1137鋼: 特性と主要用途

1137鋼は中炭素合金鋼として分類され、主にその優れた強度、靭性、耐摩耗性の組み合わせで知られています。1137鋼の主な合金元素には、炭素（C）、マンガン（Mn）、およびシリコン（Si）が含まれ、これらは機械的特性やさまざまな用途での性能に大きく影響します。

包括的な概要

1137鋼は通常、炭素含有量が約0.30％から0.40％で、これが強度や硬度に寄与しています。マンガンは通常0.60％から0.90％の範囲で存在し、硬化特性を向上させ、引張強度を改善します。シリコンは通常0.15％から0.40％の範囲で、溶融プロセス中の鋼の脱酸を改善し、全体的な強度に寄与します。

1137鋼の最も重要な特性には、良好な機械加工性、高い強度対重量比、および優れた耐摩耗性が含まれます。これらの特性により、自動車および製造部門など、さまざまなエンジニアリング用途に適しています。

1137鋼の利点：
- 高強度：良好な引張強度と降伏強度を提供し、荷重支持用途に適しています。
- 耐摩耗性：優れた耐摩耗性を持ち、摩擦にさらされる部品に理想的です。
- 機械加工性：一般的に加工しやすく、効率的な製造プロセスを可能にします。

1137鋼の制限：
- 耐腐食性：中程度の耐腐食性があり、特定の環境では保護コーティングが必要になる場合があります。
- 溶接性：溶接は可能ですが、割れを避けるために前加熱と後の熱処理が必要になることがあります。

歴史的に、1137鋼はギア、シャフト、その他の高強度および耐久性を必要とする部品など、さまざまな用途で利用されてきました。その市場ポジションは堅実で、パフォーマンスと信頼性を重視する産業での需要が安定しています。

代替名、規格、および同等品

標準機関	指定/等級	発信国/地域	備考/コメント
UNS	G11370	米国	AISI 1137に最も近い同等品
AISI/SAE	1137	米国	中炭素合金鋼
ASTM	A108	米国	冷間仕上げ炭素鋼棒の標準仕様
EN	1.1181	ヨーロッパ	成分にわずかな違いのある同等等級
JIS	S45C	日本	特性は似ているが、炭素含有限度が異なる

上記の表は、1137鋼のさまざまな規格と同等品を示しています。特に、S45Cや1.1181のような等級は同等に見えるかもしれませんが、特定の合金元素や機械的特性が異なり、重要な用途における性能に影響を与える可能性があります。

主要特性

化学組成

元素（記号と名称）	百分率範囲（％）
C（炭素）	0.30 - 0.40
Mn（マンガン）	0.60 - 0.90
Si（シリコン）	0.15 - 0.40
P（リン）	≤ 0.04
S（硫黄）	≤ 0.05

1137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）：固体溶液強化と炭化物の形成を通じて硬度と強度を増加させます。
- マンガン（Mn）：硬化性を高め、引張強度を改善し、鋼の耐摩耗性を向上させます。
- シリコン（Si）：鋼の製造中の脱酸剤として機能し、鋼の全体的な強度に寄与します。

機械的特性

特性	状態/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
引張強度	焼入れ	600 - 800 MPa	87 - 116 ksi	ASTM E8
降伏強度（0.2％オフセット）	焼入れ	350 - 500 MPa	51 - 73 ksi	ASTM E8
伸び	焼入れ	15 - 20％	15 - 20％	ASTM E8
硬度（ロックウェル C）	焼入れ	20 - 30 HRC	20 - 30 HRC	ASTM E18
衝撃強度	-40°C	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、1137鋼は特に動的荷重と構造的完全性が求められる用途、例えば自動車部品や機械部品に適しています。

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	-	7.85 g/cm³	0.284 lb/in³
融点/範囲	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
熱伝導率	20°C	45 W/m·K	31 BTU·in/h·ft²·°F
比熱容量	20°C	460 J/kg·K	0.11 BTU/lb·°F
電気抵抗率	20°C	0.0006 Ω·m	0.00002 Ω·in

密度や熱伝導率などの重要な物理的特性は、重量や熱放散が重要な用途において大きな意味を持ちます。1137鋼の密度は、過度の重量をかけずに頑丈な設計を可能にし、その熱伝導率はエンジン部品などの用途で効率的な熱移動を確保します。

耐腐食性

腐食性物質	濃度（％）	温度（°C）	耐性評価	備考
塩素化合物	3-10	20-60	普通	ピッティングリスク
硫酸	10-30	20-40	不良	推奨されません
水酸化ナトリウム	5-20	20-60	普通	SCCに敏感

1137鋼は、特に塩素化合物やアルカリ性物質を含む環境において、中程度の耐腐食性を示します。特定の条件下でピッティング腐食や応力腐食割れ（SCC）に敏感です。AISI 4140のような等級と比較して、より高いクロム含有量のおかげで、1137鋼は腐食性環境下で保護コーティングや処理が必要になる場合があります。

耐熱性

特性/限界	温度（°C）	温度（°F）	備考
最大連続使用温度	400	752	中程度の熱に適しています
最大間欠使用温度	500	932	短期間の露出のみ
スケーリング温度	600	1112	この温度を超えると酸化のリスクがあります

高温では、1137鋼は強度を維持しますが、硬度や靭性を失う可能性があります。特に600 °Cを超えると酸化が問題になる可能性があり、高温用途では注意が必要です。

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	前加熱が推奨されます
TIG	ER70S-2	アルゴン	溶接後の熱処理が必要です

1137鋼は溶接可能ですが、割れのリスクを最小限に抑えるために前加熱が必要です。また、残留応力を緩和し、靭性を改善するために、溶接後の熱処理も推奨されます。

加工性

加工パラメータ	[1137鋼]	AISI 1212	備考/ヒント
相対加工性指数	70	100	良好な加工性ですが、1212よりも硬いです
典型的な切削速度（旋削）	30 m/min	50 m/min	高速鋼工具の使用を推奨します

最適な加工条件には、鋭い工具と適切な切削速度の使用が含まれ、最良の表面仕上げと工具寿命を達成します。

成形性

1137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適しています。しかし、特に冷間成形用途では、割れ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）	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	600 - 700	1 - 2時間	空気	軟化、延性の改善
焼入れ + 徐熱処理	850 - 900	30分	オイル	硬度と強度の増加

熱処理中、1137鋼はその機械的特性を強化する金属組織の変化を経験します。焼入れと徐熱処理を行うことで、硬度を大幅に向上させつつ、靭性を維持します。

典型的な用途と最終使用

産業/セクター	特定の応用例	この応用で利用される鋼の主要特性	選定理由
自動車	ギア	高強度、耐摩耗性	耐久性に不可欠
製造	シャフト	靭性、機械加工性	性能にとって重要
航空宇宙	構造部品	強度対重量比	効率性に重要

その他の用途には:
- 機械部品
- ファスナー
- ツーリング

1137鋼は、その強度と機械加工性のバランスから、耐久性と製造の容易さを必要とする部品に最適としてしばしば選ばれます。

重要な考慮事項、選択基準、およびさらなる洞察

機能/特性	[1137鋼]	[AISI 4140]	[AISI 1045]	簡潔な利点/欠点またはトレードオフのノート
主要機械特性	高い強度	高い靭性	中程度の強度	4140はより良い靭性を提供しますが、加工が難しいです。
主要な耐腐食性	中程度	良好	普通	4140はクロムのおかげで良好な耐腐食性があります。
溶接性	中程度	良好	普通	4140はより多くの前加熱が必要です。
機械加工性	良好	普通	優れています	1045は機械加工が容易です。
大体の相対コスト	中程度	高い	低い	コストの考慮は用途によって異なります。
典型的な可用性	一般的	あまり一般的ではない	非常に一般的	1045は広く利用可能です。

1137鋼を選択する際は、その機械的特性、費用対効果、および可用性を考慮する必要があります。強度と機械加工性の良いバランスを提供しますが、AISI 4140のような代替品が、より高い靭性や耐腐食性を必要とする用途で好まれることがあります。さらに、1137鋼の中程度の溶接性と機械加工性はさまざまな製造プロセスに適しているものの、加工中の問題を避けるために注意が必要です。