1.2312鋼（P20+S）：特性と主要な用途
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1.2312鋼（P20+S型）は、中炭素合金鋼として主に分類される高性能ツール鋼です。このグレードは、高い靭性と良好な加工性能が要求される用途向けに特別に設計されており、金型やダイの製造で人気の選択肢となっています。1.2312の主要な合金元素にはクロム、ニッケル、硫黄が含まれており、これらは機械的特性や性能特性を大幅に向上させます。
総合的な概要
1.2312鋼は、加工性を改善するために硫黄が添加されたP20ツール鋼の改良版です。この鋼のグレードは、優れた靭性、良好な耐摩耗性、熱処理後の高硬度を特徴としています。硫黄の添加は加工性を高めるだけでなく、高温でも強度を維持する能力にも寄与します。
1.2312鋼の主な利点には以下があります：
- 高い加工性: 硫黄含有量が切削や成形を容易にし、工具の摩耗を減少させ、生産効率を向上させます。
- 良好な靭性: この鋼は優れた靭性を示し、衝撃耐性が重要なアプリケーションに適しています。
- 多用途のアプリケーション: プラスチックやダイキャスト用の金型の製造に広く使用されます。
ただし、考慮すべきいくつかの制限があります：
- 耐腐食性: 1.2312鋼はステンレス鋼ほど耐腐食性が高くないため、特定の環境での使用が制限される場合があります。
- コスト: 低グレード鋼と比べると、1.2312のコストは高くなる可能性があり、予算が限られているプロジェクトでは考慮すべき要素です。
歴史的に見ても、1.2312は、その靭性と加工性のバランスにより工具製造業界で人気を集めており、多くのエンジニアや製造業者にとって頼りにされる選択肢となっています。
代替名称、基準、および同等物
| 標準組織 | 指定/グレード | 原産国/地域 | 備考/注釈 |
|---|---|---|---|
| UNS | T51620 | 米国 | 加工性が向上したP20に最も近い同等物 |
| AISI/SAE | P20+S | 米国 | 加工性向上のための硫黄含有量の強化 |
| ASTM | A681 | 米国 | 工具鋼用の規格 |
| DIN | 1.2312 | ドイツ | 若干の組成の違いを除けばP20+Sに相当 |
| JIS | SKD61 | 日本 | 特性は類似しているが、合金元素が異なる |
| ISO | 4957 | 国際 | 工具鋼用の一般基準 |
これらのグレード間の違いは、特定の合金元素や熱処理プロセスに起因することが多く、特定のアプリケーションにおける性能に影響を与えます。たとえば、1.2312とSKD61の両方が良好な靭性を提供しますが、SKD61はクロム含有量が高いため、わずかに優れた耐摩耗性を提供する場合があります。
主要特性
化学組成
| 元素（記号と名称） | 割合範囲（％） |
|---|---|
| C（炭素） | 0.40 - 0.50 |
| Cr（クロム） | 1.80 - 2.10 |
| Ni（ニッケル） | 0.80 - 1.20 |
| S（硫黄） | 0.03 - 0.08 |
| Mn（マンガン） | 0.30 - 0.50 |
| Si（シリコン） | 0.20 - 0.40 |
1.2312鋼における主要な合金元素の役割は以下の通りです：
- 炭素（C）: 熱処理を通じて硬度と強度を高めます。
- クロム（Cr）: 耐摩耗性と焼入れ性を向上させます。
- ニッケル（Ni）: 靭性と延性を改善します。
- 硫黄（S）: 加工性を大幅に向上させ、より良い切削性能を提供します。
機械的特性
| 特性 | 状態/温度 | 典型的な値/範囲（メートル法 - SI単位） | 典型的な値/範囲（帝国単位） | 試験方法の基準標準 |
|---|---|---|---|---|
| 引張強度 | 焼入れおよび焼戻し | 850 - 1000 MPa | 123 - 145 ksi | ASTM E8 |
| 降伏強度（0.2％オフセット） | 焼入れおよび焼戻し | 600 - 800 MPa | 87 - 116 ksi | ASTM E8 |
| 伸び | 焼入れおよび焼戻し | 10 - 15％ | 10 - 15％ | ASTM E8 |
| 硬度（HRC） | 焼入れおよび焼戻し | 28 - 32 HRC | 28 - 32 HRC | ASTM E18 |
| 衝撃強度 | 室温 | 30 - 50 J | 22 - 37 ft-lbf | ASTM E23 |
これらの機械的特性の組み合わせにより、1.2312鋼は、高い機械的負荷を伴うアプリケーション、特に靭性と耐摩耗性が重要な金型製造に特に適しています。高い引張強度と降伏強度により、変形せずに相当な力を耐えることができ、良好な衝撃強度は突然の負荷に対する弾力性を提供します。
物理的特性
| 特性 | 状態/温度 | 値（メートル法 - SI単位） | 値（帝国単位） |
|---|---|---|---|
| 密度 | 室温 | 7.85 g/cm³ | 0.284 lb/in³ |
| 融点/範囲 | - | 1425 - 1470 °C | 2600 - 2700 °F |
| 熱伝導率 | 室温 | 25 W/m·K | 14.5 BTU·in/(hr·ft²·°F) |
| 比熱容量 | 室温 | 460 J/kg·K | 0.11 BTU/lb·°F |
| 電気抵抗率 | 室温 | 0.00065 Ω·m | 0.00038 Ω·in |
主要な物理特性の実際的な意義は以下の通りです：
- 密度: 1.2312鋼で作られた部品の重量と構造的完全性に影響を与え、金型やダイアプリケーションにおける設計選択に影響します。
- 熱伝導率: 熱伝達に関わるアプリケーションにとって重要であり、加工中に金型が熱を効果的に放散できることを保証します。
- 融点: コンポーネントの最大使用温度を決定し、高温加工プロセスを伴うアプリケーションにとって重要です。
耐腐食性
| 腐食性物質 | 濃度（％） | 温度（°C/°F） | 耐性評価 | 備考 |
|---|---|---|---|---|
| 水 | 0 - 100 | 20 - 100 | 普通 | 錆びるリスク |
| 酸（HCl） | 0 - 10 | 20 - 60 | 悪い | ピッティングに対して感受性が高い |
| アルカリ | 0 - 10 | 20 - 60 | 普通 | 限られた耐性 |
| 塩素化合物 | 0 - 5 | 20 - 60 | 悪い | 応力腐食割れのリスク |
1.2312鋼は、特に大気条件や淡水中での腐食に対して中程度の耐性を示します。ただし、塩素環境下ではピッティングや応力腐食割れに対して感受性が高く、海洋用途や高塩分の地域ではあまり適していません。1.4401（AISI 316）などのステンレス鋼と比較すると、1.2312は耐腐食性が著しく劣り、腐食環境においては保護コーティングや表面処理が必要です。
耐熱性
| 特性/制限 | 温度（°C） | 温度（°F） | 備考 |
|---|---|---|---|
| 最大連続使用温度 | 300 °C | 572 °F | これを超えると特性が劣化する可能性があります |
| 最大断続的使用温度 | 400 °C | 752 °F | 短期的な露出のみ |
| スケーリング温度 | 600 °C | 1112 °F | 長時間の露出による酸化のリスク |
高温下でも、1.2312鋼は一定の限界まではその機械的特性を維持しますが、その限界を超えると酸化や強度の低下が発生する可能性があります。これにより、断続的な高温を含むアプリケーションに適していますが、劣化を避けるためにはサービス条件に対する慎重な考慮が必要です。
加工特性
溶接性
| 溶接プロセス | 推奨するフィラー金属（AWS分類） | 典型的なシールドガス/フラックス | 備考 |
|---|---|---|---|
| MIG | ER70S-6 | アルゴン + CO2 | 予熱が推奨されます |
| TIG | ER70S-2 | アルゴン | 溶接後の熱処理が必要です |
1.2312鋼は一般的に溶接可能ですが、高い炭素含有量による亀裂のリスクを避けるためには注意が必要です。溶接前に予熱することが推奨され、溶接後の熱処理は残留応力を緩和し靭性を向上させる助けになります。
加工性
| 加工パラメータ | 1.2312鋼 | AISI 1212 | 備考/ヒント |
|---|---|---|---|
| 相対加工性指数 | 100 | 130 | 1.2312は良好ですが、AISI 1212よりは劣ります |
| 典型的な切削速度（旋盤加工） | 80 m/min | 100 m/min | 最適な性能のために工具を調整してください |
1.2312鋼は、その硫黄含有量により加工性が非常に良好であり、工具の摩耗を減少させ、表面仕上げを改善します。効率を最大化するために、特定の加工操作に基づいて最適な切削速度と工具を選定する必要があります。
成形性
1.2312鋼は良好な成形性を示し、冷間および熱間成形プロセスの両方に対応できます。亀裂のリスクなく曲げたり形状を変えたりできますが、作業硬化効果を避けるために曲げ半径には注意が必要です。
熱処理
| 処理プロセス | 温度範囲（°C/°F） | 典型的な浸漬時間 | 冷却方法 | 主要な目的 / 予想される結果 |
|---|---|---|---|---|
| 焼なまし | 600 - 700 °C / 1112 - 1292 °F | 1 - 2時間 | 空気 | 硬度を下げ、加工性を改善します |
| 焼入れ | 850 - 900 °C / 1562 - 1652 °F | 30分 | 油 | 硬度と強度を高めます |
| 焼戻し | 200 - 300 °C / 392 - 572 °F | 1時間 | 空気 | 脆さを減少させ、靭性を高めます |
1.2312鋼の熱処理プロセスは、顕著な金属組織的変化をもたらします。焼入れはマルテンサイトの形成を通じて硬度を増加させ、焼戻しは脆さを低下させ靭性を高めるため、鋼は要求されるアプリケーションに適しています。
典型的なアプリケーションと最終用途
| 産業/セクター | 特定のアプリケーション例 | このアプリケーションで利用される鋼の主要特性 | 選択理由（概要） |
|---|---|---|---|
| 自動車 | 射出金型 | 高い靭性、良好な耐摩耗性 | 耐久性に不可欠 |
| 航空宇宙 | ダイキャスト金型 | 優れた加工性、靭性 | 生産コストを削減 |
| 消費財 | プラスチック金型 | 高硬度、良好な表面仕上げ | 品質と精度を確保 |
- その他のアプリケーション:
- ゴム製品の金型
- 加工操作のためのツーリング
- 製造機器のコンポーネント
1.2312鋼は、その優れた靭性、加工性、および耐摩耗性のバランスにより、精度と耐久性が要求される高品質の金型やダイの製造に理想的であるため、これらのアプリケーションで選ばれています。
重要な考慮事項、選択基準、およびさらなる洞察
| 特徴/特性 | 1.2312鋼 | AISI P20 | AISI D2 | 簡潔な利点/欠点またはトレードオフのメモ |
|---|---|---|---|---|
| 主要機械的特性 | 高靭性 | 中程度の靭性 | 高耐摩耗性 | 1.2312は加工性が優れています |
| 主要な腐食側面 | 普通 | 普通 | 悪い | 1.2312はD2よりも多用途です |
| 溶接性 | 良好 | 中程度 | 悪い | 1.2312はD2よりも溶接が容易です |
| 加工性 | 優れた | 良好 | 普通 | 1.2312は加工に優れています |
| 概算相対コスト | 中程度 | 中程度 | 高い | 高性能アプリケーション向けのコスト効率が良い |
| 典型的な入手可能性 | 一般的 | 一般的 | あまり一般的ではない | 1.2312は工具鋼市場で広く入手可能です |
1.2312鋼を選定する際は、その費用対効果、入手可能性、および特定の用途への適合性を考慮する必要があります。その優れた加工性と靭性は、金型製造業界での好ましい選択肢となっており、腐食耐性の制限により腐食のリスクがある環境での注意が必要です。
要約すると、1.2312鋼（P20+S型）は、靭性、加工性、および耐摩耗性のバランスが取れた多用途のツール鋼であり、製造セクターにおける幅広いアプリケーションに適しています。そのユニークな特性と性能は、金型およびダイの製造において重要な利点を提供し、制限を考慮に入れることで、エンジニアリングアプリケーションでの最適な使用が確保されます。