10B21鋼:特性と主要な用途

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10B21鋼は、中炭素合金鋼で、主に低合金鋼として分類されます。その特異な強度、靭性、耐摩耗性の組み合わせが特徴で、多様な工学用途に適しています。10B21の主な合金元素には、炭素(C)、マンガン(Mn)、およびホウ素(B)が含まれ、これらはその機械的特性と性能に大きく影響を与えます。

包括的概要

10B21鋼は、優れたハードニング特性で知られており、高い強度と靭性を必要とする用途でよく使用されます。ホウ素の添加により鋼のハードニング特性が向上し、熱処理プロセスを通じてより高い強度を達成できます。マンガン含有量はハードニング特性と耐摩耗性の向上に寄与し、炭素は必要な強度と硬度を提供します。

10B21鋼の利点:
- 高強度と靭性:機械的強度が重要な用途に適しています。
- 優れた耐摩耗性:摩耗にさらされる部品に理想的です。
- 多様な加工性:適切な技術を用いることで溶接や加工が可能です。

10B21鋼の制限:
- 耐腐食性:腐食に対する中程度の抵抗があり、攻撃的な環境では保護コーティングが必要です。
- 低温での脆さ:極端な低温では靭性が低下する可能性があります。

歴史的に、10B21は自動車や機械部門で特にギア、シャフトおよび強度と延性のバランスを要求する他の部品の製造においてニッチを見出しました。その市場ポジションは安定しており、耐久性と性能を重視する産業で一貫した需要があります。

代替名、基準、および同等品

基準機関 指定/グレード 出身国/地域 備考/コメント
UNS G10420 アメリカ 10B21に最も近い同等品
AISI/SAE 1020B アメリカ 成分の違いはわずか
ASTM A29 アメリカ 合金鋼の一般仕様
EN 1.0402 ヨーロッパ 欧州規格の同等グレード
JIS S45C 日本 類似の特性だが炭素含有量が高い

上記の表は10B21鋼のさまざまな指定と基準を示しています。特に、S45Cや1020Bのようなグレードは類似の機械的特性を持っていますが、10B21のホウ素の存在はそのハードニング特性を強化し、強度が最も重要な特定の用途において好まれる選択肢となっています。

主な特性

化学組成

元素(記号と名称) 割合範囲(%)
C(炭素) 0.18 - 0.22
Mn(マンガン) 0.60 - 0.90
B(ホウ素) 0.0005 - 0.003
Si(シリコン) 0.15 - 0.40
P(リン) ≤ 0.040
S(硫黄) ≤ 0.050

10B21鋼における主な合金元素は、その特性を定義する上で重要な役割を果たします。炭素は所望の硬度と強度を達成するために不可欠であり、マンガンはハードニング特性と靭性を向上させます。ホウ素は微量でも鋼の熱処理中の硬化能力を大幅に改善し、高性能用途に適しています。

機械的特性

特性 状態/温度 試験温度 典型的な値/範囲(メトリック) 典型的な値/範囲(インペリアル) 試験方法の基準標準
引張強度 アニーリング 室温 600 - 800 MPa 87 - 116 ksi ASTM E8
降伏強度(0.2%オフセット) アニーリング 室温 350 - 500 MPa 51 - 73 ksi ASTM E8
延性 アニーリング 室温 20 - 25% 20 - 25% ASTM E8
硬度(ブリネル) アニーリング 室温 160 - 210 HB 160 - 210 HB ASTM E10
衝撃強度 シャルピー(20°C) 20°C 30 - 50 J 22 - 37 ft-lbf ASTM E23

10B21鋼の機械的特性は、動的荷重と構造的完全性を含む用途に特に適しています。高い引張強度と降伏強度により、部品は変形することなく重大な力に耐えることができ、延性は破断前にある程度の変形を許容します。

物理的特性

特性 状態/温度 値(メトリック) 値(インペリアル)
密度 室温 7.85 g/cm³ 0.284 lb/in³
融点 - 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 0.00065 Ω·m 0.00038 Ω·in

10B21鋼の物理的特性は、密度や融点など、重量と熱性能が考慮される用途において重要です。相対的に高い熱伝導率は、高温用途における効率的な熱放散を可能にし、比熱容量は温度変化に必要なエネルギー量を示します。

耐腐食性

腐食性物質 濃度(%) 温度(°C/°F) 抵抗評価 備考
塩化物 3-10 20-60 / 68-140 普通 凹みのリスク
硫酸 10-20 20-40 / 68-104 悪い 推奨されません
アルカリ溶液 5-15 20-60 / 68-140 普通 中程度の抵抗

10B21鋼は、特に塩化物やアルカリ溶液を含む環境において中程度の耐腐食性を示します。しかし、塩化物が豊富な環境では凹み腐食に対して敏感であり、そのような用途ではコーティングや他の耐腐食対策で保護する必要があります。ステンレス鋼と比較すると、10B21の耐腐食性は限られており、非常に腐食性の高い環境には不向きです。

耐熱性

特性/限界 温度(°C) 温度(°F) 備考
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ます
最大間欠使用温度 500 °C 932 °F 短時間の曝露のみ
スケーリング温度 600 °C 1112 °F 高温での酸化リスク

高温では、10B21鋼はその強度と靭性を維持し、熱を伴う用途に適しています。しかし、400 °Cを超える温度への長時間の曝露は酸化やスケーリングを引き起こす可能性があり、高温環境では保護対策が必要です。

加工特性

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 備考
MIG ER70S-6 アルゴン + CO2 良好な融合と浸透
TIG ER70S-2 アルゴン 優れた制御と仕上げ

10B21鋼は、MIGおよびTIGなどの一般的なプロセスを使用して溶接できます。特に厚い部分では、亀裂のリスクを抑えるために予熱が推奨されます。残留応力を解放し靭性を向上させるために、溶接後の熱処理も必要です。

加工性

加工パラメータ 10B21鋼 AISI 1212 備考/ヒント
相対加工性指数 70 100 中程度の加工性
典型的な切断速度 30 m/min 50 m/min 工具の摩耗に応じて調整

10B21鋼は中程度の加工性を持ち、最適な結果を達成するためには適切な工具と切断速度が必要です。性能向上のために超硬工具が推奨され、加工中の熱管理のために冷却剤が使用されるべきです。

成形性

10B21鋼は良好な成形性を示し、冷成形と熱成形の両方のプロセスが可能です。適切な技術を使用して曲げや成形が可能ですが、激しい曲げでは工作硬化を避けるために注意が必要です。

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 主な目的 / 期待される結果
アニーリング 600 - 700 / 1112 - 1292 1 - 2時間 空気 軟化、延性の向上
焼入れ 800 - 850 / 1472 - 1562 30分 油または水 硬化、強度の向上
焼戻し 400 - 600 / 752 - 1112 1時間 空気 脆さの低下、靭性の向上

熱処理プロセスは、10B21鋼の微細構造と特性に大きな影響を及ぼします。焼入れは硬度を増加させ、焼戻しは脆さを低下させることで、さまざまな用途に適した強度と靭性のバランスを実現します。

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な特性 選択理由
自動車 ギア 高強度、靭性 荷重下での耐久性
機械 シャフト 耐摩耗性、加工性 性能の持続性
建設 構造部品 強度、成形性 耐荷重能力

10B21鋼の他の用途には以下が含まれます:
- 農業機械:高い耐摩耗性を必要とする部品。
- 油とガス:動的荷重や過酷な環境にさらされる部品。
- 鉱業装置:摩耗条件に耐える工具や機械。

10B21鋼は、機械的特性の好ましい組み合わせにより、重大な運用ストレスに耐えつつ、時間の経過に伴う性能を維持できる部品に選ばれます。

重要な考慮事項、選択基準、およびさらなる洞察

特性/特性 10B21鋼 AISI 4140 AISI 1045 簡潔な長所/短所またはトレードオフのメモ
主要機械特性 高強度 より高い靭性 中程度の強度 10B21は強度と靭性のバランスを提供します
腐食に関する主な側面 中程度 普通 悪い 10B21は腐食の少ない環境に適しています
溶接性 良好 普通 良好 10B21は4140よりも溶接しやすいです
加工性 中程度 普通 良好 10B21は加工時に注意が必要です
成形性 良好 普通 良好 10B21は4140と比較して容易に成形できます
概算相対コスト 中程度 高い 低い 高性能用途に対して費用対効果があります
典型的な入手可能性 一般的 一般的 一般的 ほとんどの市場で入手可能です

10B21鋼を選択する際の考慮事項には、その機械的特性、費用対効果、入手可能性が含まれます。その中程度の耐腐食性は、過酷な環境にさらされることが制限される用途に適しています。さらに、溶接性と加工性により多様な加工オプションが可能であり、さまざまな工学分野で好まれる選択肢となっています。

要約すると、10B21鋼は、強度、靭性、耐摩耗性のユニークな組み合わせを提供する多用途の中炭素合金鋼であり、多岐にわたる用途に適しています。その特性は、熱処理および加工プロセスを通じて調整可能であり、過酷な環境でも最適な性能を確保できます。

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