ステンレスが錆びにくいのは、表面をクロムの酸化物の膜が覆っているからです。厚さは100万分の3ミリほどしかありません。それでも水や酸素を通さず、傷がついても空気に触れればひとりでに作り直されます。素材そのものが膜を出し続けるこの性質が、上から皮をかぶせるメッキとの決定的な違いです。
錆びにくさの正体はクロムがつくる膜
守っているのは金属でなく酸化物の膜
答えを一語でいえばクロムです。ただし盾になっているのはクロムという金属そのものではありません。クロムが空気中の酸素と結びついてできる、ごく薄い膜のほうが主役です。この膜は不動態（ふどうたい）皮膜と呼ばれます。ステンレスは錆びない金属というより、表面だけを先に酸化させて内側を守っている金属なのです。
※ 不動態皮膜とは、金属の表面にできる緻密な酸化物の膜のことです。膜そのものが酸素や水を通しにくいため、内部の金属がそれ以上反応しなくなります。
厚さは100万分の3ミリほど
膜の厚さは、ステンレス協会の解説で「100万分の3mm程度」とされています。ナノメートルに直すと約3。髪の毛の太さが0.05〜0.1ミリなので、その数万分の1しかありません。目に見える光の波長よりずっと薄いため、膜には色がつきません。シンクや鍋が金属の地肌のまま光って見えるのは、膜が無いからではなく薄すぎて見えないからです。
中身は、主にクロムに酸素と水酸基が結びついた緻密な層だと説明されています。密着性が高く、隙間がありません。厚さで守るのではなく、目の細かさで守っているわけです。
クロム10.5%がステンレスの境目
ステンレス協会は、鉄に約10.5%以上のクロムを含む合金をステンレス鋼と定義しています。クロムがこれより少ないと膜が表面全体を覆いきれず、守りが成り立ちません。逆にクロムを増やすほど膜は安定し、錆びにくさも上がります。台所でよく見るステンレスは、クロムを18%前後含むものが中心です。
鉄の赤錆はなぜ止まらない？
スカスカの赤錆は盾にならない
比べる相手として、普通の鉄を見ておきます。鉄が困るのは錆びること自体ではなく、錆が途中で止まらないことです。赤錆の主成分は酸化第二鉄（Fe₂O₃）。赤褐色で粉っぽく、内部に細かい隙間を大量に抱えています。水も酸素もそこを素通りするため、表面が錆で覆われても下の鉄は守られません。
膨らんで剥がれ、奥へ進む
錆びた鉄は元の鉄より体積が増え、表面から浮き上がるとされています。古い橋やガードレールで、錆が層になって剥がれているのを見たことがあるかもしれません。剥がれた跡には新しい鉄の面が出て、そこがまた錆びていきます。この繰り返しで、鉄は内側までボロボロになっていくのです。
同じ鉄でも黒錆は守る側にまわる
鉄の錆には黒錆という別の顔も。主成分は四酸化三鉄（Fe₃O₄）で、赤錆と違って緻密です。いったんできると内部の鉄を酸素と水から遮り、腐食を抑えます。錆が悪者かどうかは、成分と構造しだいというわけです。
鉄の中華鍋を買うと、最初に空焼きをして油をなじませるよう説明されます。あれは黒錆の層をつくり、その上に油膜を重ねる作業です。南部鉄器が黒いのも、焼いて黒錆をまとわせているから。ステンレスがクロムに任せている仕事を、鉄では人の手で用意してやるわけです。
削っても膜が戻るのはなぜ？
酸素に触れれば膜はすぐ作り直される
ステンレス協会は、この膜を「一度こわれても、周囲に酸素があれば自動的に再生する」と説明しています。包丁で傷をつけてもスポンジでこすっても、むき出しになった面はすぐ空気中の酸素と反応し、新しい膜に変わる。材料の内側にクロムが均一に混ざっているので、どこを削っても膜の材料が顔を出すのです。
工場ではわざと膜を整え直す
工業の現場では、この性質を積極的に使います。加工を終えたステンレスを硝酸などの液に浸し、表面に付いた鉄分を溶かしてから膜を整え直すのです。不動態化処理（パシベーション）と呼ばれる工程で、切削や研磨のあとに表面を「素の状態」へ戻す仕上げとして行われます。
アルミニウムも同じ守り方をする
この守り方はステンレスだけのものではありません。身近な例がアルミニウムです。表面に酸化アルミニウムの緻密な膜ができ、壊れればまた作られます。アルミサッシや弁当箱に使われるアルマイトは、この膜を電気の力で人工的に厚く育てたものです。
メッキとの違いは膜が戻るかどうか
表面に何ができ、傷がついたらどうなるか。この二点で並べると、材料ごとの運命が分かれる場所が見えてきます。
| 材料 | 表面にあるもの | 膜の性質 | 傷がついたら |
|---|---|---|---|
| 普通の鉄 | 赤錆（酸化鉄） | もろく隙間だらけ | 剥がれてさらに奥へ進む |
| ステンレス | クロムの酸化物 | 緻密で約3ナノメートル | 酸素があれば再生する |
| アルミニウム | 酸化アルミニウム | 緻密で透明 | 同じく再生する |
| トタン | 亜鉛の層 | 厚いが量に限りがある | 亜鉛が身代わりに減っていく |
| ブリキ | スズの層 | 薄く量に限りがある | 傷の部分で鉄が先に錆びる |
トタンは亜鉛が身代わりになる
トタンは鉄の板に亜鉛をかぶせたものです。傷がついても亜鉛が先に溶け出し、鉄の代わりに錆びてくれます。ただし身代わりの亜鉛は減る一方です。使い切った場所から先は、普通の鉄と同じように錆びていきます。
ブリキは傷がつくと鉄が先に錆びる
スズをかぶせたブリキは、さらに事情が厳しくなります。スズは鉄より溶けにくい金属なので、傷で鉄がのぞくと今度は鉄のほうが先に腐食してしまうのです。どちらのメッキも、守りの材料は最初に塗った分だけ。素材そのものが膜を出し続けるステンレスとは、ここで道が分かれます。
ステンレスが錆びるのはどんなとき？
ステンレスは「錆びない」ではなく「錆びにくい」金属です。膜が破られる条件がそろえば、ちゃんと錆びます。起こり方ごとに並べると次のとおりです。
| 現象 | きっかけ | 起きやすい場所 |
|---|---|---|
| もらい錆 | 付着した鉄粉や鉄製品が錆びる | 台所のシンク・屋外の手すり |
| 孔食（こうしょく） | 塩化物イオンが膜を局所的に破る | 海沿い・融雪剤のかかる場所 |
| すきま腐食 | 隙間に液がたまり酸素が届かない | パッキンの下・板の重ね目 |
| 粒界腐食（りゅうかいふしょく） | 約550〜900℃に加熱された部分 | 溶接の周辺 |
| 応力腐食割れ | 塩化物イオンと引っ張る力が同時に働く | 配管や締めつけた部分 |
台所でいちばん多いのはもらい錆
シンクで見かける茶色い点の多くは、もらい錆です。置きっぱなしにした空き缶の縁、洗面台に転がったヘアピン、缶詰のふた。こうした鉄が水気の中で錆び、その錆がステンレスの上に移ります。
名前のとおり、錆びているのは相手のほうです。外から来た錆が乗っているだけなので、早いうちなら磨けば落ちます。ただ放っておくと、錆の下で膜がうまく作り直されず、ステンレス自身の腐食に進むことがあります。
塩化物イオンは膜に穴をあける
ステンレスにとっての難敵が塩分です。塩化物イオンは緻密な膜を一点だけ突き破り、そこから針で刺したような穴を掘り進めます。これが孔食です。海沿いの建物、冬に凍結防止剤がまかれる道路の周り、塩素系漂白剤をためたシンク。どれも同じ理屈で穴があきます。
塩分に強くしたのがSUS316
孔食への対策としてステンレス協会が挙げるのは、クロムやモリブデンを多く含む材料を選ぶことです。代表がSUS316で、一般的なSUS304にモリブデンを2〜3%ほど加えた鋼種です。海沿いの建築金物やプールまわりの設備では、この鋼種がよく選ばれます。値段は上がりますが、使う場所に合わせて鋼種を選ぶ。それがステンレス選びの基本です。
溶接の熱と狭い隙間も弱点
550〜900℃を通ると継ぎ目の脇が弱る
粒界腐食は、ステンレス協会によればおよそ550〜900℃に加熱された部分で起こります。この温度を通ると結晶の境目でクロムが炭素と結びつき、その周りだけクロムが足りなくなるためです。鋭敏化（えいびんか）と呼ばれる現象で、溶接の継ぎ目の脇が先に錆びるのはこのせいです。
対策として用意されているのが、炭素を減らしたSUS304Lのような鋼種。炭素と結びつきやすいチタンなどを加えて、クロムを奪われにくくした鋼もあります。
酸素が届かない隙間では膜が戻れない
膜の材料は酸素です。裏を返せば、酸素が届かない場所では膜を作り直せません。パッキンの下・ボルトの座面・板を重ねた合わせ目。こうした狭い隙間に水がとどまると、そこだけ腐食が進みます。これがすきま腐食で、屋外の設備では設計の段階から隙間をなくす工夫がされます。
台所のステンレスを長持ちさせるには？
洗って乾かし、空気に当てる
手入れの基本は、膜の仕事を邪魔しないことです。使ったあとに洗って水気を拭くのは、汚れを取るためだけではありません。表面を酸素に触れさせ、膜の再生を助ける作業でもあるのです。濡れたふきんを敷きっぱなしにしたり、洗い桶を何日も動かさなかったりすると、その下だけ膜が働きにくくなります。
鉄の道具と同居させない
鉄のフライパンや空き缶を、濡れたままステンレスの上に置くと、もらい錆の下地ができます。スチールウールや金属たわしも、削れた鉄粉が表面に残りがちです。パナソニックのキッチンの相談事例集でも、ステンレスシンクには金属たわしや粒子の粗いクレンザーを使わず、スポンジで磨くよう案内されています。
もらい錆はクリームクレンザーで落とす
同じ資料では、もらい錆が付いたらクリームタイプのクレンザーをスポンジや歯ブラシにつけてこすり、水で流してから拭くよう書かれています。磨いた部分は光沢が変わることがあるので、目立たない場所で様子を見てからが安心です。深く進んだ錆は素地まで傷んでいることがあり、家庭で元どおりにするのは難しいでしょう。
塩素系漂白剤はシンクにためない
資料には、ステンレスのシンクに塩素系漂白剤を流したり、水を張って食器を漂白したりしないよう注意書きもあります。孔食の理屈を知れば、理由はもう明らかです。つけ置きが必要なときは別の容器を使い、うっかり流したときは十分な水で洗い流しておきます。
stainlessのstainは「染み」の意味
錆を探していたわけではない発見
最初の実用的なステンレスは、1913年に英国シェフィールドの冶金（やきん）技術者ハリー・ブレアリーが作ったとされています。配合はクロム12.8%・炭素0.24%。当時は銃身の内側が発射のたびに傷む問題があり、ブレアリーはそれに耐える鋼を研究していたとされます。錆びにくさは、狙いとは別のところで見つかった性質だったのです。
最初の呼び名はrustless steel
stainless steelのstainは、錆ではなく「染み・汚れ」を指す語です。ブレアリー自身は当初、この鋼をrustless steel、つまり「錆びない鋼」と呼んでいました。日本語の「ステンレス＝錆びない」という受け止め方は、じつは最初の呼び名のほうに近いことになります。
名付け親は刃物工場の同級生
シェフィールドは刃物の町です。ブレアリーはすぐにナイフへの応用を考え、旧友のアーネスト・スチュアートに試してもらいました。地元の刃物工場で支配人をしていた人物です。響きのよい「stainless steel」という名前は、このスチュアートが付けたと伝えられています。食べ物で黒ずまない食卓のナイフという使い道が、そのまま名前になりました。
磁石がつくステンレスもある？
SUS304はつかず、SUS430はつく
よく使われるSUS304はクロム18%・ニッケル8%前後の組成で、ふだんは磁石につきません。一方のSUS430はニッケルを含まないぶん安く、磁石にしっかりつきます。安い鍋に磁石がつくのはこのためです。磁石は錆びやすさの目印ではなく、組成の違いを見分けているにすぎません。
※ SUSとは、JIS（日本産業規格）でステンレス鋼材に付けられている記号です。Steel Use Stainlessの頭文字とされ、300番台はクロムとニッケルを含む系統、400番台はクロムが主体の系統を表します。
曲げた縁だけ磁石がつく
本来は磁石につかないSUS304も、強く曲げたり絞ったりした部分だけは磁石を引き寄せるようになります。加工の力で結晶の一部がマルテンサイトという別の構造に変わるためです。岐阜県産業技術総合センターの報告によれば、こうした相談では「材料が違うのでは」と聞かれることが多いものの、錆の問題はないとされています。ボウルの縁にだけ磁石がつくのは不良品の印ではなく、加工の記録が残っている印です。
クライスラー・ビルの尖塔も18-8
1929年に組み上がった銀色の冠
ニューヨークのクライスラー・ビルディングは、頂部の飾りにステンレスを使った建物として知られています。尖塔が組み上げられたのは1929年10月で、翌1930年に全高約319メートルで完成しました。使われたのはドイツのクルップ社が開発したクロム18%・ニッケル8%の鋼で、アメリカの建築で18-8ステンレスが使われた最初の例とされています。完成した時点で世界一高いビルになりましたが、その座は11か月ほどでエンパイア・ステート・ビルディングに移りました。
18-8はスプーンの裏の刻印と同じ
18-8はクロム18%・ニッケル8%を表し、今のSUS304にあたる組成です。台所のボウルやスプーンの裏に「18-8」と刻まれているのを見たことがある人もいるでしょう。摩天楼の冠と食器棚のスプーンが同じ系統の材料だというのは、ちょっと愉快な事実です。
ステンレスの表面では、膜が壊れては作り直される小さな出来事が今日も続いています。シンクを洗うたびに、厚さ3ナノメートルほどの層はいったん傷つき、また元へ戻る。何十年も光ったままの流し台は、丈夫な金属というより、修理をやめない金属の姿なのだと思います。
参考
- ステンレス協会「特長」
- ステンレス協会「ステンレスの耐食性と腐食現象について」
- worldstainless「The history of stainless steels」
- パナソニック「よくある相談事例集 キッチン（第11版）」
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