法も変わる。磁石につくことは耐食性の低下を意味せず、受入で磁石を材料判定に使わない。

同じ束では、焼入れできるマルテンサイト系の SUS410 と SUS420J2 の発注も扱う。どちらも鋼種として強磁性である^[1]。

出典・参考資料

1. ステンレスの導電率、透磁率、熱膨張率などの物理的性質について（一般社団法人ステンレス協会）
2. 技術シート No.18-10 低透磁率計による非磁性ステンレス鋼の品質管理（地方独立行政法人大阪産業技術研究所／2018 年 11 月 30 日）
3. 本蔵義信「非磁性ステンレス鋼の開発」日本金属学会会報 24 巻 6 号（日本金属学会／1985 年 6 月）
4. 山口貴嗣「クレーム対応のための分析試験の高度化（第 3 報）－オーステナイト系ステンレス鋼の塑性加工と腐食の関係に係る研究－」岐阜県産業技術総合センター研究報告 第 5 号（岐阜県産業技術総合センター）
5. 住友秀彦・吉村博文・上田全紀「SUS304 ステンレス鋼薄板の塑性異方性に及ぼす熱延および冷延条件の影響」鉄と鋼 78 巻 2 号（日本鉄鋼協会／1992 年）
6. JIS G 4303:2021 ステンレス鋼棒（日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧／2021 年 3 月 22 日改正・2025 年 10 月 20 日確認）
7. JIS G 4305:2021 冷間圧延ステンレス鋼板及び鋼帯（日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧／2021 年 3 月 22 日改正・2025 年 10 月 20 日確認）

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