304Lステンレス鋼:特性と主要な用途

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304Lステンレス鋼は、304グレードの低炭素バリアントであり、オーステナイト系ステンレス鋼に分類されます。この分類は、面心立方晶構造を示し、優れた延性と靭性に寄与するため、重要です。304Lの主な合金元素はクロム(18-20%)とニッケル(8-12%)であり、低炭素含有量(最大0.03%)は、溶接プロセス中の感作に対する溶接性と抵抗性を向上させます。

304Lステンレス鋼の最も重要な特性には、高い耐食性、良好な成形性、および常温と高温の両方での優れた機械的特性が含まれます。特に酸化およびさまざまな腐食環境に対する耐性が知られており、食品加工、化学処理、建築用途などの産業で人気の選択肢となっています。

利点と制限

利点:
- 耐食性:広範囲の腐食環境に対する優れた耐性。
- 溶接性:低炭素含有量により、細胞間腐食のリスクなしに簡単に溶接可能。
- 延性:高い延性と靭性があり、成形や加工に適している。

制限:
- 強度:316Lなどの他のステンレス鋼グレードと比較して強度が低い。
- ピッティング腐食:塩素環境でのピッティングに弱い。
- コスト:一般的に炭素鋼よりも高価。

304Lステンレス鋼は、その多用途性と広範な使用により、市場で重要な地位を占めています。歴史的な重要性は1930年代にさかのぼり、最初に開発されて以来、世界で最も一般的に使用されるステンレス鋼の一つとなっています。

別名、基準、相当物

標準機関 名称/グレード 原産国/地域 備考/コメント
UNS S30403 アメリカ 304の低炭素バリアント
AISI/SAE 304L アメリカ 一般的に使用される名称
ASTM A240 アメリカ ステンレス鋼プレートの標準仕様
EN 1.4306 ヨーロッパ 組成が若干異なる304Lに相当
DIN X5CrNi18-10 ドイツ 組成にわずかな差異がある304Lに類似
JIS SUS304L 日本 日本工業規格相当
GB 06Cr19Ni10 中国 中国での相当名称
ISO 304L 国際 国際標準名称

相当グレード間の違いは、特定の組成および機械特性にあり、特定の用途での性能に影響を与える可能性があります。例えば、1.4306と304Lは似ていますが、前者はニッケルとクロム含有量の違いにより、機械的特性が若干異なる場合があります。

主要特性

化学組成

元素(記号と名称) 割合範囲(%)
C(炭素) 0.03max
Cr(クロム) 18.0 - 20.0
Ni(ニッケル) 8.0 - 12.0
Mn(マンガン) 2.0max
Si(ケイ素) 1.0max
P(リン) 0.045max
S(硫黄) 0.03max

304Lステンレス鋼における主な合金元素は重要な役割を果たします:
- クロム:耐食性を提供し、パッシブ酸化膜の形成を強化します。
- ニッケル:靭性と延性を改善し、鋼全体の安定性に寄与します。
- マンガン:脱酸化を助け、鋼の強度と硬度を向上させます。

機械的特性

特性 状態/温度 典型値/範囲(メトリック) 典型値/範囲(インペリアル) 試験方法の基準
引張強度 焼なまし 520 - 720 MPa 75 - 104 ksi ASTM E8
降伏強度(0.2%オフセット) 焼なまし 205 - 310 MPa 30 - 45 ksi ASTM E8
伸び 焼なまし 40% min 40% min ASTM E8
面積の減少 焼なまし 50% min 50% min ASTM E8
硬さ(ロックウェルB) 焼なまし 70 - 90 HRB 70 - 90 HRB ASTM E18
衝撃強度(シャルピー) -20°C(-4°F) 40 J 29.5 ft-lbf ASTM E23

304Lステンレス鋼の機械的特性は、良好な強度と延性を必要とする用途に適しています。降伏強度と引張強度は構造用途に十分であり、伸びは優れた成形性を示しています。

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 室温 7.93 g/cm³ 0.286 lb/in³
融点/範囲 - 1400 - 1450 °C 2552 - 2642 °F
熱伝導率 室温 16 W/m·K 92 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 0.000014 Ω·in
熱膨張係数 20 - 100 °C 16.0 x 10⁻⁶/K 8.9 x 10⁻⁶/°F
磁気透過率 室温 非磁性 非磁性

密度や融点などの主要な物理特性は、高温を伴う用途において重要であり、熱伝導率や比熱容量は熱移動用途に不可欠です。304Lの非磁性の特性は、磁場に敏感な環境での用途に適しています。

腐食抵抗

腐食性物質 濃度(%) 温度(°C/°F) 抵抗評価 備考
塩素化合物 3-10% 20-60°C(68-140°F) 普通 ピッティングに弱い
硫酸 10-30% 20-60°C(68-140°F) 良好 パッシベーションが必要
酢酸 10-50% 20-60°C(68-140°F) 優れた 低濃度で耐性あり
海水 - 常温 良好 全体的に良好な耐性
大気 - 常温 優れた 保護酸化膜を形成

304Lステンレス鋼は、特に大気条件や希薄酸において、多様な腐食環境に対する優れた耐性を示します。しかし、塩素が豊富な環境ではピッティング腐食に弱く、これは海洋用途において重要な考慮事項となる可能性があります。モリブデンを含む316Lステンレス鋼と比較すると、304Lは強い腐食環境での性能が劣る場合があります。

耐熱性

特性/制限 温度(°C) 温度(°F) 備考
最大連続使用温度 870 °C 1600 °F 高温用途に適している
最大断続使用温度 925 °C 1700 °F 短期間の高温露出に耐えられる
スケーリング温度 800 °C 1472 °F この温度を超えると強度を失い始める
クリープ強度の考慮事項 600 °C 1112 °F クリープ耐性が著しく低下し始める

304Lステンレス鋼は、高温でも機械的特性を維持し、熱交換器や炉部品に適しています。しかし、高温に長時間さらされると酸化やスケーリングが起こる可能性があり、保護コーティングや定期的なメンテナンスが必要となる場合があります。

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 備考
TIG ER308L アルゴン 薄い部材に適している
MIG ER308L アルゴン/CO2 厚い部材に適している
SMAW E308L - 現場溶接に適している

304Lステンレス鋼は、低炭素含有量のため、高い溶接性を持ち、細胞間腐食のリスクが最小限に抑えられます。事前加熱は通常必要ありませんが、厚い部材の場合は、応力を緩和するために溶接後熱処理が有益な場合があります。

機械加工性
機械加工パラメータ 304Lステンレス鋼 AISI 1212(ベンチマーク) 備考/ヒント
相対加工性指数 40 100 より遅い切削速度が必要
典型的な切削速度 30-50 m/min 80-100 m/min 高速度鋼工具を使用

304Lステンレス鋼は、炭素鋼と比較して加工性指数が低く、工具の摩耗が増加する可能性があります。適切な切削速度と工具材料を利用することが、効果的な加工において重要です。

成形性

304Lステンレス鋼は優れた成形性を持ち、曲げ、深絞り、プレス加工などのさまざまな成形プロセスに適しています。低い降伏強度により、亀裂なしで大きな変形を行うことができますが、加工硬化が発生する可能性があり、成形プロセスの注意深い管理が必要です。

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
焼なまし 1010 - 1120 °C(1850 - 2050 °F) 30分から2時間 空気または水 内部応力を緩和し、延性を改善する
固溶焼なまし 1040 - 1100 °C(1900 - 2012 °F) 30分 炭化物を溶解し、耐食性を向上させる

熱処理中、304Lは金属組織変化を経ることがあり、微細構造や特性に大きな影響を及ぼす可能性があります。焼なましは内部応力を緩和し、延性を改善します。一方、固溶焼なましは炭化物を溶解させることによって耐食性を向上させます。

典型的な用途と最終利用

業界/部門 特定の用途の例 この用途で利用される主要な鋼の特性 選択理由
食品加工 食品加工機器 耐食性、清掃の容易さ 衛生および安全基準
化学処理 貯蔵タンク 高強度、耐食性 腐食環境での耐久性
建築 ファサードおよびクラッディング 美的魅力、成形性 デザインの柔軟性と長寿命
製薬 機器および配管 清掃性、耐食性 衛生基準の遵守
石油およびガス パイプライン 靭性、応力腐食に対する耐性 過酷な環境での信頼性

304Lステンレス鋼は、高い耐食性と良好な機械特性が要求される用途に選ばれています。過酷な環境に耐えながら構造的完全性を維持できる能力が、さまざまな産業での好ましい材料としています。

重要な考慮事項、選択基準、さらなる洞察

特性/特性 304Lステンレス鋼 316Lステンレス鋼 430ステンレス鋼 簡単な利点/欠点またはトレードオフの注意点
主要な機械的特性 中程度の強度 高い強度 低い強度 316Lはより良いピッティング耐性を提供
主要な腐食側面 多くの環境で良好 塩素環境で優れた 塩素環境で普通 316Lは海洋用途に適している
溶接性 優れた 良好 普通 304Lは事前加熱なしで簡単に溶接可能
機械加工性 中程度 中程度 良好 430は合金含量が少ないため加工しやすい
成形性 優れた 良好 普通 304Lは複雑な形状に成形可能
相対コストの概算 中程度 高い 低い 304Lは多くの用途においてコスト効果がある
典型的な入手可能性 広く入手可能 一般的に入手可能 容易に入手可能 304Lは最も一般的なステンレス鋼の一つ

304Lステンレス鋼を選択する際には、コスト効果、入手可能性、および具体的な用途の要件が考慮されます。その特性のバランスは、多くのエンジニアリング用途の多用途な選択肢を提供します。しかし、塩素濃度の高い環境には、316Lのような代替の方が適している場合があります。

要約すると、304Lステンレス鋼は、優れた耐食性、良好な機械特性、および加工の容易さを持つ非常に多用途な材料であり、さまざまな産業での好ましい選択肢となっています。

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