17-4 PH ステンレス鋼:特性と主要な応用
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17-4 PHステンレス鋼(SAE 630)は、高強度と耐食性を組み合わせた析出硬化型ステンレス鋼であり、良好な加工性を持っています。マルテンサイト系ステンレス鋼として分類され、主にクロム(15-17.5%)とニッケル(3-5%)、および硬化性を高める銅(3-5%)と合金されています。このユニークな組成により、17-4 PHは熱処理によってさまざまな機械的特性を達成できるため、さまざまな産業での要求される用途に適しています。
包括的な概要
17-4 PHステンレス鋼の主な特性には、優れた機械的特性、良好な耐食性、加工の容易さが含まれます。特に熱処理された状態では、高い引張強度、降伏強度、および硬度を示します。この鋼の特性を高温で維持する能力は、汎用性を高めます。
利点:
- 高強度:17-4 PHは、適切に熱処理されると引張強度が1,200 MPa(174 ksi)を超えることができます。
- 耐食性:大気条件や特定の酸など、さまざまな腐食環境に対して良好な耐性を提供します。
- 加工性:複雑な部品に適しており、鋼は容易に機械加工および溶接できます。
制限:
- 応力腐食割れ(SCC):多くの腐食因子に耐性がありますが、塩素環境下ではSCCに対して感受性があります。
- 限られた高温性能:他のステンレス鋼と比較して、非常に高温での機械的特性が劣化する可能性があります。
歴史的に、17-4 PHはそのユニークな特性の組み合わせによって航空宇宙、海洋、および化学処理用途で広く使用されてきました。その市場ポジションは、特に高性能材料を要求される分野で強固です。
代替名、基準、および équivalents
標準機関 | 指定/グレード | 原産国/地域 | 注記/備考 |
---|---|---|---|
UNS | S17400 | USA | AISI 630の最も近い相当物 |
AISI/SAE | 630 | USA | 一般的に使用される指定 |
ASTM | A564 | USA | 析出硬化型ステンレス鋼の規格 |
EN | 1.4542 | ヨーロッパ | 留意すべきわずかな組成の違い |
JIS | SUS630 | 日本 | 類似の特性を持つが、異なる加工基準がある可能性がある |
これらのグレード間の違いは、特定のアプリケーション要件に基づいて選択に影響を与える可能性があります。たとえば、UNS S17400とAISI 630はしばしば交換可能ですが、組成のわずかな違いが耐食性や機械的特性に影響を与えることがあります。
主要特性
化学組成
元素(記号と名称) | 百分率範囲(%) |
---|---|
Cr(クロム) | 15.0 - 17.5 |
Ni(ニッケル) | 3.0 - 5.0 |
Cu(銅) | 3.0 - 5.0 |
C(炭素) | ≤ 0.07 |
Mn(マンガン) | ≤ 1.0 |
Si(シリコン) | ≤ 1.0 |
P(リン) | ≤ 0.04 |
S(硫黄) | ≤ 0.03 |
17-4 PHの主要な合金元素はクロム、ニッケル、銅です。クロムは耐食性と硬度を提供し、ニッケルは強靭性と延性を高め、銅は析出硬化プロセスに寄与し、鋼の強度を大幅に増加させます。
機械的特性
特性 | 条件/テンパー | 試験温度 | 典型的な値/範囲(メトリック) | 典型的な値/範囲(帝国) | 試験方法の参考基準 |
---|---|---|---|---|---|
引張強度 | 焼入れ & テンパー | 室温 | 1,200 - 1,300 MPa | 174 - 188 ksi | ASTM E8 |
降伏強度(0.2%オフセット) | 焼入れ & テンパー | 室温 | 1,050 - 1,200 MPa | 152 - 174 ksi | ASTM E8 |
伸び | 焼入れ & テンパー | 室温 | 5 - 10% | 5 - 10% | ASTM E8 |
硬度(ロックウェル C) | 焼入れ & テンパー | 室温 | 35 - 45 HRC | 35 - 45 HRC | ASTM E18 |
衝撃強度(シャルピー) | 焼入れ & テンパー | -40°C (-40°F) | 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、17-4 PHは機械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。その硬度は耐摩耗性を可能にし、伸びの値は成形プロセスに不可欠な良好な延性を示します。
物理的特性
特性 | 条件/温度 | 値(メトリック) | 値(帝国) |
---|---|---|---|
密度 | 室温 | 7.75 g/cm³ | 0.28 lb/in³ |
融点/範囲 | - | 1,400 - 1,500 °C | 2,552 - 2,732 °F |
熱伝導率 | 室温 | 25 W/m·K | 14.5 BTU·in/h·ft²·°F |
比熱容量 | 室温 | 500 J/kg·K | 0.12 BTU/lb·°F |
電気抵抗率 | 室温 | 0.72 μΩ·m | 0.0000013 Ω·ft |
熱膨張係数 | 室温 | 16.5 x 10⁻⁶/K | 9.2 x 10⁻⁶/°F |
17-4 PHの密度と融点は、高温用途への適性を示し、一方でその熱伝導率と比熱容量は良好な熱管理特性を示唆します。電気抵抗率は比較的低いため、電気伝導性が有益な用途に適しています。
耐腐食性
腐食因子 | 濃度 (%) | 温度 (°C/°F) | 耐性評価 | 注記 |
---|---|---|---|---|
塩素化合物 | 3-10 | 20-60 °C (68-140 °F) | 良好 | ピッティングのリスク |
硫酸 | 10-30 | 20-40 °C (68-104 °F) | 良好 | 限られた耐性 |
酢酸 | 10-50 | 20-60 °C (68-140 °F) | 良好 | 応力腐食のリスク |
海水 | - | 環境温度 | 良好 | 大気腐食に対する耐性 |
17-4 PHステンレス鋼は、特に大気および海洋条件で良好な耐腐食性を示します。ただし、塩素環境ではピッティングや応力腐食割れに対して感受性があり、沿岸や化学処理環境での用途において重要な考慮事項です。316ステンレス鋼のようなグレードと比較すると、塩素に対する耐性が優れているため、17-4 PHは非常に腐食性の高い環境には最善の選択肢とは言えません。
耐熱性
特性/制限 | 温度 (°C) | 温度 (°F) | 備考 |
---|---|---|---|
最大連続使用温度 | 300 °C | 572 °F | - |
最大間欠使用温度 | 400 °C | 752 °F | - |
スケーリング温度 | 600 °C | 1,112 °F | - |
クリープ強度の考慮 | 400 °C | 752 °F | 劣化し始める |
高温において、17-4 PHは約300 °C(572 °F)まで強度と硬度を維持します。それ以上では、酸化や機械的特性の喪失のリスクが増加します。これらの温度を超えた連続使用は推奨されず、重要な劣化が発生する可能性があります。
加工特性
溶接性
溶接プロセス | 推奨フィラー金属(AWS分類) | 典型的なシールドガス/フラックス | 注記 |
---|---|---|---|
TIG溶接 | ER630 | アルゴン | 予熱を推奨 |
MIG溶接 | ER630 | アルゴン/CO2混合 | 溶接後の熱処理を推奨 |
SMAW(スティック) | E630 | - | 割れを避けるために注意が必要 |
17-4 PHはさまざまなプロセスで溶接可能ですが、割れなどの問題を避けるために熱入力の注意深い管理が必要です。予熱および溶接後の熱処理は、ストレスを緩和し、溶接部品の特性を向上させるためにしばしば推奨されます。
切削性
加工パラメータ | 17-4 PH | AISI 1212 | 注意事項/ヒント |
---|---|---|---|
相対切削性インデックス | 60% | 100% | 鋭い刃物が必要 |
典型的な切削速度(旋盤加工) | 30-50 m/min | 80-100 m/min | 最良の結果には冷却剤を使用 |
17-4 PHの切削性は中程度で、効果的に機械加工できますが、作業硬化を避けるためには鋭い工具と適切な切削速度が必要です。
成形性
17-4 PHは、そのマルテンサイト構造のため、オーステナイト系ステンレス鋼ほど成形性は高くありません。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るため、曲げ半径と成形プロセスの注意深い管理が必要です。加熱成形はより実行可能ですが、特性を維持するためには正確な温度管理が必要です。
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 |
---|---|---|---|---|
溶解アニーリング | 1,000 - 1,050 °C (1,832 - 1,922 °F) | 1時間 | 空気 | 析出物を溶解し、延性を向上させる |
エイジング | 480 - 620 °C (896 - 1,148 °F) | 4 - 8時間 | 空気 | 析出硬化によって強度を増加させる |
17-4 PHの熱処理プロセスは、溶解アニーリングの後にエイジングを行い、微細構造を変化させて強度と硬度を向上させます。エイジングプロセスによって析出される微細粒子は、転位の動きを阻害し、素材の強度を大幅に増加させます。
典型的な用途と最終利用
産業/セクター | 具体的なアプリケーション例 | このアプリケーションで活用される主要な鋼の特性 | 選択理由(簡単に) |
---|---|---|---|
航空宇宙 | 航空機部品 | 高強度、耐食性 | 安全性と性能に重要 |
海洋 | ポンプおよびバルブ部品 | 耐食性、強度 | 厳しい環境への露出 |
化学処理 | 圧力容器 | 耐食性、加工性 | 耐久性と信頼性が必要 |
他の用途には:
- 石油およびガス産業の部品
- 医療機器
- 食品処理装置
これらのアプリケーションにおける17-4 PHの選択は、主にその高い強度対重量比と優れた耐食性によるもので、厳しい環境や機械的ストレスに耐える必要がある部品に最適です。
重要な考慮事項、選択基準、およびさらなる見解
特徴/特性 | 17-4 PH | 316ステンレス鋼 | AISI 4140 | 簡単な利点/欠点またはトレードオフのメモ |
---|---|---|---|---|
主要な機械的特性 | 高強度 | 中程度の強度 | 高強度 | 17-4 PHは強度に優れています |
主要な耐食性の側面 | 良好 | 優れた | 良好 | 316は優れた耐食性を提供 |
溶接性 | 中程度 | 良好 | 良好 | 17-4 PHは慎重な溶接が必要 |
切削性 | 中程度 | 良好 | 良好 | 17-4 PHは加工が難しい |
成形性 | 限定的 | 良好 | 良好 | 17-4 PHは成形しにくい |
推定相対コスト | 中程度 | 中程度 | 低い | コストは市場条件によって異なる |
典型的な供給状況 | 一般的 | 非常に一般的 | 一般的 | 17-4 PHは広く入手可能 |
17-4 PHステンレス鋼を選択する際には、その高い強度と中程度の耐食性が考慮され、機械的性能が重要な用途に適しています。ただし、塩素環境での応力腐食割れへの感受性や、溶接および機械加工の課題は、プロジェクト要件に照らして慎重に評価すべきです。
要約すると、17-4 PHステンレス鋼は、ユニークな特性の組み合わせを提供し、さまざまな要求される用途に適した多用途の材料です。その選択は、機械、物理、および耐腐食特性の十分な理解、および意図された用途の具体的な要件に基づくべきです。