321ステンレス鋼:特性と主要な用途
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321ステンレス鋼は、優れた耐腐食性と高温安定性で知られる高性能オーステナイト系ステンレス鋼です。このグレードはオーステナイト系ステンレス鋼に分類されており、立方体の面心構造を持ち、良好な延性と靭性を提供します。321ステンレス鋼の主な合金元素はクロム(Cr)とニッケル(Ni)で、チタン(Ti)が追加されて構造を安定させ、溶接や高温での感作を防ぎます。
包括的な概要
321ステンレス鋼は、高強度と高温での酸化および腐食に対する耐性を必要とする用途で特に重視されています。チタンの添加はクロム炭化物の形成を防ぎ、特に溶接構造の熱影響部での粒間腐食を防ぎます。このため、321ステンレス鋼は航空宇宙、化学処理、および石油・ガス産業での用途に優れた選択肢となります。
主な特性:
- 耐腐食性:さまざまな環境において酸化および腐食に対する優れた耐性。
- 高温安定性:高温で強度と靭性を保持。
- 溶接性:チタン安定化により感作のリスクなく良好な溶接性。
利点:
- 疲れやすい腐食および割れに対する高い耐性。
- 常温および高温における良好な機械的特性。
- 過酷な環境での多様な応用。
制限:
- 一部の他のステンレス鋼に比べて塩化物による応力腐食割れへの耐性が劣る。
- 標準的な炭素鋼と比較してコストが高い。
321ステンレス鋼は、そのユニークな特性と多用途性により、市場で重要な地位を占めており、さまざまな工学的用途に人気があります。
代替名、基準、および同等品
標準組織 | 指定/グレード | 原産国/地域 | ノート/備考 |
---|---|---|---|
UNS | S32100 | アメリカ | AISI 321に最も近い同等品 |
AISI/SAE | 321 | アメリカ | 一般的に使用される指定名 |
ASTM | A240/A240M | アメリカ | ステンレス鋼板の標準仕様 |
EN | 1.4541 | ヨーロッパ | 欧州基準の同等グレード |
DIN | X6CrNiTi18-10 | ドイツ | 成分にわずかに違いがある類似特性 |
JIS | SUS321 | 日本 | 日本の同等指定名 |
これらの同等グレード間の違いは、特定の用途における性能に影響を与える可能性のある正確な化学組成や機械的特性にあります。例えば、321と316のステンレス鋼は共に良好な耐腐食性を提供しますが、321はチタン安定化により高温用途で好まれます。
主な特性
化学組成
元素(記号と名称) | 割合範囲(%) |
---|---|
C(炭素) | 最大0.08 |
Cr(クロム) | 17.0 - 19.0 |
Ni(ニッケル) | 9.0 - 12.0 |
Ti(チタン) | 最小5 x C - 最大0.60 |
Mn(マンガン) | 最大2.0 |
Si(シリコン) | 最大1.0 |
P(リン) | 最大0.045 |
S(硫黄) | 最大0.030 |
321ステンレス鋼におけるチタンの主な役割は、溶接または高温サービス中に発生する可能性のある感作に対して合金を安定化させることです。この安定化により、重要な用途において耐腐食性および機械的特性を維持します。クロムとニッケルは鋼の全体的な耐腐食性と靭性に寄与し、マンガンとシリコンはその強度と加工性を向上させます。
機械的特性
特性 | 状態/温度 | 典型的な値/範囲(メトリック - SI 単位) | 典型的な値/範囲(インペリアル単位) | 試験方法の参照標準 |
---|---|---|---|---|
引張強度 | 焼きなまし | 520 - 750 MPa | 75 - 109 ksi | ASTM E8 |
降伏強度(0.2%オフセット) | 焼きなまし | 205 - 310 MPa | 30 - 45 ksi | ASTM E8 |
伸び | 焼きなまし | 最小40% | 最小40% | ASTM E8 |
硬度(ロックウェルB) | 焼きなまし | 70 - 90 HRB | 70 - 90 HRB | ASTM E18 |
衝撃強度(シャルピー) | -20°C | 40 J | 30 ft-lbf | ASTM E23 |
321ステンレス鋼の機械的特性により、高強度と延性が求められる用途に適しています。その良好な伸びと衝撃強度により、動的な荷重や応力に耐え、失敗せずに構造用途に最適です。
物理特性
特性 | 状態/温度 | 値(メトリック - SI 単位) | 値(インペリアル単位) |
---|---|---|---|
密度 | 室温 | 7.93 g/cm³ | 0.286 lb/in³ |
融点/範囲 | - | 1450 - 1510 °C | 2642 - 2750 °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 | 0.119 BTU/lb·°F |
電気抵抗率 | 室温 | 0.72 µΩ·m | 0.00000072 Ω·m |
熱膨張係数 | 20 - 100 °C | 16.0 x 10⁻⁶ /K | 8.89 x 10⁻⁶ /°F |
321ステンレス鋼の密度と融点は、高温用途への適合性を示しており、熱伝導率と比熱容量は熱環境における効果的な熱散逸を示唆しています。熱膨張係数も温度変動が発生する用途において重要であり、寸法安定性に影響を与えます。
耐腐食性
腐食性物質 | 濃度(%) | 温度(°C/°F) | 耐性評価 | ノート |
---|---|---|---|---|
塩化物 | 3-10 | 20-60 / 68-140 | 普通 | ピッティングのリスク |
硫酸 | 10-30 | 20-40 / 68-104 | 良好 | 応力腐食割れに対して感受性あり |
酢酸 | 5-20 | 20-60 / 68-140 | 優れた | 局所腐食に対して耐性あり |
海水 | - | 20-30 / 68-86 | 良好 | 隙間腐食のリスク |
大気中 | - | - | 優れた | 酸化に対する良好な耐性 |
321ステンレス鋼は、特に酸性環境や大気条件において、さまざまな腐食性環境に対して優れた耐性を示します。しかし、多くの用途で良好な性能を発揮する一方で、316ステンレス鋼のようなグレードに比べると、塩化物による応力腐食割れへの耐性は劣ります。そのため、321は海洋環境や高い塩化物濃度が関与する用途にはあまり適していません。
熱抵抗
特性/制限 | 温度(°C) | 温度(°F) | 備考 |
---|---|---|---|
最大連続使用温度 | 870 | 1600 | 高温用に適している |
最大断続使用温度 | 925 | 1700 | 短期間の露出に耐えることができる |
スケーリング温度 | 1000 | 1832 | この温度を超えると酸化のリスク |
クリープ強度の考慮は約 | 600 | 1112 | 長期用途に重要 |
321ステンレス鋼は高温での機械的特性と耐腐食性を維持し、排気システムや熱交換器などの用途に適しています。しかし、スケーリング温度を超えて長時間曝露されることを避ける必要があり、これは酸化や材料の劣化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 | ノート |
---|---|---|---|
TIG溶接 | ER321 | アルゴン | 薄いセクションに最適 |
MIG溶接 | ER321 | アルゴン + CO2 | 厚いセクションに良好 |
棒状溶接 | E321 | - | 予熱が必要 |
321ステンレス鋼は、特にチタン安定化フィラー金属を使用する場合に優れた溶接性で知られています。割れのリスクを最小限に抑えるために、特に厚いセクションでは予熱が推奨されます。溶接後の熱処理もストレスを軽減し、耐腐食性を向上させるのに有益です。
加工性
加工パラメータ | 321ステンレス鋼 | AISI 1212 | ノート/ヒント |
---|---|---|---|
相対的加工性指数 | 30 | 100 | 炭素鋼よりも加工性が低い |
典型的な切削速度(旋削) | 30 m/min | 60 m/min | ベストな結果を得るために炭化物工具を使用 |
321ステンレス鋼は、炭素鋼に比べて中程度の加工性を持っています。高速度鋼や炭化物工具の使用が推奨され、切削速度はワーク硬化を防ぐために調整する必要があります。
成形性
321ステンレス鋼は良好な成形性を示しており、冷間および熱間成形プロセスが可能です。ただし、作業硬化特性のために、割れを避けるために成形プロセスの慎重な管理が必要です。最適な結果のためには、推奨される曲げ半径を守るべきです。
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 |
---|---|---|---|---|
焼きなまし | 1010 - 1120 / 1850 - 2050 | 1時間/インチ | 空気 | ストレスを軽減し、延性を向上させる |
溶体処理 | 1050 - 1100 / 1922 - 2012 | 30分 | 水 | 耐腐食性を向上させる |
焼きなましや溶体処理などの熱処理プロセスは、321ステンレス鋼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、耐腐食性を向上させることができ、要求されるアプリケーションに適した材料を作ります。
典型的な用途と最終用途
産業/セクター | 具体的な応用例 | このアプリケーションで利用される重要な鋼の特性 | 選択理由 |
---|---|---|---|
航空宇宙 | 航空機排気システム | 高温安定性、耐腐食性 | 安全性と性能に不可欠 |
化学処理 | 熱交換器 | 酸化および酸に対する耐性 | 耐久性と効率性が重要 |
石油およびガス | パイプラインシステム | 高強度、耐腐食性 | 過酷な条件下での完全性を確保 |
自動車 | 排気部品 | 高温性能 | 極端な条件での故障リスクを軽減 |
321ステンレス鋼の他の用途には:
- 圧力容器
- 食品加工機器
- 海洋用途(塩化物への注意が必要)
これらの用途における321ステンレス鋼の選択は、その優れた機械的特性と高温酸化および腐食に対する耐性によるものです。
重要な考慮事項、選択基準、およびさらなる洞察
特徴/特性 | 321ステンレス鋼 | 316ステンレス鋼 | 304ステンレス鋼 | 簡潔な利点/欠点またはトレードオフのノート |
---|---|---|---|---|
主な機械的特性 | 高温で良好 | 優れた耐腐食性 | 良好な一般特性 | 321は高温に優れ、316は腐食に適している |
主な腐食面 | 塩化物に対して普通 | 塩化物に対して優れた | 多くの環境で良好 | 321は316に比べてSCCに対して耐性が低い |
溶接性 | 良好 | 優れた | 良好 | 321は割れを避けるために注意が必要 |
加工性 | 中程度 | 良好 | 優れた | 321は304よりも加工が難しい |
成形性 | 良好 | 良好 | 優れた | 321は成形中により注意が必要な場合がある |
推定相対コスト | 中程度 | 高い | 低い | コストは市場条件によって変動する |
典型的な入手可能性 | 一般的 | 非常に一般的 | 非常に一般的 | 321は広く入手可能だが、304ほどではない |
321ステンレス鋼を選択する際は、コスト、入手可能性、特定の用途要件などを考慮に入れる必要があります。そのユニークな特性は高温および腐食環境での貴重な選択肢となりますが、高塩化物曝露を伴う用途には316ステンレス鋼の方が適している場合があります。これらの材料間のトレードオフを理解することが、工学用途における最適な性能とコスト効率に重要です。