430対446 – 組成、熱処理、特性、および用途
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はじめに
タイプ430とタイプ446は、設計が腐食抵抗、熱安定性、成形性、コストのバランスを取らなければならない場合に一般的に考慮される2つのフェライト系ステンレス鋼グレードです。調達およびエンジニアリングチームは、しばしば選択のジレンマに直面します：穏やかな環境に対して適切な腐食抵抗を持つ、より成形性の高い低コストのグレードを選ぶか、より高いクロム、高温腐食抵抗の向上、攻撃的な環境での長寿命のためにプレミアムを支払うかです。
これらのグレードの主な違いは、フェライト系ファミリー内での合金戦略です：一方は標準的で経済的な16〜18％のクロムを含むフェライト系ステンレス鋼（タイプ430）であり、もう一方は高温酸化に最適化され、高塩素または高温環境に対する耐性が向上した高クロムフェライト系ステンレス鋼（タイプ446）です。この違いが、シート、プレート、チューブ、および製造部品の選択を促進します。
1. 規格と指定
- UNS: UNS S43000（タイプ430）；UNS S44600（タイプ446）
- ASTM/ASME: フラット製品ステンレス鋼のために一般的にASTM A240 / ASME SA-240の下で指定されます
- JIS: SUS430；SUS446（アジアで使用される一般的なJIS/SUS指定）
- EN/ISO: 両方のグレードはEN/ISO 10088シリーズおよび国の同等物に登場します（特定の数値EN指定は国や製品形状によって異なります）
- GB: 中国の国家基準は同等物をリストします（製品基準は形状や用途によって異なります）
分類: タイプ430とタイプ446はどちらもフェライト系ステンレス鋼です（磁性、体心立方格子マトリックス）。それらはオーステナイト系、工具鋼、またはHSLA鋼ではありません。
2. 化学組成と合金戦略
| 元素（wt%） | タイプ430（典型的な範囲） | タイプ446（典型的な範囲） |
|---|---|---|
| C | ≤ 0.12 | ≤ 0.20–0.25 |
| Mn | ≤ 1.0 | ≤ 1.0 |
| Si | ≤ 1.0 | ≤ 1.0 |
| P | ≤ 0.04 | ≤ 0.04 |
| S | ≤ 0.03 | ≤ 0.03 |
| Cr | 16.0–18.0 | 23.0–27.0 |
| Ni | ≤ 0.75 | ≤ 0.6 |
| Mo | 通常0 | 0–1.0（いくつかのグレードには少量のMoが含まれます） |
| V, Nb, Ti | 通常微量またはなし | 通常微量またはなし |
| N | 非常に低い | 非常に低い |
注記： - 上記の範囲は、焼鈍状態の商業的ASTM/UNSグレードの典型的な組成を示しています。正確な限界は仕様と供給者によって異なります。 - タイプ430は、一般的な腐食抵抗と良好な成形性を持つ低コストのフェライト合金です。 - タイプ446は、酸化抵抗、ピッティングおよび隙間抵抗を高温で改善し、炭化または酸化雰囲気でのスケーリング抵抗を向上させるために、クロムを大幅に増加させ（時には少量のモリブデンを追加します）ます。
合金が特性に与える影響： - クロムは不活性化（ステンレスの挙動）の主成分です；Crを23〜27％の範囲に増加させることで、高温酸化が改善され、攻撃的な局所腐食に対する耐性が向上します。 - 炭素は強度を高めますが、粒界での炭化物析出を促進する可能性があります；フェライト系では、これが高温でのクリープと延性に影響を与える可能性があります。 - モリブデンが存在する場合、ピッティング抵抗と高温腐食抵抗が向上します。 - 低Niおよび低Nは、これらがフェライト系であることを意味します：熱処理による硬化性が限られ、磁性があり、一般的に時効硬化または析出硬化しません。
3. 微細構造と熱処理応答
微細構造： - 両方のグレードは、焼鈍状態でフェライト系（体心立方格子、BCC）の微細構造を示します。 - タイプ430：比較的少ない析出物を持つフェライトマトリックス；十分な炭素を伴う感作サイクルにさらされると、粒界での炭化物析出が発生する可能性があります。 - タイプ446：より高いCr含量のフェライトマトリックス；高温でクロム炭化物またはクロムリッチな析出物を含む可能性がありますが、より高いCr含量は、より保護的な不活性膜と改善されたスケーリング抵抗を促進します。
熱処理応答： - フェライト系ステンレス鋼は、マルテンサイト鋼のように急冷および焼戻しによって硬化することはできません。硬度と強度は主に冷間加工、粒径、および合金含量によって制御されます。 - 焼鈍：両方は延性を回復するために溶解焼鈍されます；フェライト系の典型的な焼鈍温度は約800〜950 °Cで、その後脆化を避けるために制御冷却されます。 - 安定化：高炭素バージョンの場合、安定化処理（他の合金におけるTiまたはNbの添加など）が指定され、炭素を固定し、クロム炭化物の析出を減少させることができます；タイプ430および446は通常、低炭素または制御された加工に依存します。 - 熱機械的加工（圧延、制御冷却）は、粒径を精製し、強度と靭性を向上させることができます；タイプ446は、高温部品に使用される際に、析出物とクリープ抵抗を管理するためにプロセス制御の恩恵を受けます。
4. 機械的特性
| 特性（焼鈍、典型的な範囲） | タイプ430 | タイプ446 |
|---|---|---|
| 引張強度（MPa） | 400–600 | 450–700 |
| 降伏強度（0.2％オフセット、MPa） | 200–350 | 250–450 |
| 伸び（％） | 20–30 | 10–25 |
| 衝撃靭性（シャルピー、J） | 中程度；低炭素および細粒で改善される | 通常、430に対して室温で低い；高温靭性はより良く保持される |
| 硬度（HB） | 120–180 | 140–220 |
解釈： - タイプ446は一般的に強度が高く、高温強度およびクリープ/酸化抵抗がタイプ430よりも高いです。これは、より高いクロム含量と、いくつかのバリエーションではわずかに高い炭素およびオプションのMoによるものです。 - タイプ430は通常、より延性があり、成形が容易です；低温での衝撃靭性は、加工によって430でより良い場合があります。 - 正確な値は製品形状（シート、プレート、チューブ）、ゲージ、および加工履歴によって異なります。両方のグレードは、熱処理による強化よりも、主に加工硬化と微細構造制御から強度を得ています。
5. 溶接性
フェライト系ステンレス鋼の溶接性に関する考慮事項は、炭素含量、硬化性に影響を与える合金、粒成長および脆化への感受性に関連しています。
関連する指標： - 炭素等価（IIW）方程式は、溶接されたフェライト系鋼の冷間割れ/硬化傾向を判断するのに役立ちます： $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - $P_{cm}$パラメータは、溶接性および硬化または割れの傾向を測定します： $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
定性的解釈： - タイプ430：一般的に良好な溶接性を持ち、一般的な溶接プロセスで前加熱およびインターパス温度が制御されている場合；低炭素および中程度のCrは管理可能なCEおよびPcm値を提供します。粒成長は、溶接熱影響部（HAZ）で靭性を低下させる可能性があります。 - タイプ446：溶接性は430よりも難しいです。これは、より高いCrおよびしばしば高炭素のためです；HAZの脆化および靭性の低下が懸念されます。重要な用途では、前加熱、制御された熱入力、および溶接後の焼鈍または応力緩和処理が必要になる場合があります。フィラー金属の選択（オーステナイト系対フェライト系フィラー）は、接合部の性能に影響を与えます—マッチングと希釈を考慮する必要があります。 - 両方の場合において、HAZ内で硬く脆い微細構造を促進する過剰な熱入力および急冷を避けてください。構造物または圧力用途のために、認定された溶接手順を使用してください。
6. 腐食および表面保護
両方のグレードはステンレス（不活性クロム酸化膜を形成します）が、腐食挙動は異なります：
- 一般的な腐食：タイプ430は、雰囲気および軽度の腐食環境（屋内、軽度の湿気、非海洋条件）で良好な耐性を提供します。ピッティングおよび隙間腐食のリスクが低い場所で一般的に使用されます。
- 局所腐食および高温酸化：タイプ446は、著しく高いクロムを持ち、高温および攻撃的な塩素を含む雰囲気でのスケーリング、酸化、およびいくつかの形態の局所腐食に対して優れた耐性を示します。446バリエーションにMoが存在する場合、ピッティング抵抗がさらに改善されます。
ピッティング抵抗等価数（該当する場合）： $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ - PRENは、MoおよびNが重要な合金におけるピッティング抵抗を評価するのに最も適しています。低MoおよびNの標準430では、PRENは低く、有用な識別子ではありません；Moを含むいくつかの446バリエーションでは、PRENが高くなり、より良いピッティング抵抗を反映します。
非ステンレス比較のための表面保護： - 両方ともステンレスであり、特別な表面保護（亜鉛メッキ）は不要であり、一般的ではありません。表面仕上げ（パッシベーション、酸洗い、機械的研磨）は、腐食抵抗と外観を改善します。塩素攻撃が予想される場合は、より高い合金含量またはコーティングを検討してください。
7. 製造、加工性、および成形性
- 加工性：フェライト系ステンレス鋼は、通常、オーステナイト系グレードよりも加工が容易です。タイプ430は、従来の工具で合理的に加工されます；フィードが低い場合、加工硬化が発生する可能性があります。タイプ446は、より硬く、より高いCrを持つため、切削工具に対して厳しく、より堅牢な工具と遅い速度が必要になる場合があります。
- 成形性：タイプ430は、より高い延性のため、冷間成形特性（深絞り、曲げ）が優れています。タイプ446は、延性が低く、特に厚い部分では割れずに成形するのが難しいです。
- 仕上げ：両方とも研磨および表面仕上げが良好です；446は、熱処理中の変色に対してわずかに高い抵抗を示す場合があります。
8. 典型的な用途
| タイプ430 — 典型的な用途 | タイプ446 — 典型的な用途 |
|---|---|
| 家庭用機器（オーブンのトリム、制御パネル） | 高温炉部品、バーナーライナー |
| 装飾トリム、建築内部パネル | 高温腐食環境での熱交換器 |
| 自動車のトリムおよびトリム部品（非構造的） | 酸化雰囲気にさらされる産業プロセス機器 |
| ワッシャー、ネジ、適度な腐食抵抗が必要なトリム | 排気ガスシステム、ボイラーライナー、煙突ライナー |
| 食品サービス機器（穏やかな環境で） | 高温排気および排気部品 |
選択の理由： - 穏やかから中程度の腐食環境でコスト、入手可能性、成形性が優先される場合は、タイプ430を選択してください。 - 高温酸化抵抗、スケーリング抵抗、またはより攻撃的な条件での長寿命が重要である場合は、タイプ446を選択してください。これは、材料コストが高く、製造上の課題がある場合でもです。
9. コストと入手可能性
- コスト：タイプ430は、控えめなクロム含量と高い入手可能性のため、一般的に低コストのステンレス鋼の1つです。タイプ446は、はるかに高いクロム含量と、存在する場合は追加の合金（Mo）のためにプレミアムがかかります。
- 入手可能性：タイプ430は、シート、プレート、ストリップ、および一般的な製造形状で広く在庫されています。タイプ446は、あまり一般的に在庫されておらず、特定の製品形状（シート、プレート、チューブ）で専門の供給者を通じて入手可能であり、大量または異常な形状の場合はリードタイムが長くなることがあります。
- 調達のヒント：ライフサイクルコストを評価してください—446の初期コストが高い場合でも、高温/酸化環境でのダウンタイム、交換、または保証のリスクが高額になる場合は正当化されることがあります。
10. 概要と推奨
| 性能指標 | タイプ430 | タイプ446 |
|---|---|---|
| 溶接性 | 良好（標準的な制御で） | より難しい；制御された手順が必要 |
| 強度–靭性 | 中程度の強度、良好な延性 | 高温強度が高く、室温での延性が低い |
| 腐食（高温/ピッティング） | 穏やかな環境に対して適切 | 高温および攻撃的な環境に対して優れた |
| コスト | 低い | 高い |
推奨： - 内部建築作業、機器のトリム、または高温酸化や攻撃的なピッティングが主要な懸念事項でない中程度の腐食環境向けに、経済的で容易に成形できるフェライト系ステンレス鋼が必要な場合は、タイプ430を選択してください。 - 高温、酸化雰囲気、炉部品、排気ガスまたは排気環境、または優れたスケーリングおよび長期的な高温腐食抵抗が高い材料および製造コストを正当化する場合は、タイプ446を選択してください。
最終的な注意：両方のグレードはフェライト系ステンレス鋼であり、詳細な製品形状、期待されるサービス温度、溶接要件、および表面仕上げを指定するのが最適です。重要なまたは高温サービスの場合は、供給者からの材料データを参照し、アプリケーション固有の腐食および機械的評価を実施してください。