1.2767 対 1.2083 – 組成、熱処理、特性、および用途
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はじめに
EN 1.2767とEN 1.2083の選択は、工具、金型、または高精度部品を設計する際の一般的なエンジニアリングの決定です。エンジニア、調達マネージャー、製造プランナーは、機械的衝撃や疲労に対する抵抗と表面仕上げや研磨性といった競合する優先事項のバランスを取らなければなりません。実際には、主な対比は、あるグレードがより高いバルク靭性と熱的/機械的衝撃に対する抵抗を提供するように配合されているのに対し、もう一方は高い表面品質、細かい炭化物分布、および仕上げ工具における優れた研磨性のために最適化されていることです。
これらの2つのEN Werkstoff番号は、工具鋼スペクトル内で隣接する役割を占めているため、頻繁に比較されます。一方は、破壊抵抗が重要な場所で使用されるより靭性があり、延性のある工具鋼ファミリーであり、もう一方は、摩耗抵抗と表面仕上げが仕様を支配する場所で使用されるより硬い高クロムグレードです。
1. 規格と指定
- EN: 1.2767、1.2083（ENシステム下のWerkstoff番号）。
- 一般的な分類: 両方ともEN工具鋼ファミリーの工具鋼であり（サブグレードと熱処理条件に応じて冷間加工または熱間加工/衝撃抵抗カテゴリ）。
- ASTM/ASME/JIS/GB: すべてのEN番号に対してAISI/ASTM名への単一の直接クロスリファレンスが常に存在するわけではありません。ユーザーは、正確な同等性のために製鋼所の証明書や標準機関からクロスリファレンステーブルを確認する必要があります。
- カテゴリ:
- 1.2767 — 通常、高靭性と衝撃抵抗のために設計された合金/工具鋼に関連付けられています（衝撃、プレス作業、または熱サイクルにさらされる工具で使用されます）。
- 1.2083 — 通常、摩耗抵抗と研磨性のために最適化された高クロム冷間加工工具鋼のバリアントに関連付けられています。
2. 化学組成と合金戦略
| 元素 | 1.2767（定性的） | 1.2083（定性的） |
|---|---|---|
| C（炭素） | 中程度 — 硬化性をサポートするが、靭性を保持するようにバランスが取られている | 中程度〜高い — 硬い炭化物と高い摩耗抵抗に寄与する |
| Mn（マンガン） | 低〜中程度 — 脱酸とわずかな強度制御 | 低〜中程度 — 同様の役割、過度の硬化性を避けるために制限されている |
| Si（シリコン） | 低 — 脱酸剤と強度の安定性 | 低 — 脱酸剤; 低含有量は研磨性を助ける |
| P（リン） | 微量/制御 | 微量/制御 |
| S（硫黄） | 微量/制御 | 非常に低い — 低Sは表面仕上げを改善する |
| Cr（クロム） | 中程度 — 硬化性と焼入れ抵抗に寄与する | 高い — 摩耗抵抗と研磨性のために細かいクロム炭化物を形成する |
| Ni（ニッケル） | 低〜中程度 — 靭性を改善するために存在することがある | 低 — 高い研磨性グレードでは一般的に重要な合金元素ではない |
| Mo（モリブデン） | 中程度 — 硬化性と焼入れ抵抗を改善する | 低〜中程度 — 炭化物を精製し、焼入れ安定性を改善する |
| V（バナジウム） | 低〜中程度 — 細かい炭化物の分散と靭性を促進する | 低 — 炭化物を精製するために制御された量で存在することがある |
| Nb/Ti/B | 微量/存在する場合は微合金化に使用 | 微量/粒子サイズを制御し、炭化物分布を改善するために使用 |
| N（窒素） | 微量 | 微量 |
注: - この表は、特定の化学組成が生産者やサブグレード条件によって異なるため、正確な割合ではなく、典型的な合金戦略を定性的に表現しています。主要な合金戦略の違いは、1.2767が靭性を保持し、亀裂の発生に対する感受性を低下させる合金成分と熱処理応答を強調しているのに対し、1.2083は摩耗抵抗とミラー研磨に適した均一に分布した細かい炭化物集団を生み出すクロムおよび炭化物形成元素を強調していることです。 - 不純物（P、S）の制御は、高表面仕上げ用途を意図したグレードでは厳格です（より良い研磨性は低いSと非金属含有物を要求します）。
3. 微細構造と熱処理応答
- 1.2767:
- 適切な熱処理後の典型的な微細構造: 制御された炭化物分布を持つテンパー処理されたマルテンサイトまたはベイナイト/テンパー処理されたマルテンサイトマトリックス。合金および熱処理レシピは靭性を保持するように最適化されています; ナノスケールの合金炭化物を持つテンパー処理されたマルテンサイトが一般的な目標です。
- 熱処理応答: 硬度と靭性のバランスを取るために設計された予熱、急冷、テンパー処理サイクルに良く反応します。機械加工前に正規化またはサブクリティカルアニーリングが使用されることがあります。急冷とテンパー処理は、延性があり衝撃に強い構造を提供します。
- 1.2083:
- 典型的な微細構造: クロムリッチ炭化物の体積分率が高いマルテンサイトマトリックス（正しく処理された場合、通常は比較的小さく均一に分布しています）。この微細構造は摩耗抵抗と低摩擦表面を促進します。
- 熱処理応答: 急冷とテンパー処理で高硬度状態を得ます; 窒化または低温処理が細かい炭化物を安定させ、表面硬度を改善するために使用されることがあります。過熱または粗い炭化物の成長は研磨性を低下させるため、熱サイクルの厳密な制御が重要です。
製造ルート: - 正規化は粒子サイズを精製し、両方のグレードにとって前処理として有益です。 - 急冷とテンパー処理: 最終的な硬度と強度を与えます。1.2767では、必要な強度を犠牲にすることなく靭性を最大化するためにテンパー処理が使用され、1.2083では、摩耗抵抗のために高硬度を生成しつつ、サービスに十分な延性を保持するためにテンパー処理が制御されます。
4. 機械的特性
| 特性 | 1.2767（典型的な性能） | 1.2083（典型的な性能） |
|---|---|---|
| 引張強度 | 急冷およびテンパー処理状態で中程度〜高い; 荷重下での破壊に抵抗するように設計されています | 完全に硬化したときに高い—摩耗抵抗に焦点を当てています |
| 降伏強度 | 中程度 — 破損前にある程度の塑性を許可するように設計されています | 高い — 硬化状態で降伏する前の塑性変形が少ない |
| 伸び | 比較的高い — より良い延性 | 低い — 高硬度は伸びを減少させる |
| 衝撃靭性 | 高い — 衝撃抵抗と亀裂伝播に対する抵抗のために設計されています | 低い — 炭化物リッチな微細構造は衝撃エネルギー吸収を減少させる |
| 硬度 | テンパー処理に応じて中程度から高い（靭性のためにバランスが取られている） | 高い — 高い表面硬度を達成し保持するために最適化されている |
説明: - 1.2767は、衝撃靭性と突然の荷重、チッピング、または熱サイクルに対する抵抗が最大の硬度を上回る場合に選択されます。その合金混合と熱処理アプローチは、より靭性のあるマトリックスを優先します。 - 1.2083は、サービス中により高い硬度と摩耗抵抗を示し、表面形状の保持とミラー仕上げの保持を改善しますが、バルク靭性は犠牲になります。
5. 溶接性
工具鋼の溶接性は、炭素当量、硬化性、および微合金化に強く依存します。一般的に使用される予測式は2つあります:
$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
および
$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
定性的解釈: - クロム、モリブデン、バナジウムの含有量が高いほど、$CE_{IIW}$および$P_{cm}$が上昇し、溶接熱影響部での硬化性に関連する亀裂のリスクが高まります。 - 靭性のために設計された1.2767は、硬化性を抑える合金選択を持つことが多く、予熱と制御された溶接後熱処理（PWHT）が一般的に必要です。 - より高いクロムと炭化物形成剤を持つ1.2083は、予熱、インターパス温度制御、および溶接後のテンパー処理なしでは溶接性が低くなる傾向があります。多くの場合、溶接は避けられ、接合が必要な場合は機械加工またはブレージング/融合溶接の専門プロセスが使用されます。 - 両方のグレードにおいて、溶接が必要な場合は、厳格な手順に従ってください: 制御された予熱、低熱入力のフィラー選択、制御されたインターパス温度、および残留応力を減少させ、HAZの亀裂を避けるためのPWHT。
6. 腐食と表面保護
- どちらのグレードもステンレスオーステナイト合金ではなく、両方とも工具鋼であり、保護なしでは周囲および攻撃的な環境で腐食します。
- 一般的な保護: 一般的な腐食保護のための塗装、油塗り、リン酸塩処理、または亜鉛メッキ; 工具用には、腐食防止コーティング（PVD、窒化、またはハードクロムメッキ）およびメンテナンスオイルが広く使用されています。
- PREN式は、どちらのグレードもピッティング抵抗が主要な設計指標であるステンレス合金ではないため、通常は適用されません:
$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- ステンレスグレードにのみPRENを使用; 工具鋼の場合は、環境曝露を評価し、必要に応じてコーティングまたは腐食抵抗のある工具鋼を選択してください。
7. 製造、加工性、および成形性
- 加工性:
- 1.2767: 一般的に加工および研削においてより許容度が高い; 中程度の硬度レベルにテンパー処理されることが一般的で、より良い靭性が切削中のチッピングを減少させます。
- 1.2083: より硬く、より研磨性が高い（炭化物リッチ）; 完全に硬化した状態での加工は困難で、アニーリング状態での粗加工の後、最終的な硬化と仕上げ研削/研磨が一般的です。
- 成形性と曲げ:
- 両方のグレードはシート成形鋼ではなく、機械加工、EDM、および研削によって成形されます。曲げが関与する場合は、アニーリング条件と応力緩和ステップが使用されます。
- 表面仕上げ:
- 1.2083は、細かい炭化物分布と低い含有物のために、正しく処理された場合にミラーまたは高光沢の表面を達成し保持するのが容易です。
- 1.2767は、バルク靭性を保持することを目的としているため、微小チッピングを避けるために研削および研磨の実践により注意が必要です。
8. 典型的な用途
| 1.2767 — 典型的な用途 | 1.2083 — 典型的な用途 |
|---|---|
| 衝撃および熱サイクルにさらされる重-duty金型（プレス工具、熱間成形） | 高い研磨を必要とする精密金型およびモールド（光学モールド、ミラー仕上げ工具、精密ブランキング金型） |
| 衝撃抵抗が重要なパンチおよびシアーブレード | 表面仕上げと寸法保持が重要な高摩耗切削エッジおよび成形工具 |
| 破壊抵抗と疲労寿命が優先されるコンポーネント | 長い摩耗寿命と優れた表面仕上げを必要とするプログレッシブダイインサートおよび部品 |
| 熱勾配にさらされる構造工具 | 傷のない表面を必要とする装飾的または目に見えるコンポーネントのための工具 |
選択の理由: - ツールが突然の荷重、プレス衝撃、または高熱/機械サイクルにさらされる可能性がある場合は1.2767を選択してください。靭性と亀裂伝播に対する抵抗が優れた表面研磨の必要性を上回る場合。 - 表面仕上げ、研磨性、および摩耗抵抗が主な要件である場合は1.2083を選択してください。摩耗接触下での厳密な表面幾何学の維持が重要な場合、または最終部品がミラーまたは光学品質の仕上げを要求し、サービス条件が頻繁な衝撃荷重にさらされない場合。
9. コストと入手可能性
- コスト要因: 合金元素（Cr、Mo、V）、加工（不純物制御の厳格さ、真空溶融、粉末冶金）、および後処理（硬化、低温処理、窒化）。
- 入手可能性:
- 両方のグレードは一般的に専門の工具鋼製鋼所およびディストリビューターから入手可能ですが、特定の製品形状（バー、事前硬化プレート、粉末冶金バリアント）は供給者によって異なります。
- ミラー仕上げに最適化された1.2083バリアントは、より厳格な含有物制御と仕上げのためにプレミアム製品である可能性があります; 靭性に最適化された1.2767バリアントは、プレス工具用途のためにより広く在庫されている可能性があります。
- 調達の観点からは、総所有コストを考慮してください: 材料コスト + 熱処理 + 仕上げ加工 + 運用条件下での期待寿命。
10. まとめと推奨
| 基準 | 1.2767 | 1.2083 |
|---|---|---|
| 溶接性 | 比較的良好だが、注意が必要 | より困難 — HAZの亀裂リスクが高い |
| 強度–靭性のバランス | 靭性と衝撃抵抗に最適化されている | 高硬度と摩耗抵抗に最適化されている |
| コスト（典型的） | 中程度 — 靭性を保持するための加工 | 中程度〜高い — 研磨性のためにより細かい加工が必要な場合がある |
結論と選択ガイダンス: - ツールまたはコンポーネントが機械的衝撃、チッピング、または熱サイクルに耐える必要がある場合、またはより高い衝撃靭性と亀裂発生に対する抵抗が主な懸念事項である場合、またはアプリケーションが良好だがミラーグレードの表面仕上げを許容する場合は1.2767を選択してください。 - 表面仕上げ、研磨性、および摩耗抵抗が主な要件である場合、または摩耗接触下での厳密な表面幾何学の維持が重要な場合、または最終部品がミラーまたは光学品質の仕上げを要求し、サービス条件が頻繁な衝撃荷重にさらされない場合は1.2083を選択してください。
最終的な注意: 正確な性能は、正確なサブグレードの化学組成、溶融ルート、および熱処理サイクルに強く依存します。重要な選択の場合は、製鋼所の証明書、供給者からの硬度および微細構造の検証を要求し、調達を最終決定する前にアプリケーションレベルのテスト（疲労、衝撃、研磨試験）を実施してください。