ステンレス鋼クロマイジングにおける新たな促進因子を発見(Scientists Unveil Unexpected Promoter in Stainless Steel Chromizing for Surface Protection)

2026-03-24 中国科学院 (CAS)

中国科学院寧波材料技術工学研究所のCHANG Keke教授らは、ステンレス鋼のクロマイジング(クロム浸透処理)における成長速度の差の原因を解明した。従来有害とされてきたシグマ相が、実はクロム拡散を促進する役割を持つことを発見。316鋼ではモリブデンによりシグマ相が形成され、炭化物生成を抑制してクロム浸透を加速する一方、310S鋼ではマンガンがその形成を阻害する。さらに窒化処理でシグマ相をCrxNに変換し、脆化を防ぎつつ保護性能を向上できることも示した。本研究は「有害相」を活用する新たな表面改質戦略を提案し、過酷環境下での材料耐久性向上に貢献する。

ステンレス鋼クロマイジングにおける新たな促進因子を発見(Scientists Unveil Unexpected Promoter in Stainless Steel Chromizing for Surface Protection)
Full-chain research strategy: revealing thermokinetics of sigma phase formation for precision chromizing control (Image by NIMTE)

<関連情報>

意外な促進剤:ステンレス鋼のクロム化を促進するシグマ相の熱力学的役割 Unexpected promoter: Thermokinetic role of sigma phase in accelerating stainless steel chromizing

Kai Xu, Xiaofei Hu, Xue Wang, Ming Lou, Jibin Pu, Denis Music, Liping Wang, Keke Chang
Acta Materialia  Available online: 7 March 2026
DOI:https://doi.org/10.1016/j.actamat.2026.122088

Abstract

Chromizing enhances surface protection in harsh environments, yet mechanisms for its material-dependent variability remain unclear. We studied the chromizing of 316 and 310S stainless steels (SS) to explain their divergent layer growth. Unanticipated sigma phase formation occurred exclusively in 316 SS during chromizing, yielding a layer almost three times thicker than 310S SS under identical conditions. Thermodynamic and deep potential molecular dynamics analyses revealed that Mo promotes sigma phase at 1000 °C while Mn suppresses it. Crucially, the coarse-grained sigma phase accelerates chromizing by inhibiting surface carbide growth (barrier to Cr diffusion). Subsequent nitriding transforms sigma phase into protective CrxN, thus eliminating concerns over its embrittlement effects in applications. Based on these thermokinetic insights, we propose a sigma phase manipulation strategy via elemental screening to accelerate chromizing and enhance material durability.

0703金属材料
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