13クロム鋼：特性と主な用途

13 クロム鋼は、その独自の特性とさまざまな工学応用における多様性で知られる合金鋼のカテゴリです。主に中炭素合金鋼として分類され、主要合金元素としてクロムを含み、通常は12-14%の範囲です。このクロム含有量は、鋼の硬度、耐摩耗性、全体的な強度を大幅に向上させ、要求の厳しい環境に適しています。

包括的な概要

13 クロム鋼の主な特性には、優れた硬度、高い引張強度、良好な耐摩耗性が含まれ、耐久性と長寿命を必要とする用途には不可欠です。鋼の微細構造は、熱処理プロセスによって影響を受け、応力や高温下での性能を維持します。

利点：
- 高い硬度と耐摩耗性：クロム含有量が卓越した硬度を提供し、厳しい環境での用途に理想的です。
- 良好な耐食性：ステンレスではありませんが、クロム含有量が酸化や腐食に対する若干の抵抗を提供します。
- 多様な用途：石油・ガス、自動車、製造などのさまざまな業界に適しています。

制限：
- 脆さ：高い硬度は脆さを引き起こし、特定の条件下でひび割れやすくなります。
- 溶接性の問題：クロムの存在は溶接プロセスを複雑にし、特定の技術や充填材料を必要とします。
- コスト：合金元素により、一般的な炭素鋼よりも高価です。

歴史的に、13 クロム鋼は高性能部品の開発に重要であり、特にその特性が掘削工具やパイプラインの用途に利用される石油・ガス産業での利用が顕著です。

別名、規格、同等品

規格機関	指定/等級	出身国/地域	ノート/備考
UNS	S41300	アメリカ	AISI 4130に最も近い、クロム含有量が高い。
AISI/SAE	4130	アメリカ	微細な組成の違い；クロム含有量が低い。
ASTM	A182	アメリカ	鍛造または圧延された合金鋼パイプフランジの仕様。
EN	1.7335	ヨーロッパ	同様の特性を持つ同等のグレード。
DIN	1.7225	ドイツ	AISI 4130に似ていますが、異なる機械的特性があります。
JIS	SCM435	日本	わずかに異なる合金元素を持つ同等のグレード。

これらのグレードの違いは、機械的特性や耐食性など、特定のアプリケーション要件に基づく選択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）	0.10 - 0.25
Cr（クロム）	12.00 - 14.00
Mn（マンガン）	0.30 - 0.60
Si（シリコン）	0.15 - 0.40
P（リン）	≤ 0.025
S（硫黄）	≤ 0.025

13 クロム鋼におけるクロムの主な役割は、硬度と耐摩耗性を高めることであり、マンガンは靭性と強度に寄与します。炭素含有量は硬度と強度に影響を与え、高い炭素レベルは一般的に硬度の向上につながります。

機械的特性

特性	状態/テンパ	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）	試験方法の参考標準
引張強度	焼きなまし	620 - 850 MPa	90 - 123 ksi	ASTM E8
降伏強度（0.2%オフセット）	焼きなまし	350 - 550 MPa	51 - 80 ksi	ASTM E8
伸び	焼きなまし	15 - 25%	15 - 25%	ASTM E8
硬度（ロックウェルC）	焼入れ & テンパ	30 - 45 HRC	30 - 45 HRC	ASTM E18
衝撃強度	-40°C	30 - 50 J	22 - 37 ft-lbf	ASTM E23

高い引張強度と降伏強度の組み合わせにより、13 クロム鋼は掘削機器や高ストレスコンポーネントなどの機械的負荷下での構造的完全性を必要とする用途に適しています。

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	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
熱伝導率	20°C	25 W/m·K	14.5 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	0.00065 Ω·m	0.00038 Ω·in

密度と融点は、高温用途に対する鋼の適性を示し、熱伝導率と比熱容量は熱サイクリングを含むアプリケーションにとって重要です。

耐食性

腐食因子	濃度（%）	温度（°C/°F）	耐性評価	ノート
塩素化合物	3-5%	25°C/77°F	普通	ピッティング腐食のリスク
硫酸	10%	60°C/140°F	不良	推奨されません
大気	-	-	良好	中程度の耐性

13 クロム鋼は、特に大気条件で中程度の耐食性を示します。しかし、塩素環境ではピッティングに敏感であり、強酸性の条件では回避する必要があります。304や316といったステンレス鋼と比較すると、13 クロム鋼の耐食性は劣っており、腐食性環境での用途にはあまり適していません。

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	高温用途に適しています。
最大断続使用温度	450°C	842°F	短期間の露出のみ。
スケーリング温度	600°C	1112°F	高温での酸化のリスク。
クリープ強度	500°C	932°F	この温度を超えると劣化し始めます。

高温では、13 クロム鋼は強度を維持しますが、酸化とスケーリングが発生する可能性があります。適切な熱処理は、高温用途での性能を向上させることができますが、極端な条件への長時間の露出は避ける必要があります。

製造特性

溶接性

溶接プロセス	推奨する充填金属（AWS分類）	典型的なシールドガス/フラックス	ノート
MIG	ER70S-6	アルゴン + CO2	予熱を推奨。
TIG	ER308L	アルゴン	溶接後の熱処理が必要。
スティック	E7018	-	厚いセクションに適しています。

13 クロム鋼の溶接は、充填材料と予熱/溶接後の熱処理に関する慎重な考慮が必要で、ひび割れを最小限に抑え、強い溶接部を確保します。高いクロム含有量は、健全な溶接接合部を達成する上で課題を引き起こす可能性があります。

加工性

切削パラメータ	13 クロム鋼	AISI 1212	ノート/ヒント
相対加工性インデックス	60	100	硬度により加工が難しい。
典型的な切削速度（旋削）	30 m/min	50 m/min	最良の結果を得るためにカーバイド工具を使用。

13 クロム鋼の加工はその硬度により難しい場合があります。最適な条件は、高速鋼またはカーバイド工具を使用し、工具の摩耗を防ぐために適切な切削速度を維持することです。

成形性

13 クロム鋼はその高い硬度により成形性が限られています。冷間成形は可能ですが、作業硬化を引き起こす可能性があり、熱間成形は脆さを避けるために温度制御に注意が必要です。

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
焼戻し	600 - 700 °C / 1112 - 1292 °F	1 - 2 時間	空気	硬度を下げ、延性を向上させる。
焼入れ	950 - 1050 °C / 1742 - 1922 °F	30 分	油または水	硬度と強度を増加させる。
テンパリング	400 - 600 °C / 752 - 1112 °F	1 時間	空気	脆さを減少させ、靭性を高める。

熱処理プロセスは、13 クロム鋼の微細構造に大きな影響を与え、硬度や靭性の変動をもたらします。適切に実施された熱処理は、特定の用途に対する機械的特性を最適化できます。

典型的な用途と最終用途

業界/セクター	具体的な用途例	この用途で活用される主要な鋼の特性	選択の理由（簡潔に）
石油＆ガス	ドリルビット	高硬度、耐摩耗性	過酷な条件下での耐久性
自動車	エンジン部品	強度、疲労抵抗	ストレス下での信頼性
製造業	切削工具	硬度、靭性	長寿命と性能

その他の用途には：
- 鉱業機器：高い摩耗に耐える部品。
- 航空宇宙：高い強度対重量比が必要な部品。
- 建設：高ストレス環境の構造部品。

これらの用途での13 クロム鋼の選択は、その優れた硬度と耐摩耗性に主に起因し、これは性能と長寿命にとって重要です。

重要な考慮事項、選択基準、およびさらに詳しい見解

機能/特性	13 クロム鋼	AISI 4130	304 ステンレス鋼	簡潔な利点/欠点またはトレードオフノート
主要な機械的特性	高硬度	中程度の硬度	良好な延性	13 クロム鋼は硬いが脆い。
主要な耐食性	中程度	不良	優れた	304は耐食性に優れています。
溶接性	困難	中程度	良好	13 クロム鋼は特定の技術を必要とします。
加工性	中程度	良好	普通	13 クロム鋼は加工が難しい。
成形性	限られている	良好	優れている	13 クロム鋼は成形しにくい。
概算相対コスト	高い	中程度	高い	コストは合金元素により異なります。
典型的な入手可能性	中程度	高い	高い	13 クロム鋼はあまり一般的ではないかもしれません。

13 クロム鋼を選択する際の考慮事項には、その機械的特性、コスト効果、入手可能性が含まれます。硬度と耐摩耗性に優れていますが、その脆さや溶接や加工における課題を特定の用途の要求と天秤にかける必要があります。これらのトレードオフを理解することは、エンジニアや設計者が適切な材料選択を行うために重要です。