1018鋼:特性と主要な用途
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1018スチールは、中炭素合金鋼のカテゴリーに属する低炭素鋼グレードです。主に鉄で構成されており、炭素含有量は約0.18%で、これが強度と硬度に寄与しています。1018スチールの主な合金元素には、焼入れ性と引張強度を高めるマンガン、加工性と延性に影響を与える微量のリンと硫黄が含まれています。
総合概要
1018スチールは、その優れた溶接性、加工性、良好な機械的特性で知られており、さまざまな工学的用途で人気があります。低い炭素含有量は良好な延性と成形性を可能にし、マンガンの存在は強度と硬度を向上させます。この鋼は、適度な強度と良好な靭性を必要とする用途でしばしば使用されます。
1018スチールの主な利点は以下の通りです:
- 溶接性: 様々な溶接プロセスを使用して簡単に溶接できます。
- 加工性: 良好な加工性があり、効率的な製造プロセスを可能にします。
- コスト効果: 高合金鋼と比べて比較的安価です。
ただし、1018スチールにはいくつかの制限もあります:
- 耐腐食性: 限定的な耐腐食性があり、保護コーティングなしでは厳しい環境には適していません。
- 強度の制限: 良好な強度を持っていますが、より高炭素や合金鋼と比較すると、高ストレス用途には不適かもしれません。
歴史的に、1018スチールは、適度な強度と良好な延性が要求されるシャフト、ギア、およびその他のコンポーネントの製造に広く使用されてきました。市場での一般性は、その多用途性と入手の容易さに起因しています。
代替名、標準、及び同等物
| 標準機関 | 指定/グレード | 原産国/地域 | 注記 |
|---|---|---|---|
| UNS | G10180 | 米国 | AISI 1020に最も近い同等物 |
| AISI/SAE | 1018 | 米国 | 広く使用される低炭素鋼 |
| ASTM | A108 | 米国 | 冷間仕上げ鋼棒の標準規格 |
| EN | C18E | ヨーロッパ | 微小な成分の違い |
| JIS | S45C | 日本 | 類似の特性だが、炭素含有量が高い |
| ISO | 1018 | 国際 | 同等の指定 |
上記の表は、1018スチールのさまざまな標準と同等物を示しています。AISI 1020やJIS S45Cなどのグレードは似ているように見えますが、特定の用途での性能に影響を与える微妙な成分や機械的特性の違いがあります。
主な特性
化学組成
| 元素(記号と名称) | 割合の範囲 (%) |
|---|---|
| C(炭素) | 0.15 - 0.20 |
| Mn(マンガン) | 0.60 - 0.90 |
| P(リン) | ≤ 0.04 |
| S(硫黄) | ≤ 0.05 |
| Fe(鉄) | バランス |
1018スチールにおける主な合金元素の役割は以下のとおりです:
- 炭素 (C): 強度と硬度を提供し、低い炭素含有量が良好な延性を確保します。
- マンガン (Mn): 焼入れ性と引張強度を高め、全体的な機械的特性を向上させます。
- リン (P) と 硫黄 (S): 微量で存在し、加工性を改善しますが、過剰な場合は延性が低下する可能性があります。
機械的特性
| 特性 | 状態/温度 | 典型的な値/範囲(ミリメートル法 - SI単位) | 典型的な値/範囲(インペリアル単位) | 試験方法の参考標準 |
|---|---|---|---|---|
| 引張強度 | 焼なまし | 370 - 580 MPa | 53.5 - 84.2 ksi | ASTM E8 |
| 降伏強度 (0.2%オフセット) | 焼なまし | 205 - 370 MPa | 29.7 - 53.5 ksi | ASTM E8 |
| 伸び率 | 焼なまし | 15 - 25% | 15 - 25% | ASTM E8 |
| 硬度 (ブリネル) | 焼なまし | 119 - 207 HB | 119 - 207 HB | ASTM E10 |
| 衝撃強度 (シャルピー) | -40°C | 27 J | 20 ft-lbf | ASTM E23 |
これらの機械的特性の組み合わせによって、1018スチールは適度な強度と良好な靭性を要求する用途に適しています。たとえば、ギア、シャフト、その他の適度な負荷がかかる部品の製造に利用されます。
物理的特性
| 特性 | 状態/温度 | 値(ミリメートル法 - SI単位) | 値(インペリアル単位) |
|---|---|---|---|
| 密度 | - | 7.85 g/cm³ | 0.284 lb/in³ |
| 融点 | - | 1425 - 1540 °C | 2600 - 2800 °F |
| 熱伝導率 | 20 °C | 50.2 W/m·K | 34.6 BTU·in/(hr·ft²·°F) |
| 比熱容量 | 20 °C | 0.486 kJ/kg·K | 0.116 BTU/lb·°F |
| 電気抵抗率 | 20 °C | 0.00065 Ω·m | 0.0004 Ω·in |
1018スチールの物理的特性の実用的な重要性は以下の通りです:
- 密度: 密度は部品の重量と構造的完全性に寄与します。
- 熱伝導率: 中程度の熱伝導率は、熱散逸が必要な用途に適しています。
- 融点: 融点は高温用途への適合性を示していますが、極端な温度に長時間さらされるべきではありません。
耐腐食性
| 腐食性物質 | 濃度 (%) | 温度 (°C/°F) | 耐性評価 | 注記 |
|---|---|---|---|---|
| 大気中 | - | - | 普通 | 保護なしで錆のリスクがある |
| 塩化物 | 3-5 | 25-60 °C (77-140 °F) | 悪い | ピッティング腐食に対して感受性がある |
| 酸 | 10-20 | 20-50 °C (68-122 °F) | 悪い | 酸性環境には推奨されない |
| アルカリ | 5-10 | 20-50 °C (68-122 °F) | 普通 | 中程度の耐性があるが、保護措置が勧められる |
1018スチールは、特に高湿度や塩化物、酸にさらされる環境では耐腐食性が限られています。錆びやピッティングに敏感で、特に海洋や工業環境では脆弱です。304や316のようなステンレス鋼と比べて、優れた耐腐食性を提供するこれらの鋼には、腐食性環境での耐久性を向上させるために保護コーティングや仕上げが必要です。
耐熱性
| 特性/限度 | 温度 (°C) | 温度 (°F) | 注記 |
|---|---|---|---|
| 最大連続使用温度 | 400 °C | 752 °F | 中程度の温度用途に適している |
| 最大間欠使用温度 | 500 °C | 932 °F | 高温に短期間さらすことが可能 |
| スケーリング温度 | 600 °C | 1112 °F | 高温でのスケーリングリスク |
高温では、1018スチールは一定の限界まで機械的特性を維持できます。ただし、高温に長時間さらされると、酸化やスケーリングが起こる可能性があり、構造的完全性が損なわれることがあります。高温環境で動作する部品を設計する際には、これらの要因を考慮することが重要です。
製造特性
溶接性
| 溶接プロセス | 推奨フィラー金属 (AWS分類) | 典型的なシールドガス/フラックス | 注記 |
|---|---|---|---|
| MIG | ER70S-6 | アルゴン + CO2混合ガス | 薄い部分に適している |
| TIG | ER70S-2 | アルゴン | クリーンな溶接、低歪み |
| スティック | E7018 | - | 屋外使用に適している |
1018スチールは優れた溶接性で知られ、さまざまな溶接プロセスに適しています。厚い部分については亀裂を避けるために事前加熱が必要な場合があります。溶接後の熱処理は、溶接部位の特性を向上させ、残留応力を減少させることができます。
加工性
| 加工パラメーター | [1018スチール] | [AISI 1212] | 注記/ヒント |
|---|---|---|---|
| 相対加工性指数 | 70 | 100 | 1212は加工しやすい |
| 典型的な切削速度 (旋削) | 30-50 m/min | 60-80 m/min | 工具および設定に応じて調整 |
1018スチールは良好な加工性を持ち、効率的な切削と成形を可能にします。最適な条件としては、鋭い工具を使用し、適切な切削速度を選択して工具の摩耗を最小限に抑え、良好な表面仕上げを実現することが含まれます。
成形性
1018スチールは良好な成形性を示し、冷間および熱間成形プロセスを可能にします。亀裂のリスクが最小限に抑えられ、複雑な形状を要求する用途に適しています。ただし、作業硬化を避けるために曲げ半径に注意を払う必要があります。
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 | 主な目的 / 期待される結果 |
|---|---|---|---|---|
| 焼なまし | 700 - 800 °C / 1292 - 1472 °F | 1 - 2時間 | 空気 | 延性を改善し、硬度を低下させる |
| 急冷 | 800 - 900 °C / 1472 - 1652 °F | 30分 | 油または水 | 硬度と強度を向上させる |
| テンパリング | 400 - 600 °C / 752 - 1112 °F | 1時間 | 空気 | 急冷後の脆さを低下させる |
熱処理プロセスは、1018スチールの微細構造と特性に大きな影響を与えます。焼なましは延性を改善し、急冷は硬度を高めます。急冷後のテンパリングは、応力を緩和し、靭性を向上させるのに役立ちます。
典型的な用途と最終的な使用
| 産業/セクター | 特定の応用例 | この応用で利用されるキー鋼特性 | 選定理由(簡潔) |
|---|---|---|---|
| 自動車 | ギア | 良好な強度、加工性 | コスト効果が高く、信頼性がある |
| 製造 | シャフト | 延性、溶接性 | 加工が簡単 |
| 建設 | 構造部品 | 適度な強度、成形性 | 多用途で広く入手可能 |
1018スチールの他の用途には以下が含まれます:
-
- ファスナー
-
- 機械部品
-
- 工具部品
これらの用途における1018スチールの選択は、主に強度、延性、および加工の容易さのバランスによります。これにより、さまざまな工学的ニーズに理想的な材料となっています。
重要な考慮事項、選定基準、およびさらなる洞察
| 特性/特性 | 1018スチール | AISI 1045 | AISI 4140 | 簡潔な利点/欠点またはトレードオフの注記 |
|---|---|---|---|---|
| 主な機械的特性 | 適度な強度 | より高い強度 | より高い強度 | 1045はより良い強度を提供し、4140はより良い靭性を提供します |
| 主な腐食に関する側面 | 普通 | 普通 | 良好 | 4140は優れた耐腐食性を持っています |
| 溶接性 | 優れた | 良好 | 普通 | 4140は事前加熱が必要な場合があります |
| 加工性 | 良好 | 普通 | 悪い | 1018は加工が容易です |
| 成形性 | 良好 | 普通 | 悪い | 1018は簡単に成形できます |
| 相対的なコストの概算 | 低い | 中程度 | 高い | 1018は多くの用途で費用対効果が高いです |
| 典型的な入手可能性 | 高い | 中程度 | 低い | 1018は広く入手可能です |
1018スチールを選択する際の考慮事項には、コスト効果、入手可能性、および用途に必要な特定の機械的特性が含まれます。その優れた溶接性と加工性は、多くの製造プロセスでの選定理由となっています。ただし、より高い強度や耐腐食性を必要とする用途には、AISI 1045やAISI 4140などの代替グレードがより適している可能性があります。
要約すると、1018スチールは、良好な機械的特性、加工の容易さ、およびコスト効果のバランスを提供する多用途な低炭素鋼であり、さまざまな工学的用途で人気があります。