耐孔食当量数（PREN）の計算

孔食抵抗当量数が示すもの

経験的な比較指標としての PREN

孔食抵抗当量数（Pitting Resistance Equivalent Number：PREN）は、ステンレス鋼の局部腐食、特に塩化物を含む環境における孔食への抵抗性を比較するための、成分に基づく半定量的な指標です。これは、普遍的な尺度による腐食評価値ではありません。一般に、数値が高いほど、同等の条件下で孔食の開始に対する抵抗性が高いことを示しますが、この数値から、保証された使用限界、固定された孔食電位、または予測運転寿命が確定するわけではありません。

一般的に使用される式は次のとおりです。

$$\text{PREN}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo})+16(\%N)$$

PRENPREN 孔食耐性当量数：局部腐食、特に塩化物含有環境における孔食への耐性をステンレス鋼間で比較するために用いられる、組成に基づく経験的指標。

合金元素の含有量は質量百分率です。この式に含まれる元素はクロム、モリブデン、窒素であり、それぞれには局部腐食抵抗性への相対的な寄与に基づく経験的な係数が割り当てられています。英国ステンレス鋼協会は、2025年に公表した PREN 計算の解説でこの形式を示しました。

例えば、クロム22％、モリブデン3％、窒素0.18％を含む合金の場合、値は次のようになります。

$$22+3.3\left(3\right)+16\left(0.18\right)=34.78$$

この結果は計算された指標であり、測定された腐食速度ではありません。これにより、あるステンレス鋼の成分を、共通の基準で別のステンレス鋼と比較できます。名目上の値が高い合金は、通常、より高い抵抗性カテゴリーに位置付けられます。ただし、これは材料が類似した冶金学的条件および環境条件の下で比較されることが前提です。

この式は、鋼種の比較において、製品 designation を読むだけでは不十分である理由も示しています。UNS S30400 で一般に表される Type 304 は、モリブデンをほとんど、またはまったく含まないため、通常、モリブデンを含む UNS S31603、すなわち Type 316L よりも PREN が低くなります。UNS S32205 や UNS S31803 などの二相ステンレス鋼は、相当量のクロム、モリブデン、窒素を含むため、多くのオーステナイト系鋼種よりも高い計算値になります。UNS S32750 や UNS S32760 などのスーパー二相鋼では、一般にさらに高い値が算出されます。フェライト系鋼種も高いクロムおよびモリブデン含有量を持つ場合があるため、PREN は特定の一つのステンレス鋼系統に限定されません。

この数値には、腐食に影響するすべての元素が含まれているわけではありません。2025年に石油技術者協会が述べたように、一般的な式にはニッケルが含まれていません。この省略は、ニッケルが冶金学的または腐食学的に意味を持たないことを意味しません。ニッケルは、相バランス、不動態皮膜の挙動、靭性、および一部の還元性環境に対する抵抗性に影響しますが、その寄与は標準的な PREN の係数には表されていません。炭素、ケイ素、銅、マンガンなどの元素も、基本式に現れないまま性能に影響を及ぼす可能性があります。

[1][1] Duplex Stainless Steels. International Stainless Steel Forum. International Stainless Steel Forum publication, 2025.

特定の合金系統や計算規約には、別の式が使用されます。国際ステンレス鋼フォーラムは、2025年にタングステンを含む式を次のように報告しました。

$${\text{PREN}}_W=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo}+0.5\%W)+16(\%N)$$

この式では、括弧内のモリブデン項の半分がタングステンに割り当てられます。同じ ISSF の資料では、マンガンを調整した式も示されています。

$${\text{PREN}}_{\mathrm{Mn}}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo})+16(\%N)-\%\mathrm{Mn}$$

これらの値を無分別に混在させてはなりません。報告された PREN には、使用した式を明記する必要があります。特に、タングステンを含む二相ステンレス鋼を比較する場合や、マンガン補正を適用する場合には重要です。すべての結果を単に「PREN」と呼ぶと、計算方法に存在する意味のある差異が隠れてしまう可能性があります。

したがって、PREN はスクリーニングおよび順位付けのための有用な手段です。塩化物環境で重要となり得る成分上の差異を技術者が把握するのに役立ち、試験や詳細設計の検討に先立つ迅速な比較を可能にします。ただし、材料証明書、熱処理履歴、溶接評価、または腐食試験に取って代わるものではありません。

孔食、隙間腐食、塩化物への曝露

孔食とは、不動態皮膜が局所的に破壊される現象です。ステンレス鋼は通常、クロムに富む薄い酸化皮膜によって自己を保護していますが、塩化物イオンはその皮膜の欠陥や弱点に集積することがあります。いったん孔食が始まると、孔の内部は酸性化し、塩化物が濃化することで、周囲の表面とは大きく異なる電気化学的環境が維持されます。その結果、表面の小さな開口部の下に、かなり深い腐食が隠れていることがあります。

モリブデンと窒素は、不動態化および孔内の化学状態に対する複数の相互作用する効果を通じて、この種の腐食に対する抵抗性を高めます。クロムは不動態皮膜の形成と修復を支えます。PREN の式では、これらの効果を加算的に扱いますが、実際の合金挙動は、各元素が微細組織内でどのように分布しているか、また周囲の母相中で利用可能な状態に保たれているかに左右されます。

隙間腐食は関連する現象ですが、同一ではありません。ガスケットの下、重ね継手、堆積物の下、または十分に洗い流されない接続部の内部など、遮蔽された隙間で発生します。隙間内部で酸素が欠乏すると電気化学的条件が変化し、同時に塩化物や酸性種がそこに濃縮する可能性があります。開放表面の孔食には抵抗する鋼でも、隙間が狭く、溶液が滞留しやすい形状であれば、隙間内では十分な性能を示さないことがあります。

一般に、PRENが高いほど、塩化物含有溶液中での局部腐食攻撃に対する耐性が高いことに対応する。 Limited evidence

[2][2] Localized corrosion resistance and PREN relationship. Metals authors. Metals, 2021.

この区別が重要なのは、PREN という名称がしばしば広義に使用されているためです。この式は主として孔食抵抗性に関連付けられますが、値が高いほど、他の局部腐食形態に対する抵抗性も向上することが多くあります。2021年の Metals 誌の論文は、PREN が高いほど、塩化物を含む溶液中での局部腐食に対する抵抗性が高くなると報告しました。これは比較上の関係であり、すべての局部腐食機構が同じように反応することを保証するものではありません。

塩化物濃度、温度、酸性度、酸素の供給状態、流動、堆積物、曝露時間によって、結果は大きく変化する可能性があります。海水、高温の塩化物プロセス溶液、塩化第二鉄を用いる実験室浴は、互換可能な環境ではありません。塩化物を含む土壌では、含水状態の保持、通気差、汚染など、さらに多くの変数が加わります。ISSF は2025年に、値が高いほど塩化物を含む土壌中の局部腐食に対する抵抗性が半定量的に高いことを示すと述べました。ここで「半定量的」という表現が重要です。これは、現場寿命を算出する式ではなく、順位付けの傾向を示しています。

ASTM G48は、孔食およびすき間腐食の開始に対する耐性を比較するための、規定された塩化第二鉄実験室試験法を提供する。 Strong evidence

ASTM G48 は、計算と検証の違いを試験する方法を提供します。ASTM G48:2011 は、規定された塩化第二鉄条件下で、孔食および隙間腐食の開始に対する抵抗性を測定することにより、ステンレス鋼および関連合金を比較するための実験室試験方法を規定しています。選択した方法に応じて、結果には臨界孔食温度、臨界隙間腐食温度、または曝露後の質量減少が含まれる場合があります。このような試験は管理された条件を設定し、比較を可能にしますが、塩化第二鉄は意図的に厳しい腐食環境であり、すべてのプラント、海洋、または土壌環境を再現するものではありません。

溶接は、さらに別の問題を加えます。溶接継手には、熱影響部、変化した相バランス、酸化スケール、残留応力、クロムまたはモリブデンが欠乏した領域が存在する可能性があります。母材の規格から PREN を計算しても、溶接金属または熱影響部の腐食挙動を確定することはできません。二相ステンレス鋼では、フェライト相とオーステナイト相のバランス、および窒素の保持に特に注意が必要です。公称化学成分だけでは、完成した溶接部が意図した抵抗性を備えていることを検証できません。

PREN の値から予測できないこと

PREN の値から、直接的な使用寿命を予測することはできません。値が40の合金が、値が20の合金の2倍の期間使用できることを示すものではなく、「この数値を超えれば孔食は発生しない」といった普遍的な境界を定めるものでもありません。あらゆる塩化物濃度、温度、表面状態、形状、製造工程に適用できる単一の PREN 閾値は存在しません。

また、正確な孔食電位を予測することもできません。孔食電位は電気化学的に測定されるものであり、試験溶液、温度、掃引方法、表面前処理、試験片の状態によって変化します。PREN は、ある成分が別の成分より高い孔食抵抗性を示す傾向にある理由を説明するのに役立つ可能性がありますが、測定された電圧を算出するものではありません。

さらに、PREN から全面腐食に対する抵抗性を確定することもできません。均一腐食、異種金属接触腐食、エロージョン・コロージョン、応力腐食割れ、腐食疲労には、それぞれ異なる支配因子が関与します。PREN が良好な合金であっても、強酸中で許容できない全面腐食を受けたり、高温の塩化物環境で割れたり、流速によって不動態皮膜が除去される場所で損傷が加速したりする可能性があります。相の安定性や還元性酸に対する抵抗性が重要な環境を評価する際には、式にニッケルが含まれていないことが特に関係します。

この計算では、介在物、偏析、表面汚染、粗さ、鉄汚染、溶接焼け、隙間の寸法、堆積物なども完全には考慮できません。これらの要因は、名目上のバルク成分よりも支配的な局所条件を生み出す可能性があります。同じ溶解チャージの鋼から作られた、研磨済みの実験室試験片と酸化した溶接ルート部では、腐食表面の状態が同じではありません。

したがって、PREN は、使用した式、成分の基準、合金 designation とともに報告する必要があります。PREN は、塩化物に関連する局部腐食抵抗性を比較するための有用な経験的指標です。しかし、合否証明書、普遍的な腐食評価値、または ASTM G48 試験、現場固有の評価、健全な製造管理に代わるものではありません。

一般的な PREN 式

一般に用いられる孔食抵抗当量数（Pitting Resistance Equivalent Number）の計算式は、次のとおりです。

$$\mathrm{PREN}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo})+16(\%N)$$

ここで、$\%\mathrm{Cr}$、$\%\mathrm{Mo}$、$\%N$ は、それぞれ合金中のクロム、モリブデン、窒素の含有量を質量百分率で表したものです。得られる値は無次元数です。これは百分率でも、腐食速度でも、保証された供用寿命の値でもありません。

この式は、化学成分に基づく経験的な指標です。主に塩化物を含む環境における、ステンレス鋼の局部腐食、特に孔食に対する抵抗性を順位付けまたは比較するために使用されます。British Stainless Steel Association は2025年にこの形の式を再掲しており、Outokumpu は PRE または PREN を、腐食性能を直接測定する値ではなく、ステンレス鋼を比較するための指標として説明しています。一般に、値が高いほど塩化物によって誘発される局部腐食に対する抵抗性が高いことを示しますが、その比較が意味を持つのは、合金と試験条件または供用条件を併せて考慮した場合に限られます。

クロム、モリブデン、窒素の項

クロムは、ステンレス鋼が本来備える耐食性の基礎となります。空気中または酸化性の水溶液環境では、クロムによって金属表面に薄いクロム濃化不動態皮膜が形成されます。この皮膜は、鉄が溶液中へ移行する速度を低下させます。ステンレス鋼の規格では、ステンレス鋼として表示するために通常、少なくとも約10.5%のクロムが要求されますが、PREN の計算は主として、この最低値を大幅に上回るクロムを含有する合金同士を区別するために用いられます。

一般的な式では、モリブデンに3.3の係数が掛けられます。モリブデンの寄与は、特に塩化物を含む溶液中での孔食の発生および進展に対する抵抗性の向上と関連しています。クロムとモリブデンは、互いに置き換え可能な機能を果たすわけではなく、クロム含有量が多い鋼が、モリブデン含有量が多い鋼と自動的に同等になるわけでもありません。この式で各元素に個別の項が割り当てられているのは、局部腐食に対するそれぞれの影響が異なるためです。

窒素の係数は最大で、16です。適切なステンレス鋼の金属組織において、窒素は孔食抵抗性を高めると同時に、オーステナイトを強化し、相バランスに影響を及ぼします。その金属学的役割は、特に二相ステンレス鋼で重要です。二相ステンレス鋼では、窒素がフェライトと並ぶオーステナイト相の維持に寄与します。意図した効果を得るには、窒素が固溶状態または適切な合金相の中に存在していなければなりません。公称化学分析だけでは、加工、熱処理、溶接、偏析によるすべての影響を説明することはできません。

PRENへの寄与

数値上の重み付けは容易に確認できます。クロムが1質量百分率増加すると、PREN は1単位増加します。モリブデンが1質量百分率増加すると3.3単位、窒素が1質量百分率増加すると16単位増加します。したがって、2%の Mo は6.6単位、0.20%の N は3.2単位を寄与します。これらの値は、あらゆる腐食状況において窒素がクロムより物理的に「16倍優れている」ことを意味するものではありません。この特定の経験的相関関係のために選択された尺度を表しているにすぎません。

ニッケルは、この一般的な式には含まれていません。この除外は、ニッケルが金属学的または腐食に関連する重要性を持たないことを意味しません。ニッケルはオーステナイトを安定化し、相バランスに影響を及ぼし、不動態化および再不動態化に影響し、多くのオーステナイト系および二相系の鋼種に含まれています。単に、標準的な3元素 PREN 式における化学成分の項の一つではないということです。Society of Petroleum Engineers は、PREN に基づく材料選定について2025年に行った議論の中で、この区別を明確に示しました。

同じ理由から、基本形の PREN は、炭素、ケイ素、マンガン、銅、タングステン、硫黄、相の分布、介在物の量、表面状態、溶接金属の希釈を直接考慮していません。これらの要因は、2種類の鋼の計算 PREN 値が類似している場合でも、実際の局部腐食挙動に影響を及ぼす可能性があります。

簡単な比較で計算方法を示します。22.0% Cr、3.0% Mo、0.18% N を含む合金を考えます。

$$\mathrm{PREN}=22.0+3.3\left(3.0\right)+16\left(0.18\right)$$

$$\mathrm{PREN}=22.0+9.9+2.88=34.78$$

結果は通常、PREN 34.8、または PREN 35 と丸めて報告されます。この丸めを、基礎となる腐食挙動が保証できる精度水準と誤解してはなりません。

係数が 3.3 と 16 である理由

3.3 と 16 の係数は、経験的な重み付け係数です。これらは、孔食発生の基本的な熱力学方程式から導出されたものではなく、ステンレス鋼の化学成分と局部腐食抵抗性との間で観察された関係から設定されました。この式は、複数の実験的傾向を、扱いやすい数値指標に集約したものです。

クロムには係数1が割り当てられ、基準となる尺度が設定されています。モリブデンの係数が3.3とされているのは、相関関係の確立に用いられた合金組成範囲内では、モリブデン含有量の変化が、同じ量のクロム含有量の変化よりも局部腐食抵抗性に強く影響することが確認されたためです。窒素には16が割り当てられています。関連するステンレス鋼のデータにおいて、窒素の比較的小さな変化が、相対的に大きな影響と関連していたためです。

窒素の寄与

これが、少量の窒素添加によって計算値が大きく変化し得る実際的な理由です。窒素を0.10%から0.20%に増加させると、$16\times 0.10=1.6$ PREN 単位が加わります。同じ数値量である0.10質量百分率だけクロムを増加させた場合、加わるのは0.10単位にすぎません。算術は明確ですが、物理的な解釈には限界があります。この係数は、合金元素間の普遍的な換算関係を示すものではなく、フェライト系、オーステナイト系、マルテンサイト系、析出硬化系、二相系のステンレス鋼全体にわたって同一の電気化学的挙動を予測するものでもありません。

したがって、この式は、関連性のある合金群の中で順位付けを行うための慣例として扱うのが最も適切です。2021年の Metals 論文は、一般に PREN が高いほど塩化物含有溶液中での局部腐食に対する抵抗性が高くなるという、通常認められている関係を示しましたが、その関係は半定量的なものです。PREN 40 のすべての合金が、あらゆる環境で PREN 35 のすべての合金を上回るという意味ではありません。

加工によって、単純な組成に基づく順位付けが崩れることがあります。溶接熱影響部では、母材とは異なる相バランスになる場合があります。金属間化合物相、クロム窒化物、硫化物介在物、表面汚染、隙間、不適切な熱処理は、いずれも孔食発生の起点を形成する可能性があります。塩化物濃度、温度、酸性度、酸素供給量、流動、堆積物、電気化学ポテンシャルも結果に影響します。PREN は、これらの供用環境変数を表すことはできません。[3][3] Standard test methods for pitting and crevice corrosion resistance of stainless steels. ASTM International. ASTM G48, 2011.

妥当性の確認には、試験または現場条件に即した腐食評価が必要です。ASTM G48 は、規定された塩化第二鉄条件下で、孔食および隙間腐食の発生に対する抵抗性を測定し、ステンレス鋼および関連合金を比較するための実験室試験方法を規定しています。ASTM G48 の結果は、PREN 値と同じものではありません。PREN は化学成分から計算される値であり、ASTM G48 は規定された試験手順の下で測定された応答を示します。いずれも、それ単独であらゆる供用環境を再現するものではありません。

質量百分率と表記法

質量百分率質量百分率 合金中に含まれる元素の質量百分率。PRENへの入力値は、原子百分率、体積分率または小数表示の質量分率ではない。

式中のパーセント記号は、質量百分率を指します。これは原子百分率、体積分率、または不動態皮膜中に残存する元素の割合を指すものではありません。ミルシートに 20.00% Cr、2.50% Mo、0.10% N と記載されている場合、これらの質量百分率をそのまま代入します。

$$\mathrm{PREN}=20.00+3.3\left(2.50\right)+16\left(0.10\right)$$

$$\mathrm{PREN}=20.00+8.25+1.60=29.85$$

$\%\mathrm{Cr}$ という表記は、「質量百分率で表したクロム含有量」の略記です。括弧は、係数が元素項全体に乗じられることを示します。$3.3(\%\mathrm{Mo})$ を3.3%のモリブデンと読むことや、PREN の全体の値に3.3を乗じることは正しくありません。

タングステンを含む合金系、またはマンガンを低減因子として扱う比較には、この式の変形式もあります。International Stainless Steel Forum は、タングステンを含む式を2025年に次のように報告しました。

$${\mathrm{PREN}}_{\mathrm{W}}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo}+0.5\%W)+16(\%N)$$

$0.5\%W$ という表記は、タングステンの質量百分率の半分をモリブデン項に加えてから、3.3を乗じることを意味します。ISSF はまた、次の式も報告しました。

$${\mathrm{PREN}}_{\mathrm{Mn}}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo})+16(\%N)-\%\mathrm{Mn}$$

これらは、基本式に対して互換的に使用できる名称ではありません。特にタングステンを含む二相鋼種や、マンガン補正を適用する技術的な比較では、値を報告する際に使用した式を明示する必要があります。

意味のある計算を行うには、評価対象となる実際の製品または溶接部の組成を使用し、すべての入力値を同じ質量百分率の基準にそろえ、使用した式を明記してください。鋼種規格に示された化学成分の範囲からは、一つの正確な PREN 値ではなく、想定される PREN 値の範囲が得られる場合があります。計算値は、スクリーニングおよび比較のための有用な手段です。しかし、普遍的な腐食評価値ではありません。

PRENの計算方法：ステップごとの手順

一般的に使用される耐孔食当量番号（PREN）は、次の式で計算します。

$$\mathrm{PREN}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo})+16(\%N)$$

ここで、クロム、モリブデン、窒素は、重量百分率として示します。分率、原子百分率、または溶液中の質量濃度ではありません。結果は無次元の指標です。百分率ではなく、単位も付しません。

この式は、2025年に英国ステンレス鋼協会（British Stainless Steel Association）が引用した形式です。PRENは、塩化物を含む環境、特に孔食などの局部腐食に関して、ステンレス鋼を順位付けし、比較するための、経験的かつ組成に基づく指標です。計算値が大きいほど、同等の条件下では一般に高い耐性を示します。ただし、使用寿命を直接予測したり、特定の孔食電位を保証したり、腐食試験に代わったりするものではありません。

計算自体は単純です。正しい組成の基準を選択することが重要です。

材料仕様書から組成データを読み取る

一般的な鋼種表ではなく、まず材料文書を確認します。ミルシート、ヒート分析、製品仕様書、規格などには、複数の異なる種類の化学組成情報が記載されている場合があります。文書には、公称組成、規定範囲、許容最大値、最小値、または特定のヒートの実測分析値が示されることがあります。これらの値は相互に置き換えられません。

仮想的なステンレス鋼のヒート分析について、証明書に次の値が記載されているとします。

• Cr：22.10 wt%
• Mo：3.05 wt%
• N：0.185 wt%

これらの数値は、計算練習のみを目的として作成したものです。標準組成、登録鋼種、または製品データを示すものではありません。

使用するのは、クロム、モリブデン、窒素の実測含有量です。一般的なPRENの式にはニッケルは含まれません。Society of Petroleum Engineersは、2025年にこの点を明確に述べています。ニッケルはこの式に含まれていません。この省略は、ニッケルが冶金学的な影響を持たないことを意味するものではありません。選択された経験式では、ニッケルについて独立した項を割り当てていないという意味です。

記号を注意深く読み取ってください。「Cr」はクロム、「Mo」はモリブデン、「N」は窒素を意味します。合金全体の含有量、残部表示、または別のヒートの値を代入しないでください。証明書に窒素について「<0.010」と記載されている場合、それは0.010%という実測値ではなく、報告下限または上限値です。0.010%を用いた計算は仮定に基づくものであり、その旨を明示する必要があります。

結果の横に、使用した情報の基準を記載してください。例えば、「報告されたヒート分析から計算したPREN」は、「公称組成から計算したPREN」と実質的に異なります。文書に規格上の限界値しか記載されていない場合は、その事実を報告し、合金の実測PRENであるかのように結果を示さないでください。

規定範囲に基づく、2つ目の仮想的なケースを考えます。

• Cr：21.00～23.00 wt%
• Mo：2.50～3.50 wt%
• N：0.10～0.20 wt%

この範囲から、単一の組成が決まるわけではありません。各項を独立して変動させる場合、計算可能なPREN値の範囲が得られます。

計算PREN

記載された下限値を使用すると、

$$\%\mathrm{Cr}=21.00$$

$$3.3(\%\mathrm{Mo})=3.3\left(2.50\right)=8.25$$

$$16(\%N)=16\left(0.10\right)=1.60$$

$${\mathrm{PREN}}_{\mathrm{lower}}=21.00+8.25+1.60=30.85$$

記載された上限値を使用すると、

$$\%\mathrm{Cr}=23.00$$

$$3.3(\%\mathrm{Mo})=3.3\left(3.50\right)=11.55$$

$$16(\%N)=16\left(0.20\right)=3.20$$

$${\mathrm{PREN}}_{\mathrm{upper}}=23.00+11.55+3.20=37.75$$

得られた30.85～37.75という区間は、記載された限界値に基づく数学的な包絡範囲です。合金元素がすべて同時に各限界値に達するとは限らず、仕様書が追加の制約を課している場合もあるため、実際のヒートの範囲であるとは限りません。それでも、最大値から単一の数値を算出すると、特定の材料に対応する値を過大評価する可能性がある理由を示しています。

公称値を用いると、3つ目の結果が得られます。仮想的な公称組成がCr 22.00%、Mo 3.00%、N 0.15%である場合、

$$\text{クロムの寄与}=22.00$$

$$\text{モリブデンの寄与}=3.3\left(3.00\right)=9.90$$

$$\text{窒素の寄与}=16\left(0.15\right)=2.40$$

$$\mathrm{PREN}=22.00+9.90+2.40=34.30$$

この34.30は、公称組成に基づく計算値であり、その組成範囲で販売または製造されたすべてのヒートを測定した値ではありません。

単位を変更せずに値を代入する

係数3.3および16は、重量百分率で入力する値に対応しています。百分率を10進数の分率として入力すると、答えが100分の1になり、よくある誤りにつながります。

上記の仮想的なヒート分析を使用すると、

\[ \%Cr=22.10,\quad \%Mo=3.05,\quad \%N=0.185 \]

各寄与を個別に計算します。

$$\text{クロムの寄与}=22.10$$

$$\text{モリブデンの寄与}=3.3\left(3.05\right)=10.065$$

$$\text{窒素の寄与}=16\left(0.185\right)=2.960$$

次に、これらを合計します。

$$\mathrm{PREN}=22.10+10.065+2.960=35.125$$

報告する前に、丸め規則を決め、一貫して適用してください。

同じ計算を10進数の質量分率で行う場合は、別の形式の式が必要です。例えば、22.10 wt%は分率では0.2210ですが、これを記載された式にそのまま代入すると、

$$0.2210+3.3\left(0.0305\right)+16\left(0.00185\right)=0.35125$$

となります。これは、出典の式で示されるPRENの規約に従った値ではありません。この式が要求するのは0.2210、0.0305、0.00185ではなく、22.10、3.05、0.185です。

実験室報告書が百万分率（ppm）を使用している場合も、単位換算が重要です。質量基準で1,850 ppmの窒素は、次のように0.185 wt%に相当します。

$$1850\mathrm{ppm}÷\mathrm{10,000}=0.185\%$$

この換算を行った後に、0.185を式に代入してください。窒素が0.0185%と報告されている場合は、185 ppmに相当し、窒素の寄与は異なる値になります。

タングステンを含むステンレス鋼について、International Stainless Steel Forumは次の式を示しています。

$${\mathrm{PREN}}_{\mathrm{W}}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo}+0.5\%W)+16(\%N)$$

タングステン項は、モリブデンの括弧内に入れる必要があります。Cr 24.00%、Mo 3.00%、W 2.00%、N 0.20%という、明確に仮想的な組成については、

$$\text{クロムの寄与}=24.00$$

$$\text{修正Mo項}=3.3(3.00+0.5(2.00\left)\right)=3.3\left(4.00\right)=13.20$$

$$\text{窒素の寄与}=16\left(0.20\right)=3.20$$

$${\mathrm{PREN}}_{\mathrm{W}}=24.00+13.20+3.20=40.40$$

通常のPRENを、黙ってPREN_Wに置き換えないでください。どの式を使用したかを明示してください。

ISSFは、マンガン調整形も報告しています。

$${\mathrm{PREN}}_{\mathrm{Mn}}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo})+16(\%N)-\%\mathrm{Mn}$$

Cr 22.00%、Mo 3.00%、N 0.15%、Mn 1.00%という仮想値の場合、各項は22.00、9.90、2.40、−1.00です。したがって、

$${\mathrm{PREN}}_{\mathrm{Mn}}=22.00+9.90+2.40-1.00=33.30$$

報告書には、式の名称と組成の基準を記載してください。

丸め、有効数字、報告

計算中は余分な桁を保持し、最後に結果を丸めてください。仮想的なヒート分析では、丸める前の結果は35.125です。PREN 35.13と報告すれば小数点以下2桁を維持できます。一方、組成データが小数点以下2桁を正当化しない場合は、PREN 35.1とする方が控えめです。

報告する桁数は、入力値の精度を反映させる必要があります。クロムが22%、モリブデンが3%、窒素が0.2%としか報告されていない場合、35.127のような結果は過剰な精度を示します。公称値または丸めた入力値を明示した上で、「計算PREN ≈35」と記載するのが妥当です。

各寄与を早い段階で丸めないでください。ヒート分析の例では、モリブデンの寄与を10.065から10.1に、窒素の寄与を2.960から3.0に丸めてから合計すると35.1になります。一方、元の値を保持すると35.125です。ここでの差は小さいものの、境界付近の比較では影響する可能性があります。

完全な報告書では、式、組成の出典、丸めの規約を明示する必要があります。例えば、「PREN = 35.13。報告されたヒート分析に基づき、PREN = %Cr + 3.3(%Mo) + 16(%N)を使用して計算。入力値はwt%。小数点以下2桁に丸めた」と記載します。公称値、仕様上の最小値、または最大値を使用した場合は、その旨を明確に述べてください。

最後に、計算は検証ではありません。ASTM G48は、規定された塩化第二鉄条件下で、ステンレス鋼および関連合金の孔食およびすき間腐食の開始に対する耐性を比較するための実験室試験方法を規定しています。実際の性能は、微細組織、介在物、溶接、表面状態、温度、塩化物濃度、酸素の利用可能性、すき間形状などにも左右されます。PRENは、組成に基づく耐性の可能性を比較するのに役立ちますが、あらゆる使用環境を再現するものではありません。

クロム、モリブデン、窒素が重要な理由

一般に使用されている耐孔食指数（Pitting Resistance Equivalent Number）は、次の式で計算されます。

$$\mathrm{PREN}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo})+16(\%N)$$

合金元素の含有量は質量百分率です。この算術式でクロム、モリブデン、窒素に異なる係数が与えられているのは、各元素が、経験的な比較を通じて、塩化物によって誘発されるステンレス鋼の局部腐食に対する抵抗性と関連付けられてきたためです。この式は機構論的な法則ではなく、組成を直接、使用寿命の予測値に変換するものでもありません。合金を順位付けしたり比較したりするための、組成に基づく指数です。

British Stainless Steel Associationは2025年に上記の式を示しました。一方、Outokumpuは「PREまたはPREN」を、孔食に対するステンレス鋼の耐性を順位付けし、比較するために用いられる組成ベースの指数として説明しています。比較の方向性は有用です。すなわち、計算値が高いほど、一般に塩化物を含む溶液中での局部的な腐食攻撃に対する抵抗性が高いことを示します。ただし、この数値は評価の一部分にすぎません。実際の性能は、ミクロ組織、熱処理、表面状態、介在物、溶接、すき間の形状、温度、塩化物濃度、pH、酸化性条件、流動などによって変化します。

クロムと不動態皮膜の形成

クロムが式の最初の項になっているのは、ステンレス鋼の不動態化の化学的基盤を担うためです。鉄-クロム合金が空気または水溶液環境にさらされると、表面のクロムは、薄く密着性の高い酸化物に富む不動態皮膜の形成を促進します。この皮膜によって、非合金化鉄や通常の炭素鋼と比較して、下地合金の溶解速度は大幅に低下します。したがって、ステンレス鋼は腐食しない鋼ではありません。その有用な特性は、皮膜が形成され、表面に付着し続け、軽微な損傷後に自己修復することに依存しています。

約10.5%というよく知られたクロム含有量のしきい値は、多くの技術的文脈におけるステンレス鋼の定義と関連しています。ただし、正確な挙動は合金の化学組成と環境によって異なります。クロム含有量を増やすと、一般に不動態皮膜を形成・維持する能力が高まります。そのため、基本的なPREN式ではクロムの係数が1とされています。しかし、この係数を、あらゆる状況でクロムがモリブデンや窒素より重要でないことの証拠と解釈してはなりません。クロムは、他の合金元素の効果が作用する前提となる不動態状態を確立します。

局部腐食は、不動態化した表面の小さな領域が不安定になったときに始まります。塩化物イオンは、欠陥、介在物、すき間、損傷部などに濃縮することがあり、その結果生じる電気化学セルによって、表面の大部分が不動態状態を保っている間にも、孔食が成長することがあります。クロム含有量が高いほど、一般にこの遷移に対する合金の抵抗性は向上します。しかし、合計クロム含有量だけでは、クロムの分布全体を表すことはできません。クロム窒化物やクロム炭化物として固定されたクロムは、影響を受ける表面において、周囲の母相中で利用可能なクロムと同等ではありません。このため、相当な公称PRENを有する場合でも、鋭敏化、不適切な溶接施工、または不適切な熱処理によって局部腐食が生じることがあります。

EN 1.4016（一般にX6Cr17と呼ばれる）などのフェライト系鋼種は、不動態化をクロムに大きく依存していますが、高合金鋼種と比較すると、モリブデンと窒素の含有量は少ないか、ほとんど含まれていません。EN 1.4301（X5CrNi18-10）やEN 1.4404（X2CrNiMo17-12-2）などのオーステナイト系鋼種は、クロムを組成全体との関係で考慮しなければならない理由を示しています。後者はクロムに加えてモリブデンを含むため、計算上のPRENは一般的な304系合金より高くなります。この比較は有益ですが、絶対的なものではありません。

モリブデンと局部破壊に対する抵抗性

一般的な式では、モリブデンに3.3の係数が割り当てられています。

$$3.3(\%\mathrm{Mo})$$

この重み付けは、塩化物を含む環境における孔食の発生および進展に対する抵抗性と、モリブデンが強く経験的に関連していることを反映しています。モリブデンは、単純に不動態皮膜を「厚く」するわけではありません。その効果は一般に、塩化物による攻撃が始まった部位における不動態状態の安定性と修復性を高め、局部的な溶解の深刻さを軽減するものとして説明されます。正確な機構は、合金組織、電位、環境によって異なるため、この係数はモリブデンの物理的作用を普遍的に示す尺度ではなく、経験的な比較係数として扱うべきです。

この区別は、鋼種を比較する際に重要です。EN 1.4404（X2CrNiMo17-12-2）は、規定された組成範囲内に約2%のモリブデンを含みます。一方、EN 1.4301（X5CrNi18-10）は、耐食性をモリブデンに意図的に依存していません。代表的な化学組成を用いた公称計算では、モリブデンを含む鋼種のPRENが高くなります。この結果は、塩化物を含む環境において通常見られる同鋼種の優位性と整合しますが、特に温かく高濃度の塩化物溶液中や、堆積物・すき間の下では、孔食に対する完全な免疫を保証するものではありません。

モリブデンは、フェライト系、オーステナイト系、二相ステンレス鋼にも含まれます。二相鋼種では、EN 1.4462（X2CrNiMoN22-5-3）のような組成に伴う高い局部腐食抵抗性に、この元素が寄与します。しかし、二相鋼の溶接部や熱影響部で測定される挙動は、適切に溶体化焼鈍された母材の挙動と異なる場合があります。相バランス、金属間化合物相、窒素の分布、クロムとモリブデンの分配は、いずれも重要です。バルクの化学組成に基づく計算では、こうした局所的な状態を検出できません。

International Stainless Steel Forumは、タングステンを含む次の形式を報告しています。

$$\mathrm{PRENW}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo}+0.5\%W)+16(\%N)$$

ここでは、モリブデンに関連する項の内部で、タングステンにはモリブデンの半分の寄与が与えられています。ISSFは、マンガンを調整した次の式も報告しています。

$$\mathrm{PRENMn}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo})+16(\%N)-\%\mathrm{Mn}$$

これらの変形式は、PRENの規約が互換性のある呼称ではないことを示しています。特にタングステンを含む合金や高マンガン合金では、どの式を選択したかを明示すべきです。

ステンレス鋼の合金設計における窒素

一般的な式では、窒素に最大の係数である16が与えられています。

$$16(\%N)$$

この大きな係数は、あらゆる冶金現象において窒素がクロムの16倍重要であることを意味しません。これは、この式が開発された合金および試験データにおいて、質量百分率1単位当たりの経験的寄与を表したものです。窒素は局部腐食に対する抵抗性を高め、オーステナイトを安定化し、二相ステンレス鋼の相バランスに影響を及ぼすことがあります。これらの効果により、窒素は現代の合金設計において特に重要です。

二相ステンレス鋼では、窒素がオーステナイト相の安定化に寄与する一方、クロムとモリブデンはフェライト相の耐食性を支えます。目標は、単に窒素の数値を高くすることではありません。合金は、製造、溶接、冷却後に適切なフェライト-オーステナイトバランスを維持する必要があります。溶接中の窒素の損失や再分配は、溶接金属および熱影響部に影響を及ぼす可能性があります。また、過度の熱曝露によって、周囲の母相からクロムまたはモリブデンを消費する望ましくない析出物が生成することがあります。したがって、計算上のPRENが高い二相鋼種であっても、加工後のミクロ組織が不適切であれば、局部腐食を受ける可能性があります。

窒素は、高合金オーステナイト系鋼種の耐食性と強度にも寄与します。EN 1.4410（X2CrNiMoN25-7-4）のような合金では、窒素は相当量のクロムおよびモリブデンを含む、慎重に調整された組成の一部です。実用環境における窒素の役割は、これらの元素と組み合わさったものであり、それらから分離して考えることはできません。同じ公称窒素添加量であっても、それが母相中に固溶したままなのか、窒化物を形成するのか、あるいは偏析した化学組成の影響を受けるのかによって、結果は異なる場合があります。

Society of Petroleum Engineersが2025年に述べたように、ニッケルは基本的なPREN式には含まれていません。この省略は、ニッケルが冶金学的に重要でないことを意味するものではありません。ニッケルは、オーステナイトの安定性、相バランス、変態挙動、全般腐食性能に影響を及ぼします。しかし、基本指数は、局部腐食抵抗性を比較するために用いられる主要な組成項を中心に構成されています。したがって、ニッケルがステンレス鋼の重要な合金元素であるという理由だけで、式に加えることはできません。

PRENの計算と腐食の検証は、別々の作業です。ASTM G48は、規定された塩化第二鉄条件下で、孔食およびすき間腐食の発生に対する抵抗性を測定し、ステンレス鋼および関連合金を比較するための試験方法を定めています。これらの試験は、管理された条件下で材料を識別できますが、あらゆる塩化物溶液、堆積物、溶接部、表面仕上げ、使用温度を再現するものではありません。PRENは、合金比較を整理するのに役立ちます。しかし、ASTM G48試験、現場での実績、または実際の使用環境の評価に取って代わるものではありません。

PRENW：タングステン含有型

PRENWの表現

PRENWPRENW タングステン含有PRENの慣例。タングステンの質量百分率の半分をモリブデン項に加えてから、3.3を乗じる。

孔食指数当量（PREN）のタングステン含有型は、次のように表されます。

$${\mathrm{PREN}}_{\mathrm{W}}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo}+0.5\%W)+16(\%N)$$

すべての組成値は質量百分率です。この表現は、英国ステンレス鋼協会（BSSA）、国際ステンレス鋼フォーラム（ISSF）、および引用した2021年の Metals 論文によって、タングステンを含有するステンレス鋼を比較するための一つの変形式として報告されています。すべてのステンレス鋼の組成に自動的に適用すべき代替式ではありません。

本稿の別の箇所で説明している通常の表現は、次のとおりです。

$$\mathrm{PREN}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo})+16(\%N)$$

相違点は、タングステンの扱いに限られます。クロム、モリブデン、窒素は引き続き有効な項であり、ニッケルはいずれの式にも含まれません。石油技術者協会（Society of Petroleum Engineers）は2025年、ニッケルはPREN式に含まれないと述べています。この省略は、ニッケルが冶金学的に重要でないことを意味しません。ニッケルは、相バランス、オーステナイトの生成、機械的性質、および特定の微細組織の腐食挙動に影響します。意味するのは、経験的なこの指数において、ニッケルには係数が割り当てられていないということだけです。

したがって、PRENWは組成に基づく比較ツールであり、普遍的な腐食評価値ではありません。Outokumpuは、PREまたはPRENを、耐孔食性に基づいてステンレス鋼を順位付けし、比較するための指数と説明しています。同様に、2021年の Metals 論文は、PRENが高いほど、塩化物を含む溶液中で局部腐食に対する抵抗性が一般に高くなると報告しています。ここで「一般に」という語が重要です。この値は、採用した規約の下で組成を順位付けするものであり、使用寿命、保証された孔食電位、または安全な塩化物濃度を直接算出するものではありません。

タングステンを含む規約は、タングステンを意図的な合金添加元素として含むステンレス鋼の系統を比較する場合に、特に重要です。このような比較には、二相系およびフェライト系の鋼種のほか、その他の高合金ステンレス鋼も含まれます。計算には、その鋼種について認証または規定された組成を使用し、比較するすべての合金に同じ規約を適用する必要があります。一方の鋼に標準的なPREN値を用い、別の鋼にPRENW値を用いると、材料そのものではなく式の違いに起因する見かけ上の差が生じる可能性があります。

例えば、25.0% Cr、3.0% Mo、0.7% W、0.25% Nを含む仮想的な組成を考えます。タングステンを無視する通常の式では、結果は次のようになります。

$$25.0+3.3\left(3.0\right)+16\left(0.25\right)$$

$$=25.0+9.9+4.0=38.9$$

PRENWでは、同じ組成について次のようになります。

$$25.0+3.3(3.0+0.5(0.7\left)\right)+16\left(0.25\right)$$

$$=25.0+3.3\left(3.35\right)+4.0$$

$$=25.0+11.055+4.0=40.055$$

差は指数単位で1.155です。この差は、この規約に基づいて0.7%のタングステンに割り当てられる寄与であり、臨界孔食温度の測定上の上昇でも、実環境での性能の直接的な予測でもありません。

モリブデン項に含まれる0.5Wの寄与

括弧内に $0.5\%W$ を置くことは、誤って解釈されやすい点です。これは、タングステンが質量百分率1%ごとにPRENを0.5単位増加させるという意味ではありません。括弧内の項全体に3.3が乗じられます。

式を代数的に展開すると、重み付けが明確になります。

$${\mathrm{PREN}}_{\mathrm{W}}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo}+0.5\%W)+16(\%N)$$

$${\mathrm{PREN}}_{\mathrm{W}}=\%\mathrm{Cr}+3.3\%\mathrm{Mo}+3.3(0.5\%W)+16\%N$$

$${\mathrm{PREN}}_{\mathrm{W}}=\%\mathrm{Cr}+3.3\%\mathrm{Mo}+1.65\%W+16\%N$$

したがって、この規約では、タングステンが1質量百分率増加するとPRENは1.65単位増加します。Wを0.5%含む組成では、タングステン項は次のようになります。

$$1.65\left(0.5\right)=0.825$$

Wを1.0%含む組成では1.65単位、2.0%含む場合は3.30単位が加算されます。この係数は比較計算のための規約であり、すべての合金、相バランス、または塩化物環境において、タングステンとモリブデンが同一の効果を示す証明と解釈すべきではありません。

この区別が重要なのは、この式が複数の冶金学的効果を一つの数値に集約しているためです。タングステンは、特にクロムおよびモリブデンとの組合せにおいて、不動態皮膜の安定性や化学的性質に影響する可能性があります。しかし、その応答は、偏析、介在物、熱処理、相分布、表面状態、局所環境にも左右されます。例えば二相ステンレス鋼では、フェライトとオーステナイトが同一の合金元素含有量を持たない場合があります。バルク組成をPRENWに代入しても、いずれかの相でクロム、モリブデン、または窒素が局所的に欠乏しているかどうかは示せません。

また、この式は合金中のタングステンをモリブデンに変換するものでもありません。3% Moと1% Wを含む鋼は、あらゆる点で3.5% Moを含む鋼と化学的に同等ではありません。PRENWでは、これらの項について両組成に同じ増分の指数寄与を割り当てます。すなわち、3.3(3.0 + 0.5)は11.55となります。しかし、両者の相の化学組成、製造履歴、局部腐食への応答は、なお異なる可能性があります。

このため、PRENWを報告する際には計算過程を示すべきです。「この鋼種のPRENは40である」とだけ記載すると、計算に1.65Wを使用したのか、タングステン項を含めなかったのか、あるいは別の公表規約を用いたのかが不明になります。透明性のある報告では、式、組成の根拠、計算中に保持した小数点以下の桁数を明示し、結果がPRENなのかPRENWなのかを記載する必要があります。

タングステン含有型を明示すべき場合

タングステンを計算に含める場合、情報源が値をPRENWと表記している場合、また、タングステンを実質的に添加した鋼種と、タングステンをほとんど、またはまったく含まない鋼種を比較する場合には、タングステン含有型であることを明示すべきです。これは、タングステンを含む二相ステンレス鋼に関する規格やデータシート、例えば規定化学成分にタングステンを含むUNS S32760などの鋼種を扱う場合に、特に重要です。ただし、許容される組成は個別の製品規格が規定するため、計算に使用するべきなのは、規定値ではなく溶解分析値です。

このラベルは、技術報告書、材料選定文書、腐食試験の比較結果にも記載すべきです。明確な記載例は、次のとおりです。「PRENWは、質量百分率で表した溶解分析値を用い、%Cr + 3.3(%Mo + 0.5%W) + 16(%N)として計算した。」タングステンを含めなかった場合は、通常の式を使用したことを次のように明記します。「PRENは、%Cr + 3.3(%Mo) + 16(%N)として計算した。」鋼種に検出可能な量のWが含まれているというだけの理由で、タングステン補正を黙って加えてはなりません。

この最後の点は不可欠です。通常のPREN表現は、タングステンを含まない比較、またはタングステンを寄与項として扱わない比較を含め、多くのステンレス鋼の比較において、依然として適切な規約です。ISSFは、マンガンで補正したPRENMnも報告しています。

$${\mathrm{PREN}}_{\mathrm{Mn}}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo})+16(\%N)-\%\mathrm{Mn}$$

PRENWおよびPRENMnが存在することは、「PREN」がすべての文献で一つの不変の式を意味するわけではないことを示しています。添字は、どの組成規約が選択されたかを読者に伝えます。情報源がタングステン含有鋼種について添字のない値を示している場合は、推測せず、計算の根拠を確認すべきです。

最後に、PRENWは、塩化物を含む条件下での局部腐食抵抗性を順位付けするための指数であり、実際の使用環境における部品の妥当性を検証するものではありません。ASTM G48は、規定された塩化第二鉄条件下で孔食およびすき間腐食の発生に対する抵抗性を測定することにより、ステンレス鋼および関連合金を比較するための試験方法を規定しています。これらの試験は、計算に基づく比較を裏付けることはできますが、実環境で見られる温度、塩化物活量、堆積物、溶接、すき間、酸素供給、機械的損傷のあらゆる組合せを再現するものではありません。

より高いPRENWは、関連する比較対象の範囲内で、より高い抵抗性が期待されることを裏付ける場合があります。しかし、タングステン含有鋼種があらゆる塩化物環境で腐食に耐えることを保証するものではなく、試験や設計レビューの必要性をなくすものでもありません。変形式を明示し、計算過程を示し、結果を普遍的な腐食評価値ではなく、経験的な根拠として扱ってください。

PRENMnとマンガンの取り扱い

PRENMnは、マンガンを調整した孔食抵抗当量数（pitting resistance equivalent number）です。その目的は、すべてのステンレス鋼についてPRENを再定義することではなく、マンガンを局部腐食抵抗を低下させる要因として扱う場合に、組成に基づく別の比較手段を提供することにあります。この区別が重要なのは、マンガンが多くのステンレス鋼組成に含まれている一方で、一般的なPRENの式には含まれていないためです。

PRENは、依然として経験的な指標です。2021年の Metals 論文で報告されているように、一般に数値が高いほど塩化物を含む溶液中での局部腐食に対する抵抗性が高いことを示します。しかし、この数値は供用寿命の予測値でも、保証された孔食電位でも、腐食試験の代替でもありません。マンガン項は算出される指標を変えるだけであり、計算を直接的な腐食モデルに変えるものではありません。

ISSFのPRENMn式

International Stainless Steel Forum（ISSF）は、マンガン調整後の式を次のように示しています。

$${\mathrm{PREN}}_{\mathrm{Mn}}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo})+16(\%N)-\%\mathrm{Mn}$$

これは、ISSFが2025年の刊行物 Duplex Stainless Steels で示した正確な形式です。クロム、モリブデン、窒素およびマンガンは、質量百分率で表します。マンガン含有量は係数1で直接減算されます。

この構成では、同じ化学分析値を用いた場合、一般的な式よりも低い値になります。

$$\mathrm{PREN}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo})+16(\%N)$$

British Stainless Steel Associationは、2025年にこの一般的な式を公表しました。この式では、マンガンに直接対応する項はありません。その理由は、マンガンが冶金学的に重要でないからではありません。マンガンは、オーステナイトの安定性、窒素の溶解度、相バランス、介在物および不動態皮膜の組成に影響を及ぼします。また、局部腐食への影響は、合金系全体や加工履歴にも左右されます。一般的なPREN式は、単に、主な項をクロム、モリブデンおよび窒素とする、確立された経験的慣行なのです。

22.0% Cr、3.0% Mo、0.18% Nおよび2.0% Mnを含む鋼の分析値を考えます。一般的な計算は次のとおりです。

$$22.0+3.3\left(3.0\right)+16\left(0.18\right)=34.38$$

ISSFのPRENMn式を適用すると、次のようになります。

$$22.0+3.3\left(3.0\right)+16\left(0.18\right)-2.0=32.38$$

この2つの数値は同じ溶解を表していますが、同じ指標ではありません。式を明示せずに、両方を単に「PREN 34.4」および「PREN 32.4」と呼ぶと、誤った比較を招くおそれがあります。

この取り扱いは、マンガン含有量が異なる二相系、フェライト系およびその他のステンレス鋼系統を比較する場合に、特に重要です。例えば、一般に2205二相ステンレス鋼として知られるUNS S32205は、従来のPREN関係式を用いて論じられることが多くあります。明示的にその慣行を選択する場合には、マンガン調整値を算出することもできます。ただし、いずれの結果も、その鋼種固有の腐食評価として唯一のものだと示すべきではありません。実際の挙動は、相バランス、偏析、熱処理、表面状態、溶接部の微細組織および塩化物環境に依存します。

ニッケルは、一般的なPREN式にもISSFのPRENMn式にも含まれていません。Society of Petroleum Engineersは、「ニッケルは式に含まれていない」と述べています。この省略は、ニッケルが冶金学的に重要でないことを意味しません。ニッケルは、とりわけ相の安定性やフェライト・オーステナイトのバランスに影響しますが、PREN系の式ではニッケルに数値係数を割り当てていません。

式のバリエーションを明示すべき理由

PRENMn、通常のPRENおよびタングステンを含むPRENWは、相互に関連する慣行ではありますが、置き換え可能な式ではありません。ISSFは、PRENWを次のように示しています。

$${\mathrm{PREN}}_W=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo}+0.5\%W)+16(\%N)$$

したがって、タングステン項はモリブデン相当量の括弧内で0.5倍されます。一方、PRENMnではマンガンが括弧の外側で減算されます。「PREN = 40」とだけ記載した報告書では、その数値がどの関係式から得られたのかが分かりません。

組成の基準も、式と併記する必要があります。計算では、入力値が公称鋼種限界値、規定製品化学成分、出鋼分析値、確認分析値または局所的に測定された組成のいずれであるかを明記すべきです。規格やデータシートには、単一の化学分析結果ではなく、通常は範囲が記載されています。各範囲の中央値を代入すれば、簡便な推定値を得られますが、認証された溶解分析値から計算することと同じではありません。窒素については、16倍されるため、特に注意が必要です。モリブデンは3.3倍されます。

単位についても、同じ厳密さが必要です。これらの式では、質量分率を小数で表した値ではなく、質量百分率を使用します。22% Crに対して22.0ではなく0.22を入力すると、クロムの寄与がほぼ2桁小さくなります。この計算慣行における「%Cr」という表記は、質量百分率で表したクロム含有量を意味します。

丸めについても明示する必要があります。各組成値を計算前に丸める場合、分析値の桁を最終段階まで保持する計算とは結果が異なる可能性があります。したがって、適切な報告書では、式、組成の出典と基準、該当する場合は計算日または文書改訂版、そして最終的な丸め規則を示します。「PRENMn = 32.4、ISSF式、質量百分率の溶解分析値、小数第1位に丸めた」と記載すれば再現可能です。「PRENは約32」とだけ記載するのでは不十分です。

マンガンの減算は、すべてのステンレス鋼に適用すべき普遍的な補正として解釈すべきではありません。ISSFの式は、特定の比較枠組みにおける経験的な慣行です。これをニッケルに富むオーステナイト系鋼、フェライト系鋼または二相系鋼に適用しても、微細組織や腐食履歴の違いがなくなるわけではありません。また、あらゆる環境において、マンガンが追加の質量百分率1%ごとにPRENを正確に1ポイント低下させることを示すものでもありません。

異なる慣行で算出した結果の比較

比較が意味を持つのは、同じ化学分析値を、明確に特定した式に適用した場合に限られます。25.0% Cr、4.0% Mo、0.30% N、2.0% Mnおよび0.5% Wを含む合金を考えます。一般的なPRENは次のとおりです。

$$25.0+3.3\left(4.0\right)+16\left(0.30\right)=40.60$$

マンガン調整後の値は次のようになります。

$$40.60-2.0=38.60$$

タングステンを含む式による値は次のとおりです。

$$25.0+3.3(4.0+0.5\times 0.5)+16\left(0.30\right)=41.425$$

小数第1位に丸めると、それぞれ40.6、38.6および41.4になります。この差は、3種類の異なる鋼によるものではなく、慣行の違いによって生じています。各数値のラベルを付けずに報告すると、PRENWがPRENMnより高い抵抗性を示しているように見える可能性があります。しかし、これらの式は異なる経験的比較上の問いに答えているのです。

同じ理由から、UNS S32750、UNS S32205およびUNS S31603を比較する表では、見出しまたは近接する注記に式を記載すべきです。通常のPREN、PRENWおよびPRENMnを混在させた「PREN値」の表は、各項目に式が明記されていない限り、方法論的に妥当ではありません。特に、鋼種間でクロム、モリブデンおよび窒素の含有量が近い一方、タングステンまたはマンガンの含有量が異なる場合には、順位そのものが変わる可能性があります。

計算には、なお検証が必要です。ASTM G48は、規定された塩化第二鉄条件下で、孔食および隙間腐食の開始に対する抵抗性を測定することにより、ステンレス鋼および関連合金を比較するための試験方法を定めています。これらの試験では、管理された手順の下で試験片を比較できますが、あらゆる実使用環境を再現するものではありません。塩化物濃度、温度、酸素の供給状況、堆積物、隙間、溶接、表面仕上げおよび曝露時間によって、結果は変化し得ます。

したがって、PRENMnは普遍的な腐食評価ではなく、特定された指標として報告すべきです。その慣行を意図する場合にはISSF式を使用し、確立された比較基準である場合には通常のPREN式を保持してください。また、異なる式による結果を、各数値の計算方法を示さずに同じ順位付けへ組み入れてはなりません。

フェライト系、二相系およびその他のステンレス鋼における PREN

孔食抵抗当量数（Pitting Resistance Equivalent Number：PREN）は、フェライト系、二相系、オーステナイト系、マルテンサイト系など、複数のステンレス鋼ファミリーにわたって使用されています。しかし、広く使用されているからといって、PRENが万能な腐食評価指標になるわけではありません。PRENは依然として、塩化物を含む環境における局部腐食への抵抗性を比較するための、経験的な組成ベースの指標です。

一般的に報告されている計算式は次のとおりです。

$$\text{PREN}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo})+16(\%N)$$

クロム、モリブデン、窒素は質量百分率で入力します。British Stainless Steel Associationは、2025年に公表したPREN計算の解説でこの式を示しています。一般に、算出値が高いほど、塩化物によって誘発される孔食に対する抵抗性が高いことを示します。これは、クロムに加えて、モリブデンと窒素が計算値に大きく寄与するためです。MDPIが発行した2021年の Metals 論文も、塩化物を含む溶液中では、PRENが高いほど局部腐食に対する抵抗性が高くなるという関係を説明しています。

この数値は、孔食電位、耐用年数の予測値、または合否判定限界値ではありません。Outokumpuは「PREまたはPREN」を、「ステンレス鋼の耐孔食性を順位付けし、比較するために用いられる、組成ベースの指標」と説明しています。この表現は重要です。PRENは、定められた解釈のもとで組成を比較するものであり、溶接、表面汚染、熱処理、隙間、堆積物、温度、酸性度、酸素濃度、流動などの影響を再現するものではありません。

ニッケルは、相バランスその他の冶金的および腐食特性に影響を及ぼすにもかかわらず、一般的なPRENの式には含まれない。 Limited evidence

一般的な計算式にはニッケルは含まれていません。Society of Petroleum Engineersは、2025年にこの点を明確に指摘しています。ニッケルは依然として、相の安定性、オーステナイトの形成、靭性、全般腐食挙動に影響します。しかし、ニッケルが式に含まれていないため、PRENを合金の完全な特性記述として扱うことはできません。

フェライト系ステンレス鋼

フェライト系ステンレス鋼は、体心立方構造のフェライト母相を有し、一般にクロムを主要な合金元素として設計されています。鋼種および想定される使用条件に応じて、組成にはモリブデン、窒素、チタン、ニオブなどの元素が加えられる場合もあります。一般的なPRENの計算式はクロム、モリブデン、窒素を使用するため、他のステンレス鋼と同様にフェライト系鋼種にも適用できます。

この計算は、フェライト系の組成を比較尺度上に位置付けるうえで有用です。しかし、フェライト系ステンレス鋼をオーステナイト系または二相系ステンレス鋼と区別する冶金学的特徴を無視するものではありません。算出されたPREN値が別のファミリーの鋼種と同程度であっても、フェライト系鋼種は溶接、熱曝露、表面損傷に対して異なる反応を示す可能性があります。結晶粒構造、析出物、溶接部の化学組成、保護皮膜の状態は、いずれも観察される孔食発生に影響し得ます。

フェライト系ファミリーには、EN 1.4003、EN 1.4016、EN 1.4521などの鋼種記号が含まれます。また、より高合金のフェライト系組成は、その他の国、地域、製品規格でも規定されています。これらの鋼種記号を、単一の腐食クラスを示す互換可能な名称として扱ってはなりません。それぞれは、規定された化学成分範囲および製品区分を示すものであり、実際のPREN計算には、評価対象材料に該当する組成を使用する必要があります。

公称鋼種記号は、単一の正確な分析値ではなく、範囲を示している場合があります。そのため、同じ仕様を満たす2つの溶解材でも、算出されるPREN値がわずかに異なる可能性があります。供給者の証明書にクロム、モリブデン、窒素の実測含有量が記載されている場合は、それらの値を式に代入できます。公称値または最大値しか入手できない場合、算出結果はそれらの前提に基づく推定値となります。

フェライト系ステンレス鋼は、表面状態が重要である理由も示しています。研削、酸洗い、研磨、鉄汚染への曝露は、母材のPRENを変えずに、塩化物溶液に接する表面の状態を変化させる可能性があります。同じ溶解材から製造された鋼であっても、機械的に損傷した表面や汚染された表面は、清浄で適切に処理された表面より早く腐食が始まることがあります。PRENはこの違いを考慮できません。

International Stainless Steel Forum（ISSF）が公表したフェライト系ステンレス鋼に関する指針では、PRENを、ステンレス鋼製品間の局部腐食抵抗性を組成との関連で論じるための一つの方法として示しています。したがって、PRENは比較の補助指標として読むべきであり、特定の算出値を有するすべてのフェライト系鋼種が実使用中に同一の挙動を示す証拠とみなすべきではありません。

二相系ステンレス鋼

二相系ステンレス鋼は、フェライト相とオーステナイト相の両方を含みます。その性能は、バルクの化学組成だけでなく、これらの相のバランス、分布、状態にも依存します。二相系ファミリーには、EN 1.4462や、該当する製品規格で適用対象として規定されている対応するUNS記号であるUNS S31803およびUNS S32205などが含まれます。より低合金の二相系鋼種や、より高合金の二相系鋼種には、別の正確な鋼種記号が用いられます。鋼種記号だけで、該当する化学成分および製品要件を確認する必要がなくなるわけではありません。

二相系ステンレス鋼の議論でPRENが特に広く用いられるのは、窒素、クロム、モリブデンが局部腐食抵抗性に重要だからです。窒素はオーステナイトの形成を助けるとともに、式中で大きな係数を持つ項に寄与します。モリブデンとクロムは、それぞれ他の項を通じて寄与します。タングステンを含む二相系組成について、ISSFの2025年二相系文書は、次の代替式を示しています。

$${\text{PREN}}_W=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo}+0.5\%W)+16(\%N)$$

ここでは、モリブデンに関連する項の中で、タングステンをその質量百分率の半分として含めています。この式を通常のPREN計算式と無造作に混同してはなりません。報告値には、PRENまたはPREN${}_W$のどちらを使用したかを明記すべきです。

同じISSF文書は、マンガンを調整した次の式も示しています。

$${\text{PREN}}_{\mathrm{Mn}}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo})+16(\%N)-\%\mathrm{Mn}$$

この形式は、二相系組成を含む比較においてマンガンを考慮しようとするものです。これは従来の式によるPRENと同じ指標ではありません。PREN${}_{\mathrm{Mn}}$で算出した数値結果は、そのように表示する必要があります。そうしなければ、無標記の通常のPRENと直接比較した際に、実際以上の精度があるという誤った印象を与える可能性があります。

二相系の冶金学的特徴は、単一の数値の限界を特に明確にします。溶接によって、溶接金属および熱影響部のフェライト–オーステナイト相バランスが変化することがあります。過剰なフェライト、不適切な冷却、または熱曝露中の析出は、母材の化学組成から高いPRENが得られる場合でも、局部腐食抵抗性を低下させる可能性があります。反対に、管理された製造手順によって、より有利な相バランスと表面状態を維持できる場合があります。

熱処理も重要です。二相系製品は、相バランスを制御し、有害な金属間化合物相を回避することを目的とした条件で製造および溶体化処理されます。シグマ相および関連する析出物は、局所的にクロムやモリブデンを消費し、バルク組成が示すよりも低い抵抗性を持つ領域を形成する可能性があります。証明書の組成値から算出したPRENでは、このような微細組織上の欠乏を検出できません。

ISSFの二相系文書は、塩化物を含む土壌中の局部腐食に対する抵抗性について、より高い値が半定量的に高い抵抗性を示すとも説明しています。ここで重要なのは「半定量的」という限定です。この指標は順位付けを支援するものであり、あらゆる土壌、海水、プロセス流体、隙間形状に適用できる普遍的なしきい値を定めるものではありません。

鋼種ファミリーによって解釈が変わる理由

PREN値は、ステンレス鋼のファミリー、仕様、状態、想定環境と併せて初めて意味を持ちます。フェライト系鋼と二相系鋼について同じ数値の指標を算出しても、同等の孔食性能が保証されるわけではありません。両者は相構造が異なり、溶接に対する反応も異なり、析出や相バランスの変化に対する感受性も異なります。

二相系鋼種をオーステナイト系またはマルテンサイト系鋼種と比較する場合にも、同じ注意が必要です。一般的な式は、選択された元素を重み付けされた寄与として扱いますが、ニッケル、銅、ケイ素、炭素、表面仕上げ、結晶粒構造、製造履歴は含んでいません。また、報告された組成が溶解分析値、製品分析値、公称値のいずれであるかも示しません。

検証には、試験と工学的判断が必要です。ASTM G48:2011は、規定された塩化第二鉄条件下で、孔食および隙間腐食の発生に対する抵抗性を測定し、ステンレス鋼および関連合金を比較するための実験室試験方法を規定しています。これらの方法は管理された比較を可能にしますが、塩化第二鉄はあらゆる使用環境を完全にモデル化するものではありません。塩化物を含むプロセス溶液は、温度、pH、酸化力、ぬれ挙動が異なる可能性があります。埋設部品では堆積物や通気差が生じることがあり、溶接構造物には冶金学的に異なる複数の領域が存在する可能性があります。

そのため、PRENは、使用した式、組成の基礎、材料の状態と併せて報告する場合に、最も妥当性の高い指標となります。これらの詳細を伴わない「PREN 40」という表示は不完全です。有用な比較では、その値が通常のPREN、PREN${}_W$、PREN${}_{\mathrm{Mn}}$のいずれであるかを明示し、鋼種記号を記載し、化学組成が公称値か実測値かを示し、母材の計算値と溶接部または熱影響部の評価を区別します。

このように規律をもって使用すれば、PRENによって、フェライト系、二相系、その他のステンレス鋼を共通の組成尺度上で論じることができます。しかし、PRENによってこれらのファミリーが冶金学的に同等になるわけではなく、局部腐食が重大な結果をもたらす場合に試験を代替することもできません。

ニッケル、合金設計、そしてよくある誤読

一般的な式にニッケルが含まれない理由

一般的な計算式は次のとおりです。

$$\mathrm{PREN}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo})+16(\%N)$$

合金元素の含有量は質量百分率で表されます。クロム、モリブデン、窒素には項が与えられていますが、ニッケルにはありません。Society of Petroleum Engineersは、2025年の材料選定に関する議論の中で、「ニッケルはこの式に含まれていない」と明確に述べています。これは偶然の欠落でも、式の誤植による空白でもありません。

その理由は、PRENがステンレス鋼の冶金を完全に数値化するものではなく、限定的な経験的指標だからです。この指標は、塩化物を含む環境、特に孔食が生じる条件において、ステンレス鋼が局部腐食を起こす傾向を比較するために開発されました。一般的な式では、クロムが不動態皮膜の形成における主要な寄与を表し、モリブデンと窒素は一般に局部的な皮膜破壊に対する抵抗性を高めます。モリブデンの3.3、窒素の16という係数は、経験的な重み付け係数であり、普遍的な物理定数ではありません。

British Stainless Steel Associationは、2025年のPREN計算に関する解説で、まさにこの形の式を示しています。2021年の Metals 誌の論文が報告しているように、計算値が高いほど、通常は塩化物を含む環境での局部腐食に対する抵抗性が高いことを示します。しかし、ここで「通常は」という語が重要です。PRENは、定められた比較方法のもとで組成を順位付けするものであり、使用寿命、保証された孔食電位、または腐食が生じる保証最低温度を計算するものではありません。

別の表現式も、PRENが完全な腐食モデルではなく、経験的な比較式の一群であることを裏付けています。International Stainless Steel Forumは、タングステンを含む式として次を示しています。

$${\mathrm{PREN}}_{\mathrm{W}}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo}+0.5\%W)+16(\%N)$$

また、マンガンを補正した式として次を示しています。

$${\mathrm{PREN}}_{\mathrm{Mn}}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo})+16(\%N)-\%\mathrm{Mn}$$

これらの報告された2つの式にも、ニッケルは含まれていません。タングステンやマンガンを考慮するために式を変更しても、PRENが万能な合金性能スコアになるわけではありません。特定のステンレス鋼群、または組成に対する特定の解釈に用いる経験的比較方法が変わるだけです。

簡単な計算を行うと、ニッケルを含まない算術を、ニッケルを含まない冶金として読んではならない理由が分かります。おおよその公称組成を用いると、Crを18質量%、意図的なMoの添加をゼロ、Nを0.08質量%としたType 304ステンレス鋼の一般的なPRENは約19.3になります。Crを17質量%、Moを2.5質量%、Nを0.05質量%としたType 316Lステンレス鋼では、約26.1になります。どちらの鋼種にもニッケルは含まれていますが、その含有率は式に入力されません。これらの例示的なPREN値の差は、式が重み付けするよう構成された項に由来するものであり、ニッケルがいずれの合金にも影響を及ぼさないという主張に基づくものではありません。

また、組成は材料の状態と同じではありません。偏析、介在物、熱処理、溶接時の熱サイクル、表面汚染、相バランス、表面仕上げは、局部腐食性能を変化させる可能性があります。公称PREN値が近い2つの溶解材でも、試験中または実使用中に同一の挙動を示すとは限りません。ASTM G48:2011は、規定された塩化第二鉄条件下で、孔食および隙間腐食の開始に対する抵抗性を測定することにより、ステンレス鋼および関連合金を比較するための実験室試験方法を規定しています。このような試験によって、選択した手順に基づく比較を検証することはできます。しかし、PREN式が試験の代替になるわけではありません。

PRENの範囲に対するニッケルの冶金学的役割

一般的なPREN式に項がないにもかかわらず、ニッケルは冶金学上重要な役割を担っています。鉄-クロム-ニッケル系ステンレス鋼では、ニッケルがオーステナイト相を安定化します。UNS S30400に指定されるType 304は、クロムとニッケルのバランスによって、広範な加工条件においてオーステナイト組織が維持されるオーステナイト系ステンレス鋼です。UNS S31603に指定されるType 316Lでは、ニッケルがこの相バランスの一部を担い、さらにモリブデンを添加することで、標準的な18Cr-8Ni系と比較して局部腐食への抵抗性を高めています。

この相への影響は、結晶構造だけにとどまりません。ニッケルは、特に低温における靭性、延性、加工硬化、磁気応答、熱間および冷間成形性、ならびに溶接中のフェライトとオーステナイトのバランスに影響します。オーステナイト系鋼種では、十分なニッケル含有量があれば、加工中に望ましくないフェライトまたはマルテンサイトへの変態を抑制できます。ただし、最終的な相バランスは、全体の組成と熱履歴によって決まります。ニッケルは、炭素、窒素、マンガン、クロム、モリブデンとも相互作用します。したがって、特定の腐食指標に数値係数が割り当てられていない場合でも、ニッケルは合金設計の一部です。

二相ステンレス鋼では、この違いが明確に現れます。2205のような鋼種は、指定された製品および規格上の呼称に応じて、通常UNS S32205またはUNS S31803と指定され、フェライトとオーステナイトの両方を含むよう設計されています。ニッケルはオーステナイト分率の確立に寄与し、クロム、モリブデン、窒素は局部腐食抵抗性に大きく寄与します。窒素は特に重要です。オーステナイトの形成を促進し、合金を強化する一方で、PREN式では大きな係数を伴う項として現れるためです。PREN計算が捉えるのは、この設計のうち選択された側面だけです。

フェライト系鋼種は、別の方向から同じ限界を明らかにします。UNS S43000に指定されるType 430は、オーステナイト系鋼種と比べて意図的なニッケルの添加量が少ないか、ほとんど含まれていません。しかし、その腐食挙動をニッケル含有量だけから推測することはできません。フェライト組織、クロム含有量、表面状態、介在物、環境のすべてが重要です。ニッケルを含まない、またはニッケル含有量の少ない組成が、必ずしも低い局部腐食抵抗性を持つわけではありません。同様に、ニッケルを含む組成が、必ずしも高いPRENを持つわけでもありません。

ニッケルは、狭義の孔食比較以外でも腐食挙動に影響を及ぼす可能性があります。一部の酸性およびアルカリ性媒体における全面腐食速度、特定の環境での応力腐食割れへの抵抗性、水素に関連する挙動、腐食疲労、不動態または活性な表面状態の安定性などに影響します。これらの影響は環境によって異なります。ニッケルについて単一の係数を設定しても、これらすべてを忠実に表すことはできません。検証された根拠なしに一般的な式へ係数を加えることは、見かけだけの精密さを生み出します。

このため、Outokumpuの2025年の解説では、PREまたはPRENを、ステンレス鋼の孔食腐食に対する抵抗性を順位付けし、比較するために用いる組成ベースの指標として説明しています。「順位付けし、比較する」という点が、その適用範囲の中心です。この式が有用なのは、合金のあらゆる特性を予測するからではなく、大まかな比較を可能にする程度に範囲が限定されているからです。

省略された元素が重要でないという主張を避ける

省略された元素は、重要でない元素ではありません。選択された指標が評価対象としていない元素というだけです。PRENを示す際には、この違いを明確に述べる必要があります。

ニッケルがないということは、一般的な経験的孔食抵抗性指標において、ニッケルに直接対応する項が割り当てられていないという意味にすぎません。これは、ニッケルが相安定性、機械的性質、溶接性、またはより広範な腐食挙動に何の役割も果たさないという意味ではありません。また、PRENによってすべてのステンレス鋼系を同じ確度で比較できるという意味でもありません。オーステナイト系、フェライト系、二相系の鋼種を比較する場合、同じ算術を各組成に適用するとしても、それぞれの異なるミクロ組織と加工履歴を考慮する必要があります。

また、計算値を環境から切り離して考えるべきでもありません。塩化物濃度、温度、酸性度、酸素の利用可能性、堆積物、隙間、流動、微生物活動、ガルバニック結合は、局部腐食の発生可能性と深刻度を変化させることがあります。International Stainless Steel Forumは、値が高いほど、塩化物を含む土壌における局部腐食への抵抗性が半定量的に高いことを示すと説明しています。「半定量的」という語が、主張の範囲を限定しています。土壌中での使用は、海水、高温の塩化物プロセス流体、または塩化第二鉄を用いる実験室試験と同一ではありません。

したがって、PRENは、特に鋼種が相互に関連する系統に属し、その組成が分かっている場合には、材料の初期比較を支援できます。しかし、ある部品があらゆる塩化物環境で別の部品より長寿命になることを証明するものではありません。PRENが高い材料でも、溶接欠陥、汚染された表面、介在物、予期しない隙間、または比較の前提を超える温度によって孔食が発生する可能性があります。逆に、PRENが低い鋼種でも、塩化物、温度、曝露時間が穏当な範囲にとどまる場合には、十分な性能を発揮することがあります。

適切な理解は、限定的ではあるものの有用です。ニッケルが式に含まれないのは、この特定の指標が、局部腐食抵抗性に関連する選択された組成項を中心に構築されたからです。合金設計者は、相構成と特性バランスを制御するために、依然としてニッケルを必要とします。実際の性能が組成ベースの順位付けに依存するのではなく、使用上の判断を左右する場合、技術者は、ASTM G48に定められた手順のような規格、製造管理、腐食試験を依然として必要とします。

PRENとASTM G48試験の比較

PRENとASTM G48は、関連するものの異なる問いに答えます。PRENは化学組成から計算されます。一方、ASTM G48は、規定された実験室手順のもとで特定の試験片を曝露した際の実験的応答を示します。この2つを互換的に扱うことは、腐食比較を誤る一般的な原因です。

一般的に用いられる式は次のとおりです。

$$\text{PREN}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo})+16(\%N)$$

クロム、モリブデンおよび窒素は重量パーセントで入力されます。結果は無次元です。これは、塩化物を含む環境において局部腐食に対して予想される耐性に基づき、ステンレス鋼を順位付けするための経験的指標であり、腐食速度、供用寿命または孔食電位を直接測定するものではありません。British Stainless Steel Associationは、2025年のPREN計算に関する説明でこの式を示しました。[4][4] How to Optimize Tubing Material Selections Using PREN Value. Society of Petroleum Engineers. Journal of Petroleum Technology, 2025.

この式にはニッケルも含まれていません。Society of Petroleum Engineersは2025年に、「ニッケルはこの式に含まれていない」と述べました。この除外は、ニッケルが冶金学的に重要でないことを意味するものではありません。ニッケルは、特に二相系およびオーステナイト系の鋼種において、相バランス、オーステナイトの安定性、靭性および全面腐食挙動に影響します。これは、この特定の耐孔食性指標において、ニッケルに係数が割り当てられていないということだけを意味します。

International Stainless Steel Forumは、関連する2つの式も示しています。タングステンを含む合金の場合：

$${\text{PREN}}_W=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo}+0.5\%W)+16(\%N)$$

マンガン調整型の場合：

$${\text{PREN}}_{\mathrm{Mn}}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo})+16(\%N)-\%\mathrm{Mn}$$

これらの変形式は、特に二相ステンレス鋼、またはタングステンやマンガンを相当量含む組成において、数値上の順位を変える可能性があります。したがって、報告された数値には、単に「PREN」という名称だけでなく、その計算式も必要です。

ASTM G48が比較するように設計されているもの

ASTM G48は、規定された塩化第二鉄条件下における孔食および隙間腐食の発生に対する耐性によって、ステンレス鋼および関連合金を比較するための試験室試験規格です。ASTM Internationalは、2011年版のASTM G48でこの目的を説明しました。この規格は、組成指標を計算するものではありません。試験片を攻撃性の高い塩化物環境に曝露し、局部腐食が発生するかどうか、またどのような条件で発生するかを記録します。

この区別は重要です。ミル証明書には、クロム、モリブデン、窒素およびその他の化学成分量を記載でき、それらからPRENを計算できます。しかし、ASTM G48の臨界孔食温度や質量減少量を示すことはできません。逆に、G48の結果は、試験した材料の状態および試験手順に固有のものであり、普遍的なPREN値に自動的に換算することはできません。

ASTM G48には、孔食および隙間腐食を扱う方法が含まれており、塩化第二鉄孔食試験のMethod A、ならびに塩化第二鉄隙間腐食試験のMethod Bがあります。この規格のその他の方法では、臨界孔食温度や臨界隙間腐食温度など、温度に基づく測定を扱います。「ASTM G48に従って試験済み」という記載だけでは不十分であり、適用した版および方法を明記しなければなりません。

一般的な結果は、選択した温度および曝露時間における合格または不合格、臨界孔食温度、臨界隙間腐食温度、あるいは曝露後の腐食発生状況の観察結果などです。報告形式は方法によって異なります。ある温度で試験片の表面に目視可能な孔食が発生しなかったとしても、供用中のあらゆる塩化物溶液に耐えることが実証されたわけではありません。また、塩化第二鉄中で孔食が発生した試験片が、プロセス流体中で破損する正確な温度や電位を必ずしも予測するわけでもありません。

ASTM G48は、UNS S30400（一般にType 304と呼ばれる）、UNS S31603（一般にType 316Lと呼ばれる）、UNS S32205（一般に2205二相ステンレス鋼と呼ばれる）、およびUNS S32750（一般に2507スーパー二相ステンレス鋼と呼ばれる）など、各種鋼種の比較に特に有用です。ただし、こうした比較が意味を持つのは、試料、前処理および試験条件が管理されている場合に限られます。例えば、溶体化処理した鋼板と溶接鋼管の比較では、公称鋼種の化学成分と同程度に、熱影響部の状態、表面スケールまたは製造履歴が結果に反映される可能性があります。

この試験は、スクリーニングおよび比較のための手段であり、実際の供用設備を小型化したものではありません。塩化第二鉄は意図的に攻撃性を高めた物質であり、局部腐食を急速に発生させることがあります。その厳しい条件は試験室内で合金を識別するのに役立ちますが、設備内で見られる酸素含有量、pH、塩化物活量、流動、堆積物、生物膜、圧力、温度および電気化学的電位のあらゆる組合せを再現するものではありません。

塩化第二鉄を用いる試験室条件

塩化第二鉄試験では、酸化性を有する塩化物溶液を使用します。この溶液は通常、適用されるASTM G48手順で指定された濃度および容量となるよう、塩化鉄(III)六水和物（FeCl₃·6H₂O）から調製されます。この溶液は、単なる「食塩水」ではありません。鉄(III)イオンは曝露環境の酸化性を高め、一方で塩化物は不動態皮膜の破壊を促進し、孔食の成長に伴う小さなアノード領域を安定化します。

温度は主要な管理変数です。G48の一部の手順では、試験片を一定温度で規定時間曝露します。別の手順では、臨界値を決定するために温度を上昇させるか、その他の方法で温度を評価します。曝露時間、溶液の調製方法、容器の配置および試験片の向きは、観察される結果に影響を及ぼす可能性があります。一般に、臨界孔食温度が高いほど、その試験系における耐性が高いことを示しますが、これは同一の方法および判定基準を用いた場合に限られます。

表面状態も同様に重要です。研削、研磨、酸洗、化成処理、ヒートティント、埋込粒子、傷および表面汚染は、腐食が開始し得る部位を変化させます。溶接による変色や酸化スケールがあるステンレス鋼は、適切な洗浄を施した同じ公称合金とは異なる挙動を示す可能性があります。したがって、結果には鋼種の名称だけでなく、表面仕上げおよび洗浄手順も記載すべきです。

隙間腐食試験では、さらに別の変数として隙間形成具が加わります。荷重を加えたワッシャーなど、規定された組立体によって、酸素の供給が制限され、不動態皮膜の修復が困難な領域が形成されます。接触圧力、材料の組合せ、形状および組立方法は、腐食の厳しさと発生位置に影響します。孔食の結果と隙間腐食の結果を統合してはなりません。合金によっては、自由表面での孔食がほとんど発生しない一方、隙間形成具の下で腐食が進行することがあります。

曝露後、試験片は方法ごとの判定基準に従って検査されます。この検査には、目視検査、評価前の洗浄、孔食深さの測定、または隙間腐食の評価が含まれる場合があります。解釈にあたっては、何を不合格とみなしたかを明記しなければなりません。「腐食なし」とは、特定の検査手順において目視可能な腐食がなかったことを意味する場合があり、電気化学的変化が存在しなかったことを意味するものではありません。

計算による順位付けと試験応答が一致しない理由

PRENは、合金の化学成分が不動態皮膜の安定性に影響するため、初期比較に有用です。2021年にMetals誌に掲載された論文は、一般にPRENが高いほど、塩化物を含む溶液中での局部腐食に対する耐性が高いと報告しました。International Stainless Steel Forumも同様に、値が高いことは、塩化物を含む土壌中で局部腐食に対する耐性が高いことを半定量的に示すと説明しています。「半定量的」という点が重要な限界です。

計算では組成を支配的な入力値として扱いますが、ASTM G48では、特定のミクロ組織および表面状態を持つ実材料を試験します。凝固偏析、金属間化合物相、析出窒化物、クロム欠乏領域、フェライトとオーステナイトのバランス、ならびに熱処理履歴は、公称鋼種の名称を変えずに局部腐食挙動を変化させる可能性があります。これは二相ステンレス鋼において特に重要です。二相ステンレス鋼では、クロム、モリブデンおよび窒素のフェライト相とオーステナイト相への分配、ならびに相バランスが異なる可能性があります。

製造状態によっては、予想された順位が逆転することもあります。PRENの高い合金であっても、溶接ヒートティント、不十分な酸洗または不適切な熱処理があると、清浄で十分に不動態化された表面を持つ低PREN合金より先に腐食が開始する場合があります。鋼板、棒材、管材および溶接金属では、熱履歴が異なる可能性があります。PRENに用いる化学分析値が公称仕様範囲であるのに対し、G48試験片には、その製品に実際に存在する局所的な組成や欠陥が含まれています。

式自体も、乖離の別の要因となります。窒素の係数は16であるため、分析値または仕様値のわずかな差が、計算値に大きく影響する可能性があります。タングステンを含む鋼種は、基本的なPREN式ではなくPREN_Wで比較する場合があります。ある合金にはマンガン調整型のPREN_Mn式を適用し、別の合金には基本式を適用すると、その理由を明確に示さない限り、順位の比較は一貫しません。

PRENもG48も、供用条件を完全に表すものではありません。例えば天然海水では、生物付着、堆積物および変動する酸素濃度が関与する可能性があります。高温の塩化物プロセスでは、酸性の化学環境、蒸発および引張応力が関与することがあります。また、サワーサービス設備では、硫化物応力割れおよび水素の影響について別途評価が必要となる場合があります。G48は、こうした評価に取って代わるものではありません。

したがって、技術的に有用な報告書では、指標とその根拠となる証拠の両方を示すべきです。具体的には、正確なPREN式、各元素の値およびその分析上の根拠、合金の名称と製品形状、ASTM G48の版および方法、塩化第二鉄の濃度、温度および曝露時間、試験片の向きと表面仕上げ、該当する場合は隙間形成具の組立方法、ならびに腐食発生の判定基準を記載します。これらの詳細がなければ、PRENの数値とG48の結果は、実際以上の精度があるかのような誤解を生む可能性があります。

妥当な解釈は、限定的ではあるものの有用です。PRENは組成のスクリーニングおよび順位付けに役立ち、ASTM G48は、規定された加速試験室曝露下で、準備された試験片がどのように応答するかを示します。いずれの数値も、普遍的な腐食評価値ではありません。

実際の供用環境におけるPRENの限界

PRENは、その意味を狭く保つ場合にのみ有用です。一般的な式であるPREN = %Cr + 3.3(%Mo) + 16(%N)は、重量百分率で示された特定の合金元素含有量を、経験的な比較指標へ変換します。2021年のMetals論文で説明されているように、値が高いほど、一般に塩化物を含む溶液中での局部腐食に対する抵抗性が高いことを示します。ただし、この値は供用寿命を特定するものでも、孔食電位を保証するものでも、あらゆるプラント環境または海洋環境において、ある部材が別の部材より長持ちすることを立証するものでもありません。

この区別が重要なのは、PRENが公称化学組成を順位付けする一方で、腐食は実際の環境にある実際の表面で発生するためです。表面には、酸化物、スケール、溶接変色、埋め込まれた鉄、介在物または堆積物が存在する可能性があります。環境は、通気された状態ではなく停滞した状態である場合があり、常温ではなく高温である場合もあります。また、溶液全体と同じ濃度ではなく、隙間内部で濃縮されていることもあります。PRENは、これらすべての条件を組み込むことはできません。

International Stainless Steel Forum（ISSF）は、タングステン含有合金向けのPRENW = %Cr + 3.3(%Mo + 0.5%W) + 16(%N)や、PRENMn = %Cr + 3.3(%Mo) + 16(%N) − %Mnなど、修正式も報告しています。これらの代替式は、同じ限界を改めて示しています。すなわち、結果は選択した経験式と使用した組成に依存します。2025年にSociety of Petroleum Engineersが述べたように、従来の式にはニッケルは含まれていませんが、ニッケルは相安定性、組織および腐食挙動に依然として影響を及ぼします。単一の数値で、冶金学的検査や供用環境に即した試験に代えることはできません。

塩化物濃度、温度および酸素条件

塩化物は、単一で固定された暴露条件ではありません。金属表面における濃度は、周囲の水で測定された濃度と大きく異なる可能性があります。蒸発によって、薄い湿潤膜中の塩化物が濃縮されることがあります。塩の堆積物は、配管または容器の壁面に水分を保持することがあります。ガスケット、フランジ、支持部または堆積物の下にある隙間では、溶液全体とは異なる化学環境が形成され、酸性度が高まり、塩化物の活量が変化する可能性があります。PRENは、こうした変化を計算しません。

温度も、もう一つの主要な変数です。温度を上げると、一般に不動態皮膜の破壊が起こりやすくなり、既存の孔食の進展が加速することがあります。低温で流動する塩化物溶液中では不動態を維持する鋼種でも、同じ塩化物が保温材の下や加熱されたプロセス配管内に存在すると、腐食損傷を受ける可能性があります。しかし、フェライト系、オーステナイト系および二相系ステンレス鋼に対して、PRENに一律の温度補正を適用することはできません。合金の組織、表面状態および溶液の化学組成も結果に影響するためです。

流動は、リスクを低減する場合も増大させる場合もあります。流動する液体は堆積物を除去し、停滞による濃淡電池の形成を防ぐことがあります。一方、高流速、浮遊固形物または乱流は不動態皮膜を損傷する可能性があります。エロージョン・コロージョンは新しい金属表面を繰り返し露出させることがあり、デッドレッグは化学的に停滞した状態のままになる可能性があります。PRENの比較からは、これらの油圧条件のうち、どれが存在しているかは分かりません。

酸素条件も同様に重要です。ステンレス鋼は、クロムに富む薄い不動態皮膜に依存しており、酸素の供給はその皮膜の形成と修復を助けます。したがって、十分に通気された表面と酸素が欠乏した隙間は、同じ液体に接していても異なる挙動を示す可能性があります。通気差によって、酸素の少ない領域が露出表面に対してアノードとなることがあります。堆積物は、このような分離を生じさせる可能性があり、バイオフィルム、保温材、スラッジおよび堆積物も同様です。同時に、酸素に富む水は孔食の外側で強いカソード反応を支えることがあり、小さな部位が活性化した後に、局部溶解の駆動力を増大させる可能性があります。[5][5] Stainless Steel Pipe. International Stainless Steel Forum. International Stainless Steel Forum publication, 2025.

このため、PRENを普遍的な塩化物耐性評価値として扱うべきではありません。2011年版として引用されている版が最初に発行されたASTM G48は、規定された塩化第二鉄条件下で、ステンレス鋼および関連合金の孔食ならびに隙間腐食の発生を比較するための試験方法を規定しています。これらの試験は管理された比較試験であり、あらゆる海水、プロセス水、土壌または大気暴露を再現するものではありません。ISSFは、PRENが高いほど、塩化物を含む土壌中で局部腐食に対する抵抗性が半定量的に高いことを示すと説明しています。ここで重要なのが「半定量的」という但し書きです。この指標は順位付けを補助しますが、許容可能な供用に対する普遍的な閾値を示すものではありません。

表面状態、介在物および不動態皮膜の損傷

計算値には通常、バルク組成または規定組成が用いられます。腐食は表面で始まり、表面の化学組成は溶解分析の結果とは異なる可能性があります。ステンレス部材は、名目上正しい鋼種であっても、表面に遊離鉄、炭素鋼の研削くず、溶接酸化物、ヒートティント、スケールまたはその他の汚染物質が残っていると、加工後の性能が低下する可能性があります。これらの物質は不動態化を妨げたり、局部的な電気化学セルを形成したりすることがあります。

鉄汚染はよく知られた例です。炭素鋼製の工具、吊り具およびワイヤブラシは、鉄粒子をステンレス鋼へ移着させることがあります。これらの粒子は錆を生じ、表面を着色する可能性がありますが、着色だけでステンレス鋼母材に生じた孔食と同一視することはできません。さらに重要なのは、汚染が均一な不動態皮膜の形成を妨げ、検査を困難にする可能性があることです。酸洗、適切な機械仕上げおよび化学的不動態化によって、より清浄な表面を回復できる場合がありますが、その適用の適否は鋼種、形状および工程管理に左右されます。PRENからは、こうした管理が実施されたかどうかは分かりません。

粗さも暴露状態を変化させます。凹部は塩化物溶液や堆積物を保持する可能性があり、傷は、金属の引き延ばしや粒子の埋め込みを伴う場合、腐食開始部位として作用することがあります。同じ316Lステンレス鋼で作られた研磨表面と、激しく研削された表面は、同じ公称PRENを持ちますが、環境に対して示す欠陥の分布は同じではありません。施工中に摩耗した表面は、厳しい塩化物環境にさらされる前に再不動態化するための時間を必要とする場合があります。

非金属介在物も、バルク組成の数値に限界がある理由の一つです。硫化物介在物、酸化物介在物および複雑な介在物クラスターは、優先的な腐食開始部位となる可能性があります。その化学組成、サイズ、分布および表面との近接性が重要です。合金の平均組成に含まれるモリブデンや窒素は、すべての微視的領域が母相と同じ耐食性を持つことを保証するものではありません。清浄で微細な介在物分布は、同じ公称鋼種であっても、粗大または反応性の高い介在物分布とは異なる挙動を示す可能性があります。

不動態皮膜の損傷は、機械的、化学的または熱的なものとなり得ます。摺動接触、衝撃、キャビテーションおよびエロージョンは、新しい金属表面を露出させます。酸性の堆積物や洗浄残留物は、迅速な再不動態化を妨げる可能性があります。その後、損傷した被覆またはガスケットの下に閉じ込められた塩化物が、周囲のステンレス表面が不動態を維持している間に、小さな領域を腐食させることがあります。いったん孔食が形成されると、その内部は閉鎖された電気化学的環境になります。金属イオンの加水分解によって酸性度が上昇し、塩化物が空洞内へ移動します。元の合金順位には依然として意味がありますが、腐食の開始と進展は、PRENが記述しない局部条件に依存するようになります。

溶接、熱影響部および局部組成

溶接では、公称組成と供用時の挙動との隔たりが特に明確になります。溶接構造物は、均一な一種類の合金ではありません。母材、溶接金属、溶融境界および一つまたは複数の熱影響部（HAZ）を含む可能性があり、それぞれ熱履歴が異なり、場合によっては組成も異なります。溶接材料のPRENは母材鋼種のPRENと異なることがあり、希釈によって最終的な溶接金属の化学組成も変化します。

UNS S32205（一般に2205と呼ばれる）のような二相ステンレス鋼では、溶接熱サイクルによって、フェライトとオーステナイトの適切なバランスを維持する必要があります。過剰なフェライト、過剰なオーステナイトまたは有害な二次相は、認証されたバルク化学組成から高いPRENが得られる場合でも、局部腐食挙動を変化させる可能性があります。急速冷却、過大な入熱、不適切な層間温度または不十分なシールドは、いずれもこのバランスに影響を及ぼす可能性があります。条件によっては、窒化クロムやシグマ相などの金属間化合物相が形成され、近傍領域のクロムまたはモリブデンが欠乏することがあります。この欠乏領域は、平均組成が示唆するよりもはるかに腐食を受けやすくなる可能性があります。

オーステナイト系鋼種にも溶接上の懸念があります。304Lおよび316Lでは、低炭素鋼種とすることで、溶接中の炭化クロムによる鋭敏化のリスクが低減されますが、低炭素であっても、すべての製作上のリスクがなくなるわけではありません。不適切な熱処理、汚染、過度のヒートティントまたは管理の不十分な溶接施工手順によって、洗浄と表面回復を必要とする表面が残ることがあります。溶接された316L部材を、ミルシートの組成だけから計算したPRENのみに基づいて評価すべきではありません。

フェライト系ステンレス鋼では、結晶粒粗大化やその他のHAZの変化が生じ、靭性や腐食応答に影響する可能性があります。溶接金属の凝固によって偏析が生じることがあり、樹枝状晶間領域は必ずしも公称分析値と一致しません。こうした局部的な変動は体積としては小さいものの、連続的な経路を形成した場合や、高応力で暴露される部位に位置した場合には重要になります。

したがって、溶接後の洗浄は、単なる外観処理ではなく、腐食制御の一部です。ヒートティントと汚染物質を除去することで、クロムに富む不動態表面を回復できる場合がありますが、処理はステンレス鋼の鋼種と製作手順に適合させる必要があります。検査では、溶接止端、隙間、アンダーカット、融合不良、スラグ残留物、および堆積物が集積し得る領域を考慮すべきです。

PRENは、316L、UNS S32205、高合金二相ステンレス鋼などの鋼種を、同様の前提条件で比較するうえで、依然として有用です。しかし、溶接された部材、汚染された部材、または形状が複雑な部材に対する単独の受入れ基準として用いると、誤解を招くおそれがあります。化学成分は比較の出発点となる順位を定めます。実際の使用性能は、塩化物が到達する環境、表面状態、微細組織に左右されます。

PREN計算結果を適切に報告する方法

PREN値は、その計算を再現できる場合にのみ意味を持ちます。化学成分、式、単位、出典を特定せずに「PREN 40」と報告しても、それは技術的な結果ではなく、根拠のない比較にすぎません。PRENは、塩化物を含む条件下でステンレス鋼を順位付けするための、経験的な組成ベースの指標です。普遍的な腐食評価、保証された孔食電位、または使用寿命の予測値ではありません。

British Stainless Steel Associationは、一般的に使用される式を次のように示しています。

$$\text{PREN}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo})+16(\%N)$$

クロム、モリブデン、窒素は質量百分率で入力します。結果は無次元ですが、非公式には「PREN番号」と表現されることもあります。この式にはニッケルは含まれていません。Society of Petroleum Engineersは、特にこの欠落を指摘しています。これは、ニッケル含有量がステンレス鋼の鋼種記号やデータシートで大きく取り上げられることが多い一方、この特定の計算には直接寄与しないため重要です。

式およびバリエーションの特定

最初に報告すべき事項は、使用した正確な式を示すことです。すべてのステンレス鋼系列および技術出版物において、「PREN」が完全に統一された一つの式を意味するわけではありません。

一般的なクロム・モリブデン・窒素の式については、次のように報告します。

$$\text{PREN}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo})+16(\%N)$$

タングステンを含む合金について、International Stainless Steel Forum（ISSF, 2025）は次の式を報告しています。

$${\text{PREN}}_W=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo}+0.5\%W)+16(\%N)$$

マンガンを補正する式について、ISSFは次の式を報告しています。

$${\text{PREN}}_{\mathrm{Mn}}=\%\mathrm{Cr}+3.3(\%\mathrm{Mo})+16(\%N)-\%\mathrm{Mn}$$

これらは互換可能な名称ではありません。「PREN 39」と報告する場合、その結果がPREN、PRENW、またはPRENMnのいずれであるかを明記しなければなりません。そうしなければ、別のエンジニアはその数値を再現できず、二つの値が同じ基準で計算されたものかどうかも判断できません。

選択する式は、比較の目的、および適用される規格、組織、プロジェクト文書で用いられている規約を反映すべきです。出典がこの規約を採用している場合、一般式は、一般的なオーステナイト系、フェライト系、二相ステンレス鋼を比較するのに適していることがあります。タングステンを含む二相鋼種では、PRENW式を明示的に考慮する必要がある場合があります。化学分析にマンガンが含まれているというだけの理由で、マンガン補正式を適用してはなりません。これは、意図的に選択した式であることを明記する必要があります。

計算例では、すべての項を示すべきです。Cr 22.0%、Mo 3.0%、N 0.18%という例示的な公称組成の場合は、次のようになります。

$$\text{PREN}=22.0+3.3\left(3.0\right)+16\left(0.18\right)=34.68$$

結果を34.7と報告する場合は、小数点以下1桁に丸めたことを報告書に記載すべきです。丸めは、近い値同士の比較に影響することがあります。窒素がわずか0.01ポイント異なるだけで、一般的なPRENの結果は0.16変化します。一方、モリブデンが0.10ポイント異なると、0.33変化します。

また、式とその解釈は分けて扱う必要があります。2021年のMetals論文は、PRENが高いほど塩化物含有溶液中での局部腐食に対する抵抗性が高いことと関連付けていますが、この関係は半定量的なものです。PREN 40の鋼が、PREN 20の鋼に比べて特定の環境に2倍長く耐えることや、規定されたしきい値を超えるすべての鋼が使用要件に合格することを示すものではありません。

組成の出典および分析の基準

計算の信頼性は、入力した組成の信頼性に左右されます。報告書では、溶解分析、製品分析、認証材料試験報告書、独立試験所の結果、または鋼種表から取得した公称値のいずれを使用したかを特定しなければなりません。

まず、鋼種記号を示します。例えば、UNSの指定が管理上の識別情報である場合は、単に「316L」と書かず、UNS S31603と記載します。材料がASTM A240に規定されている場合は、関連する場合にその規格および製品形態を明記します。二相鋼では、「2205」を完全な材料識別情報として扱うのではなく、UNS S31803とUNS S32205のような指定を区別します。同じ商業上の略称が異なる規格要求事項を包含することがあり、化学成分の限界値が同一とは限りません。

次に、入力値が公称値か実測値かを示します。丸められた鋼種化学成分に基づく公称計算は、予備的な比較には有用ですが、特定の溶解材のPRENではありません。実測された溶解分析では、規定された組成範囲内に完全に収まっていても、異なる値が得られることがあります。これは、係数が比較的大きい窒素とモリブデンについて特に重要です。

報告書では、すべての合金元素の値が質量百分率であり、小数で表した質量分率ではないことを明記すべきです。上記の式では、窒素を0.18 wt%と入力するのが正しく、18%と入力すると不合理な結果になります。試験所が窒素を1,800 ppmと報告している場合は、計算前に0.18 wt%へ換算します。出典が示している精度を記録し、余分な桁を勝手に追加してはなりません。最も近い0.1%までしか報告されていない化学成分から計算した結果を、36.274のように提示すべきではありません。

再現可能な記録は、次の形式に従うことができます。

鋼種および指定: UNS S32205、製品規格および製品形態 組成の基準: 材料試験報告書に基づく溶解分析、または公称規格限界値 入力値、wt%: Cr = __；Mo = __；N = __；該当する場合W = __；該当する場合Mn = __ 式: PREN、PRENW、またはPRENMnを完全な形で記載 計算: 代入値および算術計算 結果: __、小数点以下__桁に丸め 出典: 文書番号、改訂番号、溶解番号、試験所の方法、または規格表 検証証拠: ASTM G48の方法、試験温度、塩化第二鉄濃度、暴露時間、試験片の状態および観察結果

規格限界値を使用する場合は、慎重に計算します。クロム、モリブデン、窒素の最小値から組み立てた「最小PREN」は、これらの項目について数学的に保守的な値となり得ますが、実在する特定の溶解材に対応するとは限りません。窒素に最小限界値しかなく、報告書でその最小値を使用する場合は、その旨を記載します。PRENMnでマンガンの最大値を使用する場合も、その処理を明示します。限界値に基づく推定値を、実測性能として表示してはなりません。

PRENと試験・設計上の証拠の組み合わせ

PRENは材料比較を補助するものであり、認定試験や設計解析に取って代わるものではありません。International Stainless Steel Forumは、PRENの値が高いほど、塩化物を含む土壌中で局部腐食に対する抵抗性が半定量的に高いことを示すと説明しています。この表現は重要です。指標が示すのは比較の方向性であり、普遍的な合否境界ではありません。

ASTM G48は、規定された条件下で試験片を塩化第二鉄溶液に暴露することにより、ステンレス鋼および関連合金を比較するための試験方法を定めています。この規格は孔食および隙間腐食の発生を扱っており、選択した方法、温度、暴露期間、試験片の調製、受入れ基準が結果に影響します。したがって、「G48に合格した」と記載する報告書は、方法および試験条件を特定しない限り不完全です。ASTM G48 Method Aは一般に孔食試験と関連付けられますが、ASTM G48の他の方法では隙間腐食の評価が扱われます。

試験結果は、材料の状態とも関連付けなければなりません。溶接材および固溶化処理材の試験片は、母材プレートとは異なる挙動を示すことがあります。表面仕上げ、ヒートティント、製造時の汚染、介在物、二相ステンレス鋼における相バランス、溶接後処理は、公称の鋼種記号を変えずに局部腐食挙動を変化させる可能性があります。バルク化学成分から計算したPRENでは、これらの要因をすべて捉えることはできません。

使用環境に関する設計上の証拠も、計算結果と併せて示す必要があります。関連する場合には、塩化物濃度、温度、酸素への暴露、pH、隙間条件、流動状態、堆積物、洗浄薬品、想定される溶接状態を記載します。PRENによる順位が高い鋼でも、高温で滞留した酸性の隙間内では腐食を受けることがあります。反対に、計算値が低い鋼でも、より穏やかな環境では許容可能な性能を示すことがあります。

したがって、適切な結論は次のようになります。実測または公称の組成から、特定の種類のPRENが計算された。その値は、同じ式の基準に基づく指定鋼種との相対比較を裏付ける。そして、ASTM G48または使用環境に特有の証拠が、別個の検証を提供する。この三つの記述を分けて扱うことで、組成指標が腐食保証と誤解されることを防げます。

参考文献

1. [1]International Stainless Steel Forum. Duplex Stainless Steels. International Stainless Steel Forum publication, 2025. https://worldstainless.org/wp-content/uploads/2025/02/ISSF_Duplex_Stainless_Steels.pdf
2. [2]Metals authors. Localized corrosion resistance and PREN relationship. Metals, 2021. https://www.mdpi.com/2075-4701/11/5/836
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4. [4]Society of Petroleum Engineers. How to Optimize Tubing Material Selections Using PREN Value. Journal of Petroleum Technology, 2025. https://jpt.spe.org/how-optimize-tubing-material-selections-using-pren-value
5. [5]International Stainless Steel Forum. Stainless Steel Pipe. International Stainless Steel Forum publication, 2025. https://worldstainless.org/Files/issf/non-image-files/PDF/Stainless_Steel_Pipe.pdf