310Sステンレス鋼:特性と主要な用途

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310Sステンレス鋼は、その優れた高温強度と酸化抵抗で知られるオーステナイト系ステンレス鋼です。主に鉄、クロム、ニッケルで構成されており、炭素含有量が低いため、溶接性と結晶間腐食に対する抵抗性が向上します。主な合金元素は以下の通りです:

  • クロム (Cr):通常24-26%、これにより腐食抵抗が得られ、鋼の全体的な強度に寄与します。
  • ニッケル (Ni):通常19-22%、高温での靭性と延性を向上させます。
  • モリブデン (Mo):少量(最大0.75%)存在し、ピッティング腐食とクレバス腐食に対する抵抗性を改善します。

主な特徴

310Sステンレス鋼は以下の特徴があります:
- 高温抵抗:最大1150°C(2100°F)までの温度を扱う用途に適しています。
- 腐食抵抗:酸化と硫化に対する優れた抵抗力。
- 良好な溶接性:低炭素含有量により、溶接中の炭化物析出のリスクを最小限に抑えます。

利点と制限

利点
- 高温での酸化と腐食に対する例外的な抵抗。
- 高温での良好な機械的特性。
- 優れた溶接性と成形性。

制限
- 低グレードステンレス鋼と比較して高コスト。
- 強い還元環境での用途には不適。

歴史的に、310Sはその特有の特性から石油化学、発電、食品加工などの産業で広く使用されています。

代替名、基準、及び同等物

基準団体 指定/グレード 発祥国/地域 備考/注記
UNS S31008 アメリカ合衆国 AISI 310に最も近い同等物
AISI/SAE 310S アメリカ合衆国 310の低炭素バリアント
ASTM A240 アメリカ合衆国 ステンレス鋼板の標準仕様
EN 1.4845 ヨーロッパ 欧州基準における同等物
JIS SUS310S 日本 日本標準の指定
GB 00Cr25Ni20 中国 成分のわずかな違いを持つ中国の同等物

これらの同等物の違いは、特定の用途における性能に影響を与える可能性があります。例えば、S31008とSUS310Sは似ていますが、ニッケル含有量の変動が特定の環境における腐食抵抗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(%)
Fe(鉄) バランス
Cr(クロム) 24.0 - 26.0
Ni(ニッケル) 19.0 - 22.0
Mo(モリブデン) 0.0 - 0.75
C(炭素) ≤ 0.08
Mn(マンガン) ≤ 2.0
Si(シリコン) ≤ 1.0
P(リン) ≤ 0.045
S(硫黄) ≤ 0.03

クロムの主な役割は腐食抵抗を向上させること、ニッケルは靭性と延性を改善します。モリブデンはピッティング抵抗に寄与し、310Sを厳しい環境に適しています。

機械的特性

特性 条件/温度 典型値/範囲(メートル法) 典型値/範囲(インペリアル) 試験方法の参考基準
引張強さ 焼鈍 520 - 720 MPa 75 - 104 ksi ASTM E8
降伏強さ(0.2%オフセット) 焼鈍 205 - 310 MPa 30 - 45 ksi ASTM E8
伸び 焼鈍 40 - 50% 40 - 50% ASTM E8
硬度(ロックウェルB) 焼鈍 70 - 90 HRB 70 - 90 HRB ASTM E18
衝撃強さ -20°C(-4°F) 40 J 30 ft-lbf ASTM E23

高い引張強さと降伏強さ、良好な伸びの組み合わせにより、310Sは機械的負荷の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 条件/温度 値(メートル法) 値(インペリアル)
密度 室温 7.93 g/cm³ 0.286 lb/in³
融点 - 1400 - 1450 °C 2550 - 2642 °F
熱伝導率 室温 16.2 W/m·K 112 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 0.72 µΩ·in

密度と融点は310Sが高温に耐えられることを示しており、過酷な環境での用途に適しています。その熱伝導率は中程度であり、熱保持が必要な用途に有利です。

腐食抵抗

腐食性物質 濃度(%) 温度(°C/°F) 抵抗評価 備考
塩化物 0 - 10 20 - 60 良好 ピッティングのリスク
硫酸 0 - 10 20 - 50 普通 SCCに対して感受性あり
酢酸 0 - 10 20 - 60 良好 中程度の抵抗
海水 - 20 - 30 優れた 腐食に対して耐性あり

310Sステンレス鋼は、大気中、酸性、および塩水条件を含むさまざまな環境での酸化および腐食に対して優れた抵抗性を示します。ただし、塩化物環境では応力腐食割れ(SCC)に対して感受性があります。

モリブデンを含む316L等級と比較すると、310Sは高温用途でより優れた性能を発揮する可能性がありますが、塩化物が豊富な環境では効果が薄いかもしれません。

耐熱性

特性/制限 温度(°C) 温度(°F) 備考
最大連続使用温度 1150 °C 2100 °F 高温用途に適している
最大間欠使用温度 1050 °C 1922 °F 短期間の曝露のみ
スケーリング温度 900 °C 1652 °F このポイントを超えると酸化のリスク

310Sは高温でも強度と酸化抵抗を維持するため、炉の部品や熱交換器に理想的です。ただし、最大使用温度を超えるとスケーリングや機械的特性の低下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 備考
TIG ER310S アルゴン 薄いセクションに最適
MIG ER310 アルゴン + CO2 厚いセクションに適しています
SMAW E310-16 - すべての位置に適しています

310Sは非常に溶接性が高く、その組成に合ったフィラー金属が推奨されています。溶接前後の熱処理により、溶接の品質が向上し、亀裂のリスクが減少します。

機械加工性

加工パラメータ 310S AISI 1212 備考/ヒント
相対加工性指数 30% 100% 遅い切削速度が必要
典型的な切削速度 20 m/min 60 m/min 最良の結果のためにはカーバイド工具を使用

310Sの機械加工は、その靭性と作業硬化特性により困難を伴うことがあります。最適な条件には、鋭い工具と遅い切削速度を使用して過度な摩耗を防ぐことが含まれます。

成形性

310Sは良好な成形性を示し、冷間および熱間加工が可能です。ただし、作業硬化率が高いため、複雑な形状の成形に課題が生じる可能性があります。亀裂を避けるために、推奨される曲げ半径は低グレードのものよりも大きくする必要があります。

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 主要目的 / 期待される結果
焼鈍 1050 - 1150 °C / 1922 - 2100 °F 1 - 2 時間 空気または水 ストレスを緩和し、延性を改善
溶体処理 1000 - 1100 °C / 1832 - 2012 °F 30 分 腐食抵抗を向上

焼鈍などの熱処理プロセスは310Sの延性と靭性を大幅に向上させ、要求の厳しい用途により適したものにします。

典型的な用途と最終使用

産業/部門 具体的な用途例 この用途で利用される鋼の主要特性 選択の理由(簡潔に)
石油化学 熱交換器 高温強度、腐食抵抗 耐久性に不可欠
発電 ボイラー部品 酸化抵抗、機械的強度 効率に重要
食品加工 オーブンと炉 清潔さ、高温安定性 衛生基準を満たす
航空宇宙 排気システム 軽量、高強度 性能を維持しつつ重量を削減

310Sは高温安定性と腐食環境への耐性が求められる用途に選ばれており、信頼性が重要な産業に最適です。

重要な考慮事項、選択基準、およびさらなる洞察

特徴/特性 310S 316L 321 簡潔な長所/短所またはトレードオフノート
主要機械的特性 高い引張強度 良好な腐食抵抗 優れた高温安定性 310Sは高温でより強い
主要な腐食特性 高温で良好 塩化物環境で優れた 高温で良好 316Lは塩水条件で優れた性能を発揮
溶接性 優れている 良好 普通 310Sは溶接しやすい
機械加工性 普通 高い 低い 316Lは加工が容易
概算上の相対コスト 普通 高い 普通 コストは市場条件によって異なる
一般的な可用性 一般的 非常に一般的 あまり一般的ではない 310Sは広く入手可能

310Sを選択する際は、高温での性能と腐食抵抗を特定の用途の要件に対して考慮してください。低グレードよりも高価である可能性がありますが、その耐久性は長期的にはメンテナンスコストの削減につながる可能性があります。さらに、さまざまな形状(シート、プレート、パイプ)での利用可能性により、多くの工学的用途にとって多才な選択肢となります。

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