316Tiステンレススチール：特性と主要な用途
共有
Table Of Content
Table Of Content
316Tiステンレス鋼は、主にクロム、ニッケル、チタンを合金として含むオーステナイト系ステンレス鋼グレードです。これは、標準的な316ステンレス鋼の改良版であり、高温強度の向上と溶接中の感作に対する抵抗を高めるためにチタンが追加されています。チタンの存在は構造を安定させ、クロムカーバイドが粒界に形成される環境において、粒間腐食に対する感受性を低下させます。
包括的な概要
316Tiステンレス鋼は、優れた耐腐食性、高強度、良好な加工性で知られるオーステナイト系ステンレス鋼に分類されます。主な合金元素は以下の通りです：
- クロム (Cr): 通常16-18％で、耐腐食性を提供し、硬度を高めます。
- ニッケル (Ni): 通常10-14％で、鋼の靭性と延性に寄与しています。
- チタン (Ti): 小量（約0.5-1.0％）が添加されており、感作に対する安定性を高め、高温性能を改善します。
316Tiの重要な特性には、特に塩化物環境における優れた点部および隙間腐食に対する耐性と、良好な溶接性があります。また、高温でも機械的特性を維持し、過酷な環境での様々な用途に適しています。
利点:
- 304ステンレス鋼と比較して優れた耐腐食性。
- チタン安定化による高温強度の向上。
- 良好な溶接性と成形性。
制限事項:
- 低グレードのステンレス鋼と比較してコストが高い。
- 高温において一部の高強度合金ほど強くない。
歴史的に、316Tiは、その独特な特性が性能と耐久性に不可欠である化学処理、海洋アプリケーション、食品加工などの産業で特定の役割を果たしてきました。
代替名、規格、および同等物
| 規格組織 | 指定/グレード | 原産国/地域 | 備考/コメント |
|---|---|---|---|
| UNS | S31635 | アメリカ | チタン追加の最も近い316Lの同等物 |
| AISI/SAE | 316Ti | アメリカ | 316に似ているが、高温性能が向上している |
| ASTM | A240/A240M | 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、およびストリップの標準仕様 |
| EN | 1.4571 | ヨーロッパ | 類似の特性だが、組成制限が異なる同等グレード |
| JIS | SUS316Ti | 日本 | わずかな組成の違いを持つ日本の標準同等物 |
316Tiとその同等物、例えば316Lとの違いは、主に感作に対する抵抗を高め、高温強度を改善するチタン含有量にあります。これにより、これらの特性が重要なアプリケーションで316Tiが優先される理由となっています。
主要特性
化学組成
| 元素（記号と名称） | 割合範囲 (%) |
|---|---|
| Cr (クロム) | 16.0 - 18.0 |
| Ni (ニッケル) | 10.0 - 14.0 |
| Mo (モリブデン) | 2.0 - 3.0 |
| Ti (チタン) | 0.5 - 1.0 |
| 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 |
316Tiにおけるチタンの主な役割は、溶接中に感作を防ぐことで、これが粒間腐食を引き起こす可能性があります。モリブデンの存在は特に塩化物環境において点腐食抵抗を向上させ、クロムとニッケルは全体的な耐腐食性と靭性に寄与します。
機械的特性
| 特性 | 状態/温度 | 試験温度 | 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) | 試験方法の基準 |
|---|---|---|---|---|---|
| 引張強度 | 焼き入れ | 室温 | 520 - 720 MPa | 75 - 104 ksi | ASTM E8 |
| 降伏強度 (0.2%オフセット) | 焼き入れ | 室温 | 205 - 310 MPa | 30 - 45 ksi | ASTM E8 |
| 伸び | 焼き入れ | 室温 | 40 - 50% | 40 - 50% | ASTM E8 |
| 硬度 (ロックウェルB) | 焼き入れ | 室温 | 70 - 90 HB | 70 - 90 HB | ASTM E18 |
| 衝撃強度 (シャルピー) | 焼き入れ | -196°C | 40 J | 29.5 ft-lbf | ASTM E23 |
高い引張強度と降伏強度、良好な伸びを兼ね備えているため、316Tiは機械負荷下での構造的完全性が求められる用途に適しています。極低温での靭性も特に注目され、過酷な環境での使用を可能にします。
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 | 8.0 g/cm³ | 0.289 lb/in³ |
| 融解点/範囲 | - | 1375 - 1400 °C | 2507 - 2552 °F |
| 熱伝導率 | 室温 | 16.2 W/m·K | 112 BTU·in/(hr·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 | 0.0000143 Ω·in |
| 熱膨張係数 | 20 - 100 °C | 16.0 x 10⁻⁶/K | 8.89 x 10⁻⁶/°F |
316Tiの密度と融解点は、高温用途に対する堅牢性を示しています。その熱伝導率は中程度であり、熱移動が必要だが重要でない用途に適しています。熱膨張係数はステンレス鋼として一般的で、温度変動に対して予測可能な挙動を許します。
腐食耐性
| 腐食性物質 | 濃度 (%) | 温度 (°C) | 耐性評価 | 備考 |
|---|---|---|---|---|
| 塩素化合物 | 3-10 | 20-60 | 優れた | 点腐食のリスク |
| 硫酸 | 10-30 | 20-50 | 良好 | 限られた耐性 |
| 塩酸 | 5-20 | 20-40 | 普通 | 局所腐食に対する感受性 |
| 海水 | - | 常温 | 優れた | 海洋環境に耐性 |
| 酢酸 | 5-20 | 20-50 | 良好 | 応力腐食割れに対する感受性 |
316Tiは、特に塩素の多い条件において、さまざまな腐食性環境に対して優れた耐性を示し、海洋用途に最適です。ただし、多くの酸性環境で良好に機能する一方で、特に塩酸などの強酸中では局所腐食に対して感受性があることに注意が必要です。
304および316ステンレス鋼と比較すると、316Tiは点腐食および隙間腐食に対して優れた耐性を提供し、特に塩化物環境での使用に適しています。304ステンレス鋼はあまり攻撃的でない環境に適しているかもしれませんが、316Tiは耐腐食性が重要な用途で優先されています。
耐熱性
| 特性/限界 | 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 |
| 最大間欠使用温度 | 925 °C | 1700 °F | 短期間の曝露のみ |
| スケーリング温度 | 800 °C | 1470 °F | 高温におけるスケーリングのリスク |
| クリープ強度の考慮 | 600 °C | 1112 °F | クリープ耐性が低下し始める |
316Tiは高温でも機械的特性を維持するため、熱交換器や炉部品などの用途に適しています。しかし、最大連続使用限界温度を超えた温度への長時間曝露を避けることが重要で、これが酸化やスケーリングにつなが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 | ER316Ti | アルゴン | 薄いセクションに適している |
| MIG | ER316Ti | アルゴン/CO2 | 厚いセクションに適している |
| SMAW | E316Ti | - | 予熱が必要 |
316Tiは、特に適切なフィラー金属を使用した場合に優れた溶接性で知られています。厚いセクションでは、割れのリスクを最小限に抑えるために予熱が推奨されます。溶接後の熱処理は、溶接部の特性をさらに向上させることができます。
切削加工性
| 加工パラメータ | 316Ti | AISI 1212 | 備考/ヒント |
|---|---|---|---|
| 相対的な加工性指数 | 50% | 100% | 遅い速度が必要 |
| 典型的な切削速度 | 20-30 m/min | 60-80 m/min | 最良の結果には鋭い工具を使用 |
316Tiの加工は、その作業硬化特性のために難しい場合があります。最適な結果を得るには、鋭い工具を使用し、低速で切断することをお勧めします。
成形性
316Ti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。しかし、冷間成形中の作業硬化を考慮することが重要であり、延性を維持するために中間焼き鈍しが必要になる場合があります。
熱処理
| 処理プロセス | 温度範囲 (°C) | 典型的な浸漬時間 | 冷却方法 | 主な目的/期待される結果 |
|---|---|---|---|---|
| 焼き鈍し | 1000 - 1150 | 1-2時間 | 空気 | 内部応力を軽減し、延性を改善 |
| 溶液処理 | 1000 - 1100 | 1時間 | 水 | カーバイドを溶解し、耐腐食性を高める |
焼き鈍しや溶液処理などの熱処理プロセスは、316Tiの微細構造と特性を最適化するために重要です。これらの処理は内部応力を軽減し、カーバイドを溶解することによって耐腐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主要な鋼の特性 | 選択の理由 |
|---|---|---|---|
| 化学処理 | リアクターおよび貯蔵タンク | 耐腐食性、高強度 | 攻撃的な化学物質にさらされる |
| 海洋 | 造船部品 | 点腐食耐性、耐久性 | 過酷な海洋環境 |
| 食品加工 | 設備および配管 | 衛生、耐腐食性 | 健康基準への適合 |
| 製薬 | プロセス設備 | 清掃性、耐腐食性 | 製品の純度が重要 |
| 石油およびガス | オフショアプラットフォーム | 高強度、耐腐食性 | 過酷な条件と曝露 |
316Tiは、化学および海洋産業の用途においてその優れた耐腐食性と強度から選ばれています。過酷な環境に耐える能力が、重要なコンポーネントにとって好ましい材料としています。
重要な考慮事項、選択基準、およびさらなる洞察
| 特徴/特性 | 316Ti | 304ステンレス鋼 | 316Lステンレス鋼 | 簡単な長所/短所またはトレードオフの注意事項 |
|---|---|---|---|---|
| 主要な機械的特性 | 高引張強度 | 中程度 | 高引張強度 | 316Tiは高温性能が優れています |
| 主要な腐食要素 | 塩素において優れた | 良好 | 優れた | 316Tiは感作に対してより耐性があります |
| 溶接性 | 良好 | 優れた | 優れた | 316Tiは注意深い溶接技術が必要です |
| 加工性 | 中程度 | 良好 | 中程度 | 316Tiは加工が難しいです |
| 成形性 | 良好 | 優れた | 良好 | 316Tiは工作硬化する可能性があり、注意が必要です |
| 相対的なコストのおおよそ | 高い | 低い | 高い | コストの考慮が選択に影響を与える可能性があります |
| 典型的な入手可能性 | 中程度 | 高い | 高い | 316Tiは入手が困難なことがあります |
316Tiを選択する際には、そのコスト効果、入手可能性、および特定の用途要求を考慮する必要があります。その独自の特性は、標準的なステンレス鋼と比較してコストが高くても、性能が重要なニッチな用途に適しています。
要約すると、316Tiステンレス鋼は、要求の厳しい環境で優れた性能を発揮する多用途の堅牢な材料であり、さまざまな産業のエンジニアやデザイナーにとって価値のある選択肢となります。