312ステンレス鋼:特性と主要な用途
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312ステンレス鋼はオーステナイト系ステンレス鋼に分類され、高いクロムとニッケル含有量で知られており、優れた耐食性と良好な機械特性を提供します。このグレードには通常、約24%のクロムと13%のニッケルに加え、ピッティングやクレバス腐食に対する抵抗を向上させるための少量のモリブデンが含まれています。これらの合金元素の存在は、その基本的な性質に寄与し、強度と酸化に対する抵抗が重要なさまざまな用途に適しています。
総合的な概要
312ステンレス鋼は主に優れた高温強度と酸化抵抗が認識されており、高温が懸念される環境での用途に最適です。その独自の組成により、極端な条件下でも構造的完全性を維持できるため、他のステンレス鋼グレードに対して重要な利点があります。
利点:
- 高温性能: 高温で強度を保持し、酸化に抵抗します。
- 耐食性: 酸性およびアルカリ性の条件を含むさまざまな腐食環境に対して優れた抵抗性。
- 多用途性: 産業用途から建築用途まで、幅広い用途に適しています。
制限:
- コスト: 合金元素のため、一般的に低グレードのステンレス鋼より高価です。
- 加工性: 他のステンレス鋼グレードと比べて、加工や溶接がより難しい場合があります。
歴史的に、312ステンレス鋼は炉部品、熱交換器、および化学処理機器などの用途で利用されており、要求される環境での堅牢な性能を反映しています。その市場の位置付けは強力であり、高温や腐食条件に耐えることができる材料を必要とする産業において特に重要です。
代替名、基準、および同等品
標準機関 | 指定/グレード | 原産国/地域 | 備考/コメント |
---|---|---|---|
UNS | S31200 | アメリカ | 組成の違いはあるがAISI 310に最も近い同等品。 |
AISI/SAE | 312 | アメリカ | 310に類似ですが、機械的特性が若干異なります。 |
ASTM | A240 | アメリカ | クロムおよびクロム-ニッケルステンレス鋼の板、シート、ストリップの標準仕様。 |
EN | 1.4845 | ヨーロッパ | AISI 310に相当し、特定のヨーロッパ基準があります。 |
JIS | SUS 310 | 日本 | 類似の特性を持つ日本の標準同等品。 |
これらのグレード間の微妙な違いは、特に組成および機械的特性に関して、特定の用途における性能に大きな影響を与える可能性があります。たとえば、310および312ステンレス鋼の両方が高温耐性を提供しますが、312はニッケル含有量が高いため、酸化抵抗が優れている場合があります。
重要な特性
化学組成
元素(記号と名称) | 割合範囲(%) |
---|---|
Cr(クロム) | 24.0 - 26.0 |
Ni(ニッケル) | 11.0 - 14.0 |
Mo(モリブデン) | 0.5 - 2.0 |
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 |
312ステンレス鋼におけるクロムの主な役割は耐食性を強化することであり、ニッケルはその靭性と延性に寄与します。モリブデンは特に塩化物環境においてピッティングやクレバス腐食に対する抵抗をさらに向上させます。低炭素含有量は炭化物析出のリスクを最小限に抑え、粒界腐食を引き起こす可能性を低下させます。
機械的特性
特性 | 状態/テンプ | 試験温度 | 典型的な値/範囲(メートル法 - SI単位) | 典型的な値/範囲(帝国単位) | 試験方法の参考標準 |
---|---|---|---|---|---|
引張強度 | 焼鈍 | 常温 | 520 - 750 MPa | 75 - 109 ksi | ASTM E8 |
降伏強度(0.2%オフセット) | 焼鈍 | 常温 | 205 - 310 MPa | 30 - 45 ksi | ASTM E8 |
延性 | 焼鈍 | 常温 | 40 - 50% | 40 - 50% | ASTM E8 |
硬度(ロックウェルB) | 焼鈍 | 常温 | 80 - 95 HRB | 80 - 95 HRB | ASTM E18 |
衝撃強度 | シャルピーVノッチ | -196 °C | 30 J | 22 ft-lbf | ASTM E23 |
これらの機械的特性の組み合わせにより、312ステンレス鋼は特に高温下で高強度と延性を必要とする用途に適しています。構造的完全性を維持しながら大きな機械的負荷に耐える能力は、航空宇宙や化学処理などの産業で重要です。
物理的特性
特性 | 状態/温度 | 値(メートル法 - SI単位) | 値(帝国単位) |
---|---|---|---|
密度 | 常温 | 8.0 g/cm³ | 0.289 lb/in³ |
融点 | - | 1400 - 1450 °C | 2552 - 2642 °F |
熱伝導率 | 常温 | 16 W/(m·K) | 92 BTU/(hr·ft·°F) |
比熱容量 | 常温 | 500 J/(kg·K) | 0.119 BTU/(lb·°F) |
電気抵抗率 | 常温 | 0.72 µΩ·m | 0.0000013 Ω·in |
熱膨張係数 | 常温 | 16.0 x 10⁻⁶ /K | 8.9 x 10⁻⁶ /°F |
312ステンレス鋼の密度はその重量と強度に寄与し、熱伝導率は熱伝達に関わる用途にとって不可欠です。比熱容量は、材料の温度を上げるのに必要なエネルギーの量を示しており、熱管理用途において重要です。
耐食性
腐食因子 | 濃度(%) | 温度(°C/°F) | 耐性評価 | 備考 |
---|---|---|---|---|
塩化物 | 3-5 | 20-60 °C (68-140 °F) | 良好 | ピッティング腐食のリスク |
硫酸 | 10-20 | 20-40 °C (68-104 °F) | まあまあ | SCCに対して感受性がある |
塩酸 | 5-10 | 20-30 °C (68-86 °F) | 不良 | 推奨されない |
海水 | - | 周囲 | 優れた | 海水に対する良好な耐性 |
312ステンレス鋼は、特に酸性およびアルカリ性の条件において、さまざまな腐食環境に対して優れた抵抗性を示します。ただし、塩化物環境ではピッティング腐食に対して感受性があり、これは海洋用途において重要な考慮事項です。モリブデンを含む316ステンレス鋼などのグレードと比較すると、312は非常に腐食性の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 | 1150 °C | 2100 °F | 高温用途に適しています |
最大間欠使用温度 | 1050 °C | 1920 °F | 短期間の高温への曝露に耐えられます |
スケーリング温度 | 900 °C | 1650 °F | この温度を超えると酸化抵抗を失い始めます |
高温下で312ステンレス鋼はその強度と酸化抵抗を維持し、炉部品や熱交換器などの用途に適しています。ただし、最大連続使用温度を超える温度に長時間曝露されると、酸化やスケーリングが発生し、構造的完全性が損なわれ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 | ER312 | アルゴン | 適切な技術で良好な結果 |
MIG | ER312 | アルゴン/CO2混合 | 厚いセクションには予熱が必要 |
棒 | E312 | - | 現場用途に適しています |
312ステンレス鋼は一般に溶接可能と考えられていますが、厚いセクションでは亀裂を防ぐために予熱が必要になる場合があります。溶接後の熱処理は溶接部の機械的特性を向上させ、欠陥のリスクを低下させる可能性があります。
加工性
加工パラメーター | 312ステンレス鋼 | AISI 1212 | 備考/ヒント |
---|---|---|---|
相対加工性指数 | 40% | 100% | 遅い切削速度と特殊工具が必要 |
典型的な切削速度(旋削) | 30-50 m/min | 80-120 m/min | 最良の結果のためにカーバイド工具を使用 |
312ステンレス鋼の加工は、その靭性や作業硬化特性のために難しい場合があります。最適な結果を得るために、高速鋼やカーバイド工具を使用し、切削速度を低く保つことをお勧めします。
成形性
312ステンレス鋼は良好な成形性を示し、冷間および熱間成形プロセスを可能にします。ただし、冷間成形中の作業硬化を考慮する必要があり、追加の力が必要になる場合があります。亀裂を避けるために最小曲げ半径を慎重に評価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 | 主な目的 / 期待される結果 |
---|---|---|---|---|
焼鈍 | 1040 - 1120 °C (1900 - 2050 °F) | 1-2時間 | 空気または水 | 内部応力を緩和し、延性を改善 |
固溶処理 | 1050 - 1100 °C (1920 - 2010 °F) | 30分 | 急冷 | 耐食性を向上させる |
熱処理中、312ステンレス鋼はその微細構造や特性を改善する金属変換を受けます。焼鈍は内部応力を緩和し、固溶処理は炭化物を溶解することにより耐食性を向上させます。
典型的な用途と最終用途
産業/セクター | 具体的な用途の例 | この用途で利用される重要な鋼の特性 | 選定理由 |
---|---|---|---|
航空宇宙 | ジェットエンジン部品 | 高温強度、酸化抵抗 | 性能と安全性に重要 |
化学処理 | 熱交換器 | 耐腐食性、機械的強度 | 厳しい環境での耐久性に必要 |
石油とガス | パイプライン部品 | 高強度、酸性ガス環境への耐性 | 安全性と耐久性のために重要 |
その他の用途には:
- 炉部品
- 建築構造
- 食品処理機器
312ステンレス鋼は、過酷な条件に耐えつつ機械的完全性を維持できるため、性能と安全が最重要視される産業において信頼性の高い選択肢です。
重要な考慮事項、選定基準、およびさらなる洞察
特徴/特性 | 312ステンレス鋼 | 316ステンレス鋼 | 310ステンレス鋼 | 簡潔な利点/欠点またはトレードオフの注記 |
---|---|---|---|---|
重要な機械的特性 | 高引張強度 | 優れた耐食性 | 高温性能 | 312は両方のバランスを提供します |
重要な腐食面 | 多くの環境で良好 | 塩化物環境で優れた | 良好な酸化抵抗 | 316は海洋用途に適しています |
溶接性 | 良好 | 優れた | まあまあ | 312は注意深い取り扱いが必要 |
加工性 | 中程度 | 良好 | 不良 | 312は加工が難しい |
成形性 | 良好 | 良好 | まあまあ | 312は形成可能ですが注意が必要 |
概算相対コスト | 中程度 | 高い | 中程度 | 312は高温用途にコスト効果的です |
典型的な入手可能性 | 一般的 | 非常に一般的 | 一般的 | 312は広く入手可能ですが、316ほどではありません |
312ステンレス鋼を選定する際には、コスト効果、入手可能性、特定の用途要件などを評価する必要があります。その独自の特性は、高温および腐食環境に適していますが、加工や溶接における潜在的な課題も考慮すべきです。312と316または310などの代替グレード間のトレードオフを理解することで、エンジニアはプロジェクトの具体的な要求に基づいて情報に基づいた意思決定を行うことができます。