1070鋼:特性と主要な用途の解説

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1070鋼は、中炭素鋼に分類され、炭素含有率約0.70%が特徴です。この鋼種は主にマンガンと合金されており、硬化性と強度が向上します。炭素の存在は、その機械的特性に重要な影響を与え、高強度と耐摩耗性が求められる用途に適しています。

包括的な概要

1070鋼は、優れた引張強度、良好な延性、卓越した耐摩耗性を含むいくつかの重要な特徴を示します。その炭素含有率により、熱処理時に微細な微細構造が得られ、硬度と強度が向上します。ただし、相対的に高い炭素含有量は、低炭素鋼に比べて溶接や成形がより難しくなることがあります。

利点:
- 高強度: 1070鋼は高い引張強度と降伏強度を達成でき、要求されるアプリケーションに適しています。
- 耐摩耗性: 1070鋼の硬度は、摩耗抵抗が重要な用途に理想的です。
- 多用途性: 様々な機械的特性を達成するために熱処理されることができ、特定の用途要件に基づいてカスタマイズが可能です。

制限:
- 溶接性の問題: 高い炭素含有量は、溶接中のひび割れを引き起こす可能性があるため、フィラー材料の選定と前後の熱処理が慎重に行う必要があります。
- 脆性: 硬化できるものの、過度の硬度は脆性を引き起こす可能性があり、一部のアプリケーションで懸念されることがあります。
- コスト: 低炭素鋼に比べて、合金元素や加工要求のために1070鋼は高価になる場合があります。

歴史的に見て、1070鋼は自動車部品、工具、機械部品などの様々な用途に使用されており、良好な機械的特性と性能特性が評価されています。

代替名、規格、同等品

標準機関 指定/グレード 原産国/地域 注記/備考
UNS G10700 米国 AISI 1070に最も近い同等品
AISI/SAE 1070 米国 一般的に使用される名称
ASTM A108 米国 冷間仕上げの炭素鋼バーの標準規格
EN 1.0705 ヨーロッパ 注意すべき小さな成分差
JIS S45C 日本 同様の特性だが、異なる合金元素
ISO 1070 国際 標準化された名称

同等グレード間の違いは、特定の用途における性能に影響を与える可能性があります。例えば、S45Cは類似の機械的特性を提供するかもしれませんが、その低い炭素含有量は溶接性の向上をもたらし、溶接構造においてより良い選択肢となります。

主要特性

化学組成

元素(記号と名称) 割合範囲(%)
C(炭素) 0.65 - 0.75
Mn(マンガン) 0.60 - 0.90
Si(ケイ素) 0.15 - 0.40
P(リン) ≤ 0.04
S(硫黄) ≤ 0.05

1070鋼の主な合金元素には、炭素とマンガンが含まれます。炭素は硬度と強度を高めるために重要であり、マンガンは硬化性と靱性を向上させます。ケイ素は鋼製造中の脱酸を改善するために添加され、リンと硫黄は脆性を避けるために最小限に抑えられます。

機械的特性

特性 条件/状態 試験温度 典型的な値/範囲(メートル法) 典型的な値/範囲(英語法) 試験方法の参考標準
引張強度 アニーリング(焼きなまし) 室温 620 - 750 MPa 90 - 109 ksi ASTM E8
降伏強度(0.2%オフセット) アニーリング(焼きなまし) 室温 350 - 450 MPa 51 - 65 ksi ASTM E8
伸び アニーリング(焼きなまし) 室温 15 - 20% 15 - 20% ASTM E8
硬さ(ロックウェルC) アニーリング(焼きなまし) 室温 30 - 40 HRC 30 - 40 HRC ASTM E18
衝撃強度 アニーリング(焼きなまし) -20°C (-4°F) 30 - 50 J 22 - 37 ft-lbf ASTM E23

高い引張強度と降伏強度に加えて、適度な延性を備えた1070鋼は、機械的負荷の下での構造的完全性を要求される用途に適しています。その硬度により、摩耗に耐えることができ、摩擦にさらされる部品に最適です。

物理的特性

特性 条件/温度 値(メートル法) 値(英語法)
密度 室温 7.85 g/cm³ 0.284 lb/in³
融点/範囲 - 1425 - 1540 °C 2600 - 2800 °F
熱伝導率 室温 45 W/m·K 31 BTU·in/(hr·ft²·°F)
比熱容量 室温 0.46 kJ/kg·K 0.11 BTU/lb·°F
電気抵抗率 室温 0.0000017 Ω·m 0.0000017 Ω·in

1070鋼の密度は、その substantial な質量を示し、強度に寄与します。融点範囲は、高温を扱う用途において重要です。熱伝導率は中程度であり、熱放散が必要な用途に適しています。

耐腐食性

腐食性物質 濃度(%) 温度(°C) 耐性評価 注記
大気 - - 普通 サビに対して感受性あり
塩化物 3-5 20-60 貧弱 ピッティングのリスク
10-20 20-40 貧弱 推奨されない
アルカリ性 5-10 20-60 普通 中程度の耐性

1070鋼は大気腐食に対して普通の耐性を示しますが、適切な表面処理がないとサビに対して感受性があります。塩化物環境下では、耐性が貧弱であり、ピッティング腐食を引き起こす可能性があります。酸性およびアルカリ性条件下での性能も限られており、非常に腐食性の環境での用途には適していません。

304ステンレス鋼のような等級と比較すると、1070鋼は厳しい環境にさらされる用途には不向きとされます。ただし、その強度と耐摩耗性により、腐食性が少ない環境ではより良い選択となる場合があります。

耐熱性

特性/制限 温度(°C) 温度(°F) 備考
最大連続使用温度 400 °C 752 °F 適度な温度に適している
最大間欠使用温度 500 °C 932 °F 短期間の曝露に耐えられる
スケーリング温度 600 °C 1112 °F この点を超えると酸化のリスク

高温条件下で、1070鋼は約400 °C(752 °F)まで強度を保持します。これを超えると、機械的特性を失う可能性があり、酸化に対して脆弱になります。高温が予想される用途では注意が必要であり、長期間の曝露は劣化を引き起こす可能性があります。

加工特性

溶接性

溶接プロセス 推奨フィラーメタル(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 前加熱推奨
TIG ER70S-2 アルゴン 溶接後の熱処理が必要
スティック E7018 - 低水素電極の使用

1070鋼は溶接可能ですが、高い炭素含有量のために注意が必要です。ひび割れのリスクを軽減するために、前加熱がしばしば推奨されます。溶接後の熱処理も、応力を緩和し、溶接の全体的な完全性を改善するのに役立ちます。

加工性

加工パラメータ 1070鋼 AISI 1212 注記/ヒント
相対加工性指数 60 100 1070は1212よりも加工性が低い
典型的な切削速度(旋盤) 30 m/min 50 m/min 鋭い工具と適切な冷却液の使用

1070鋼の加工は、その硬度のために難しい場合があります。高速度鋼または carbide の工具を使用し、最適な結果を得るために適切な切削速度を維持することが望ましいです。

成形性

1070鋼は適度な成形性を示します。冷間成形は可能ですが、加工硬化によるひび割れを避けるために注意が必要です。熱間成形は、延性を改善し、欠陥のリスクを軽減します。

熱処理

処理工程 温度範囲(°C) 典型的な浸漬時間 冷却方法 主な目的 / 期待される結果
アニーリング(焼きなまし) 600 - 700 1 - 2時間 空気 軟化、延性の改善
急冷(焼入れ) 800 - 850 30分 油または水 硬化、強度の向上
焼戻し 200 - 400 1時間 空気 脆性の低減、靱性の向上

熱処理工程は、1070鋼の微細構造と特性に大きな影響を与えます。アニーリングは材料を軟化させ、急冷は硬度を高めます。焼戻しは、硬度と靱性のバランスを取るために重要であり、様々な用途に適した鋼を提供します。

典型的な用途と最終用途

産業/セクター 具体的な用途の例 この用途で利用される鋼の主要特性 選択理由
自動車 アクスル 高強度、耐摩耗性 荷重下での耐久性
工具製造 切削工具 硬度、耐摩耗性 切削性能
機械 ギア 強度、靱性 動作 Reliability

その他の用途には:
- バネ
- 締結具
- 構造部品

1070鋼は、自動車や機械部品など、高強度と耐摩耗性を必要とする用途で選ばれることが多いです。熱処理の能力により、特定の性能要件に基づいてカスタマイズが可能です。

重要な考慮事項、選択基準、およびさらなる洞察

特徴/特性 1070鋼 AISI 1045 AISI 4140 簡単なプロ/コンまたはトレードオフの注記
主要機械的特性 高強度 中程度の強度 高強度 1070は1045よりも高い強度を提供するが4140よりは低い
主要な腐食特性 普通 普通 良好 4140は合金元素により腐食耐性が優れている
溶接性 難しい 中程度 中程度 1070は慎重な溶接技術を必要とする
加工性 中程度 良好 普通 1070は1045よりも加工性が低い
成形性 中程度 良好 普通 1070は1045よりも成形が難しい
概算相対コスト 中程度 低い 高い 1070は一般的に1045よりも高価
典型的な入手可能性 中程度 高い 中程度 1045は一般的に使用されるため入手しやすい

1070鋼を選択する際の考慮事項は、その機械的特性、コスト効果、入手可能性です。高い強度と耐摩耗性を提供しながら、溶接や加工における課題もデザインや製造プロセスで考慮する必要があります。さらに、腐食性環境での性能は、より腐食抵抗性の合金と比較して限られており、用途の要件に基づいて材料選択に影響を与える可能性があります。

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