1.2343 対 1.2344 – 組成、熱処理、特性、および用途

はじめに

エンジニア、調達マネージャー、製造プランナーは、金型や工具を指定する際に、2つの密接に関連したドイツの熱間加工工具鋼、1.2343と1.2344の間で選択を迫られることがよくあります。この決定は、一般的に熱強度と耐摩耗性を、靭性、溶接性、コストと天秤にかけることになります。典型的な決定の文脈には、高温成形金型（熱硬度と焼戻し抵抗が重要な場合）や、熱衝撃にさらされる工具（靭性と亀裂に対する抵抗が重要な場合）のための鋼の選定が含まれます。

主な実用的な違いは、1.2344がやや高い硬化性、熱強度、耐摩耗性を提供するように配合されているのに対し、1.2343はそのピーク熱硬度の一部を改善された靭性とやや簡単な熱処理および修理特性と引き換えにしていることです。両者はドイツの指定された熱間加工グレードであるため、ダイキャスティング、鍛造、押出し、その他の熱間加工用途においてしばしば直接比較されます。

1. 規格と指定

• EN（ヨーロッパ）：1.2343および1.2344（熱間加工工具鋼のための一般的に使用されるEN数値指定）
• 一般的な商標/AISI名：これらの鋼は熱間加工Hシリーズ工具鋼のファミリーに対応しています。1.2344は多くの国際カタログでH13の同等品として広く参照され、1.2343は密接に関連する熱間加工グレードにマッピングされます（議論ではH11と比較されることが多い）。
• その他の規格：JIS、GB、ASTMはそれぞれ独自の同等品または近似品を提供しています。製品形状（バー、プレート、鍛造品、事前硬化ブロック）は供給者の仕様に従います。
• 分類：両者は熱間加工工具鋼（空気硬化/硬化可能な合金工具鋼）であり、ステンレス鋼ではなく、HSLAでもなく、高温強度と焼戻し抵抗が必要な場所で使用されます。

2. 化学組成と合金戦略

以下の表は、材料規格および主要供給者によって引用される典型的な組成範囲を示しています。実際の化学成分はミルの熱および仕様によって異なります。値は絶対的な保証された最小値/最大値ではなく、合金戦略を選定するために使用される代表的な範囲として扱ってください。

元素	1.2343（典型的なwt%）	1.2344（典型的なwt%）
C	0.32 – 0.40	0.32 – 0.45
Mn	0.30 – 0.60	0.30 – 0.60
Si	0.80 – 1.20	0.80 – 1.20
P	≤ 0.03	≤ 0.03
S	≤ 0.03	≤ 0.03
Cr	4.00 – 5.00	4.75 – 5.50
Ni	≤ 0.30	≤ 0.30
Mo	0.80 – 1.25	1.10 – 1.75
V	0.70 – 1.00	0.80 – 1.20
Nb	微量	微量
Ti	微量	微量
B	微量	微量
N	微量	微量

合金戦略が特性に与える影響： - 炭素：マルテンサイトの硬度ポテンシャルを設定し、耐摩耗性に寄与します。炭素が高いほど硬度が向上しますが、溶接性と靭性が低下します。 - クロム：硬化性、赤熱硬度（熱硬度）、および高温での酸化抵抗を改善します。 - モリブデンとバナジウム：安定した炭化物を形成し、二次硬化、焼戻し抵抗、および熱間加工温度での耐摩耗性を向上させます。また、硬化性も向上させます。 - シリコンとマンガン：脱酸と強度調整を行い、焼戻し挙動に影響を与えます。 - 微量のマイクロ合金（Nb、Ti、B）：微量で存在する場合、粒子を細かくし、硬化性に影響を与えたり、靭性を助けたりします。これらの古典的な熱間加工鋼では、通常は重要な量では存在しません。

3. 微細構造と熱処理応答

典型的な微細構造と応答： - 両グレードは、分散した合金炭化物（Cr、Mo、Vに富む炭化物）を持つマルテンサイト工具鋼です。焼入れ状態では、炭化物ネットワークを持つ焼戻しマルテンサイトマトリックスを示します。 - 1.2344は、一般的に高いCrおよびMo（時にはやや高いC）を持ち、より高い硬化性と焼戻し時に強い二次硬化を提供できる合金炭化物の割合が高くなります。これにより、優れた熱硬度と高温での軟化抵抗が得られます。 - 1.2343は、1.2344に比べてやや靭性のある焼戻しマルテンサイトマトリックスに傾く傾向があり、硬い合金炭化物が少ないため、熱疲労下での亀裂発生に対する抵抗が改善される可能性があります。

熱処理のルートと効果： - 正常化：両鋼は、硬化前に粒子を細かくし、均一化するために一般的に正常化されます。これにより、偏析が減少し、靭性が向上します。 - 焼入れ：オーステナイト化温度からの空気または油の焼入れが一般的です。1.2344の高い合金含有量は、良好な硬化性を持つ空気硬化をサポートします。焼入れ媒体と冷却速度は、残留オーステナイトと歪みに影響を与えます。 - 焼戻し：安定した焼戻しマルテンサイトと二次硬化を達成するために複数の焼戻しサイクルが使用されます。1.2344は、MoおよびV炭化物による二次硬化ピークからより多くの利益を得て、高い焼戻し温度での優れた焼戻し抵抗を提供します。 - 熱機械処理：鍛造または制御された圧延の後に適切な熱処理を行うことで、両グレードの靭性を粒子の細化によって改善できます。

4. 機械的特性

以下の表は、焼入れおよび焼戻し状態の典型的な特性範囲を示しています（実際の値は特定の熱処理および焼戻し温度に強く依存します）。これらは保証された供給者データではなく、設計の指針として使用してください。

特性	1.2343（典型的）	1.2344（典型的）
引張強度（MPa）	900 – 1,200	1,000 – 1,300
降伏強度（MPa）	700 – 950	800 – 1,050
伸び（%）	8 – 14	7 – 12
衝撃靭性（J、シャルピー）	比較的高い	中程度から高い
硬度（HRC、焼入れ＆焼戻し）	42 – 52	44 – 54

解釈： - 1.2344は、より高い合金含有量と強い炭化物集団により、適切な熱処理後に通常より高い引張強度と降伏強度、ピーク硬度を達成します。 - 1.2343は、同等の硬度レベルでわずかに優れた延性と衝撃靭性を提供し、サイクル熱負荷や衝撃下での脆性破壊に対してやや少ない傾向があります。 - 設計者は、より高い熱硬度と耐摩耗性を要求する用途には1.2344を選択し、靭性と亀裂伝播に対する抵抗が優先される場合には1.2343を選択します。

5. 溶接性

溶接性は、炭素当量とマイクロ合金に依存します。定性的な評価のために、エンジニアはIIW炭素当量やPcmなどの指標を使用します。代表的な式：

$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

定性的解釈： - 1.2343と1.2344の両方は中程度の炭素と重要な合金を持ち、中程度から高い炭素当量を持っています。これにより、水素助長亀裂を避けるために制御された予熱、パス間温度制御、および溶接後熱処理（PWHT）が必要です。 - 1.2344は、一般的に高いCr/Mo/VのためにCE/PCM値がやや高く、したがって1.2343よりも溶接や修理がやや難しいです。亀裂を避けるために、1.2344では予熱とゆっくりとした冷却が特に重要です。 - 推奨される実践：低水素消耗品を使用し、適切な予熱（供給者および溶接手順に依存）を行い、PWHTを実施して焼戻しを行い、残留応力を緩和します。

6. 腐食と表面保護

• 1.2343も1.2344もステンレス鋼ではなく、サービスにおける腐食抵抗に必要なクロム含有量（>10.5–11%）が不足しています。したがって、酸化や化学攻撃が関連する環境では腐食保護戦略が必要です。
• 典型的な保護：コーティング（電気めっき、高温に適合する場合の硬クロム）、塗料システム、油/グリース、または物理的バリア。高温酸化制御のために、適用可能な場合は窒化処理や熱バリアコーティングなどの表面処理が考慮されることがあります。
• PREN（ピッティング抵抗等価数）は、これらの低Cr熱間加工鋼には適用されません。なぜなら、これらはステンレスグレードではないからです。したがって、PRENの式は関連性がありません：

$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$

このような指標は、オーステナイト系ステンレス合金にのみ使用してください。

7. 加工、機械加工性、成形性

• 機械加工性：両グレードは、焼鈍状態で同様に加工されます。硬化後は機械加工性が大幅に低下します。1.2344は、やや高い合金と硬度ポテンシャルを持ち、工具に対してより摩耗性が高く、炭化物工具やコーティングされたインサートが必要になる場合があります。
• 成形性と曲げ：これらはシート成形鋼ではなく、冷間成形には適切な柔らかい/焼鈍状態で供給されるべきです。硬化後は成形は実行できません。
• 表面仕上げ：両者は研削、EDM、従来の仕上げ作業を受け入れます。EDMは複雑なキャビティに一般的であり、亀裂や局所的な熱入力に注意が必要です。
• 修理：1.2343は、1.2344よりも研削および溶接修理が一般的に容易ですが、両者とも溶接時に予熱とPWHTが必要です。

8. 典型的な用途

用途タイプ	1.2343（典型的な使用）	1.2344（典型的な使用）
熱間鍛造金型	高い靭性が重視される低〜中程度の負荷の熱間鍛造金型	高い熱硬度と耐摩耗性を必要とする重負荷鍛造金型
ダイキャスティング工具	熱サイクルにさらされるインサートだが、亀裂抵抗が重要な場合	高い熱および摩耗にさらされるコアピン、ダイインサート
押出し工具	中程度の熱強度と靭性が必要な押出し用工具	高温/高圧で動作する押出し金型
熱間加工工具（一般）	衝撃にさらされるプレス工具、トリム金型	高温プランジャー、エジェクターピン、焼戻し抵抗が必要な金型
修理可能な工具	溶接性と現場での修理が頻繁に行われる場合に好まれる	摩耗性能がより慎重な修理手順を正当化する場合に使用される

選定の理由： - より高いサービス温度、厳しい摩耗が要求される用途、または高温焼戻し温度で硬度を維持することが重要な場合は1.2344を選択してください。 - 熱疲労、亀裂抵抗、修理の容易さがより優先される場合は1.2343を選択してください。

9. コストと入手可能性

• コスト：1.2344（H13タイプ）は、世界中で最も普及している熱間加工工具鋼の1つです。需要と加工のため、1.2343と比較して同等またはやや高いコストで入手可能です。1.2344の高い合金含有量は、材料コストをわずかに増加させる可能性があります。
• 入手可能性：1.2344は、多くの製品形状（丸棒、プレート、事前硬化ブロック、鍛造品）で優れた入手可能性を持っています。1.2343も広く入手可能ですが、特定の用途や地域の供給チェーンではより一般的な場合があります。
• 製品形状：両者は焼鈍および事前硬化状態で販売されており、リードタイムはサイズ、仕上げ、供給者の在庫に依存します。

10. まとめと推奨

基準	1.2343	1.2344
溶接性（定性的）	優れている（修理が容易）	やや難しい
強度–靭性のバランス	靭性が高く、やや延性がある	強度と熱硬度が高い
コスト（典型的）	競争力がある	同等またはやや高い
入手可能性	良好	優れた、広く在庫されている

次の条件に該当する場合は1.2343を選択してください： - あなたの工具が頻繁に熱サイクルや衝撃にさらされ、亀裂抵抗と現場での修理の容易さが優先される場合。 - 靭性と熱間加工性能のバランスの取れた組み合わせが必要で、やや簡単な溶接/修理要件が求められる場合。 - 改善された破壊抵抗と引き換えに、やや低いピーク熱硬度が許容される場合。

次の条件に該当する場合は1.2344を選択してください： - アプリケーションがより高い硬化性、持続的な熱硬度、および高温焼戻し温度での優れた耐摩耗性を要求する場合。 - 高い熱および摩耗ストレス（重鍛造金型、要求の厳しいダイキャスティングコア、高温押出し）の設計を行っている場合。 - 修理や接合のために、より厳格な溶接手順、予熱、PWHTを受け入れることができる場合。

最終的な注意：1.2343と1.2344は、実績のある熱間加工工具鋼です。選定は、供給者のデータシート、特定の熱処理スケジュール、および代表的なサービス条件下でのプロトタイプテストを確認して、硬度、靭性、および意図された用途の寿命を検証する必要があります。