304対430 – 成分、熱処理、特性、および用途
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はじめに
エンジニア、調達マネージャー、製造プランナーがステンレス鋼の304と430のグレードを選択する際、通常は耐腐食性、機械的特性、磁気応答、コストのバランスを取ります。一般的な意思決定の文脈には、食品および医療機器の仕様（耐腐食性と非磁性が重要）と、家電や自動車のトリム（コスト、成形性、磁気応答が重要）が含まれます。
主な違いは合金戦略から生じます：304グレードは、耐腐食性と靭性を最適化したオーステナイト系クロムニッケルステンレス鋼であり、430グレードは、合金含有量が低く、磁気応答があり、通常は攻撃的な環境での耐腐食性が低いフェライト系クロムステンレス鋼です。これらの対照的な化学組成は、微細構造、溶接性、加工、用途選択の違いを引き起こします。
1. 規格と呼称
- 304: 一般的な呼称 — UNS S30400、AISI 304、EN 1.4301、JIS SUS304、GB 06Cr19Ni10。ステンレス鋼、オーステナイト系に分類されます。
- 430: 一般的な呼称 — UNS S43000、AISI 430、EN 1.4016（または1.4016/1.4010のバリエーション）、JIS SUS430、GB 0Cr17。ステンレス鋼、フェライト系に分類されます。
両者は、ASTM A240（平面製品）やさまざまなEN/JISの同等規格などのシート/プレート/チューブ規格に含まれています。これらは炭素鋼、工具鋼、またはHSLAグレードではありません。
2. 化学組成と合金戦略
表は、商業用304および430の典型的な組成範囲を示しています（範囲は規格および製品形状によって異なります；値は重量パーセントで表現されています）。
| 元素 | 304（典型的範囲） | 430（典型的範囲） |
|---|---|---|
| C | ≤ 0.08 | ≤ 0.12 |
| Mn | ≤ 2.0 | ≤ 1.0 |
| Si | ≤ 1.0 | ≤ 1.0 |
| P | ≤ 0.045 | ≤ 0.04 |
| S | ≤ 0.03 | ≤ 0.03 |
| Cr | 18.0–20.0 | 16.0–18.0 |
| Ni | 8.0–10.5 | ≤ 0.75 |
| Mo | ≈ 0 | ≈ 0 |
| V | 微量 / なし | 微量 / なし |
| Nb (Cb) | なし（安定化バリエーションを除く） | なし |
| Ti | なし（安定化バリエーションを除く） | なし |
| B | 微量 / なし | 微量 / なし |
| N | ≤ 0.11 | ≤ 0.1（通常は指定されない） |
合金戦略の含意： - クロムは両グレードの基本的なステンレスの不活性を提供します；高いCrは酸化および一般的な耐腐食性を改善します。 - ニッケルはオーステナイトを安定化し、靭性と成形性を向上させ、多くの環境での耐腐食性を大幅に改善します—これは304の性能の鍵です。 - 430の低い合金含有量は、塩素が豊富または酸性の環境での耐腐食性を低下させますが、磁気特性と低コストを提供します。 - 強い硬化性元素（Mo、V、Nb）の不在は、どちらのグレードも従来の焼入れおよび焼戻しによって強化されないことを意味します；強化は主に冷間加工（オーステナイト304の場合）または合金/引張状態（430の場合）によって行われます。
3. 微細構造と熱処理応答
- 304: 室温で完全にオーステナイト（面心立方、FCC）であり、十分なニッケルとバランスの取れたCrによります。オーステナイトは安定しており、広い温度範囲で優れた靭性と延性をもたらします。溶解アニーリング（通常は約1000–1100 °Cで急冷）により、析出物が溶解し、溶接後の耐腐食性が回復します；冷間加工は、ひずみ硬化によって強度を増加させ、非常に冷間加工された条件下でいくつかのマルテンサイト変態を誘発することがあります（磁気応答において）。
- 430: 室温でフェライト（体心立方、BCC）微細構造を持ちます。フェライトは磁気を持ち、高温からの急冷でマルテンサイトに変態しません。フェライト系ステンレス鋼は焼入れおよび焼戻しによって硬化できず、アニーリング（約750–900 °C、仕様に応じて、続いてゆっくりと炉冷却）を使用して柔らかくし、延性を回復します。冷間加工は強度を増加させますが、延性を低下させます。
熱処理応答の要約： - 正常化/焼入れおよび焼戻し：炭素鋼や合金鋼で使用される方法として、どちらのグレードにも適用できません。 - 高温曝露後の304にとって、クロムカーバイドの析出（感作）を避け、耐腐食性を回復するために溶解アニーリングが重要です。 - 430は不適切な溶接熱サイクルによって粒成長と延性の劣化に敏感です；制御されたアニーリングが特性を回復します。
4. 機械的特性
典型的な機械的挙動は製品形状（シート、プレート、バー）およびテンパー（アニーリング対冷間加工）に依存します。以下の値は、アニーリングされた商業製品の典型的な範囲を示しています；正確な設計値については材料証明書を参照してください。
| 特性 | 304（アニーリング、典型的） | 430（アニーリング、典型的） |
|---|---|---|
| 引張強度 (UTS) | 約520–750 MPa | 約450–620 MPa |
| 降伏強度 (0.2%オフセット) | 約200–310 MPa | 約200–350 MPa |
| 伸び (均一/総伸び) | 約40–60%（良好な延性） | 約20–40%（低い延性） |
| 衝撃靭性 (常温) | 高い、低温でも靭性を保持 | 中程度；低温で低下 |
| 硬度 (HRB) | 約70–95 | 約60–90 |
解釈： - 304は一般的にオーステナイト微細構造とニッケル含有量により、より高い延性と靭性を提供します。 - 430は一部のテンパーで比較可能な降伏強度を持つことがありますが、通常は延びと靭性が低く、特に低温では顕著です。 - 両グレードは冷間加工によって強度が増加します；304はより顕著に加工硬化し、成形や機械加工に影響を与えます。
5. 溶接性
溶接性は組成、炭素等価、微細構造の感受性に依存します。
主要な溶接性指標（定性的に有用）： - 国際溶接協会の炭素等価： $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm（一般的な溶接ひび割れ感受性）： $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
定性的解釈： - 304：一般的なプロセス（GMAW、GTAW、SMAW）による優れた溶接性。低炭素バリエーション（304L）は感作リスクを最小限に抑え、溶接後の界面腐食を避けるために指定されています。重度の溶接後の溶解アニーリングや低熱入力の維持は、カーバイドの析出を減少させます。オーステナイト微細構造は冷間割れに抵抗しますが、溶接近くで加工硬化します。 - 430：適切な消耗品と手順で溶接可能ですが、注意が必要です。フェライト系ステンレス鋼は熱伝導率が高く、溶接プールの流動性が低いため、熱影響部での粒成長や特定の温度でのシグマ相の形成が靭性や耐腐食性を低下させる可能性があります。予熱は一般的には必要ありませんが、フィラーの選択と熱入力の管理が重要です。マッチしたフェライトフィラーまたは適切なオーステナイトフィラーの使用は、最終的な特性に依存します。
ここでは数値的なCEまたはPcm評価は提供されていません—これらの式はエンジニアがケースを比較し、予熱/溶接後の処理を選択するために使用されます。
6. 腐食と表面保護
- モリブデンと窒素がピッティング耐性に影響を与える場合、PREN（ピッティング耐性等価数）の使用が一般的です： $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- 304および430の場合、Mo ≈ 0、Nは低いため、PRENは主にCrによって駆動され、控えめです；304は通常、より高いニッケルとより安定した不活性フィルムのため、多くの水性環境で430よりも優れた性能を発揮します。
実用的な腐食ガイダンス： - 304：良好な一般的耐腐食性（大気、さまざまな食品、穏やかな化学物質）。追加の対策なしで塩素が豊富な環境（海洋、融雪塩）への継続的な曝露には推奨されません；塩素耐性を考慮する場合は、Mo含有グレード（例：316）や設計および表面仕上げの管理を検討してください。溶接後は、溶解アニーリングまたは低炭素グレード（304L）を使用して界面腐食を避けます。 - 430：良好な大気および穏やかな化学耐性を持ちますが、塩素を含む環境や酸性環境では304に劣ります。攻撃的な塩素サービスで局所的な腐食（ピッティング）や、いくつかの環境での応力腐食割れに敏感です。 - 表面保護：両グレードは不活性なクロム酸化物フィルムに依存しています；機械的研磨、電解研磨、またはパッシベーション処理が性能を向上させます。非ステンレス鋼（これらのグレードではない）には、従来の保護として亜鉛メッキ、塗装、またはコーティングが必要ですが、不活性の完全性が維持されている場合、ステンレス鋼には通常必要ありません。
7. 加工、機械加工、成形性
- 成形：304（オーステナイト）は優れた成形性と深絞り特性を示します；強いスプリングバックと加工硬化を管理する必要があります。430（フェライト）はアニーリング状態で成形可能ですが、延性が低く、深絞り能力が限られています。
- 機械加工：430はアニーリング状態で304よりも加工が容易なことが多いです。フェライト構造はよりクリーンに切削する傾向があります；304は急速に加工硬化し、中間アニーリング、鋭い工具、および高い切削力が必要になることがあります。304には適切な工具材料と速度、切削液の使用が不可欠です。
- 表面仕上げ：両者は装飾的または衛生的な表面に仕上げることができます；304は一般的にそのオーステナイト特性により、より明るい仕上げと容易な研磨性を達成します。
8. 典型的な用途
| 304 — 典型的な用途 | 430 — 典型的な用途 |
|---|---|
| 食品加工機器、キッチンシンク、調理器具、医薬品機器 | 家電トリム（食器洗い機の外装）、オーブンパネル、電子レンジ内部 |
| 化学処理部品、熱交換器（非塩素） | 装飾的な建築トリム、磁気が許容されるエレベーターパネル |
| 医療機器、外科用器具（滅菌可能な表面） | 自動車の内外装トリム、磁気応答が有用な反射板/バック |
| 耐腐食性と靭性を必要とするファスナーおよびフランジ | 屋内環境向けの低コストの耐腐食シート |
選択の理由： - 耐腐食性、衛生的な清掃、非磁性の挙動、成形性が優先される場合は304を選択してください。 - コスト、磁気特性、攻撃的でない雰囲気での合理的な耐腐食性が優先される場合は430を選択してください。
9. コストと入手可能性
- 304はニッケル含有量のため、材料コストが高く、世界的なニッケル価格の変動が304の価格に影響を与えます。シート、コイル、プレート、バー、チューブ形状で広く入手可能です。
- 430はコストが低く、シートおよびコイルに豊富で、家電および建築市場向けに一般的に在庫されています。ニッケル含有量が低いため、リードタイムは一般的に短く、価格はより安定しています。
製品形状は価格に影響を与え（冷間圧延対熱間圧延対研磨）、調達はリードタイム、仕上げ、認証（例：ミルテストレポート）を考慮する必要があります。
10. 要約と推奨
| 基準 | 304 | 430 |
|---|---|---|
| 溶接性 | 優れた（感作を避けるために304L/溶解アニーリングを使用） | 注意が必要な良好な溶接性（熱入力とフィラー選択を管理） |
| 強度–靭性 | 高い靭性と延性；良好な強度 | 十分な強度、304に対して低い靭性と延性 |
| コスト | 高い（ニッケル含有量） | 低い（多くの用途に経済的） |
304を選択する場合： - 優れた一般的耐腐食性、衛生的で清掃可能な表面、非磁性の挙動、優れた成形性/靭性（例：食品、医療、化学環境）が必要です。
430を選択する場合： - 合理的な大気腐食耐性、磁気特性（例：検出または磁気付着が必要な場合）、限られた塩素曝露の屋内および装飾用途に対して低コストのステンレスが必要です。
最終的な注意：材料選択はサービス環境（塩素、温度）、機械的負荷、加工ルート（成形、溶接）、表面仕上げ、総ライフサイクルコストを考慮する必要があります。重要な用途の場合は、材料の適合性チェック（実験室の腐食試験またはフィールドデータ）を実施し、正確な組成と認証可能な機械的特性について最新のASTM/EN/JIS規格を参照してください。