4120鋼：特性と主要用途

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4120鋼は中炭素合金鋼に分類され、主に優れた硬化性と強度で知られています。4120鋼の主要な合金元素にはクロム（Cr）とモリブデン（Mo）が含まれ、機械的特性と耐摩耗性を向上させます。この鋼種は高い強度と靭性を要求される用途でよく使用され、重い負荷やストレスがかかる部品に適しています。

包括的概要

4120鋼は良好な加工性、溶接性、望ましい硬度レベルを達成するための熱処理能力などの重要な特性を示します。適切に熱処理されると、引張強度は最大1,000 MPa（145 ksi）に達し、良好な延性と衝撃耐性を持ちます。

利点：
- 高強度：合金元素により強度と靭性が向上します。
- 良好な硬化能力：高硬度レベルを達成するために熱処理が可能です。
- 多用途の適用：ギア、シャフト、その他の重要な部品など、さまざまな工学的用途に適しています。

制限：
- 腐食抵抗：ステンレス鋼ほど腐食に対する抵抗性がないため、特定の環境での使用が制限される場合があります。
- コスト：合金元素のため、一般的に低炭素鋼よりも高価です。

歴史的に、4120鋼は自動車および航空宇宙産業で利用されており、その機械的特性は性能と安全性にとって重要です。市場での位置は堅固で、信頼性が高く耐久性のある材料を必要とする製造業者の選択肢となっています。

代替名、規格、および同等品

規格組織 指定/グレード 原産国/地域 備考/注記
UNS G41200 アメリカ AISI 4140に最も近い同等品
AISI/SAE 4120 アメリカ AISI 4140との組成の違いがわずか
ASTM A29/A29M アメリカ 合金鋼の一般仕様
EN 1.7218 ヨーロッパ わずかな変動とともに4120に相当
DIN 42CrMo4 ドイツ 同様の特性、しばしば互換的に使用される
JIS SCM420 日本 わずかな違いがある同等グレード

4120とその同等品（AISI 4140など）の違いは、主に合金元素の特定の割合にあります。これにより硬化性と靭性に影響を与える可能性があります。たとえば、4140は通常、炭素含量が高く、硬度を向上させる可能性がありますが、延性を低下させる可能性もあります。

主要特性

化学組成

元素（シンボルおよび名称） 割合範囲（％）
C（炭素） 0.18 - 0.22
Mn（マンガン） 0.60 - 0.90
Cr（クロム） 0.80 - 1.10
Mo（モリブデン） 0.15 - 0.25
Si（シリコン） 0.15 - 0.40
P（リン） ≤ 0.035
S（硫黄） ≤ 0.040

4120鋼における主要な合金元素の主な役割は次のとおりです：
- クロム（Cr）：硬化性を高め、耐摩耗性を改善します。
- モリブデン（Mo）：高温下での強度を増加させ、靭性を向上させます。
- マンガン（Mn）：硬化性を改善し、鋼の全体的な強度に寄与します。

機械的特性

特性 状態/温度条件 試験温度 典型的な値/範囲（メートル法） 典型的な値/範囲（インペリアル） 試験方法の参照標準
引張強度 焼入れ・焼きなまし 室温 850 - 1,000 MPa 123 - 145 ksi ASTM E8
降伏強度（0.2%オフセット） 焼入れ・焼きなまし 室温 650 - 850 MPa 94 - 123 ksi ASTM E8
伸び 焼入れ・焼きなまし 室温 15 - 20% 15 - 20% ASTM E8
硬度（ロックウェルC) 焼入れ・焼きなまし 室温 28 - 34 HRC 28 - 34 HRC ASTM E18
衝撃強度 シャルピーVノッチ -20°C (-4°F) 30 - 50 J 22 - 37 ft-lbf ASTM E23

これらの機械的特性の組み合わせにより、4120鋼は動的荷重や高ストレス環境を伴うアプリケーションに特に適しています。高い引張強度と降伏強度、良好な延性により、重大な破壊の前にかなりの変形に耐えることができます。

物理的特性

特性 状態/温度 値（メートル法） 値（インペリアル）
密度 - 7.85 g/cm³ 0.284 lb/in³
融点/範囲 - 1,540 - 1,600 °C 2,804 - 2,912 °F
熱伝導率 20°C 45 W/m·K 31 BTU·in/(hr·ft²·°F)
比熱容量 20°C 0.46 kJ/kg·K 0.11 BTU/lb·°F
熱膨張係数 20-100°C 11.5 x 10⁻⁶ /K 6.36 x 10⁻⁶ /°F

4120鋼の密度と熱特性の実用的重要性は、重量と熱管理が重要な用途において重要です。比較的高い密度は強度に寄与し、熱伝導率は高性能環境での効果的な熱散逸を可能にします。

腐食抵抗

腐食性物質 濃度（％） 温度（°C/°F） 抵抗評価 備考
塩化物 3-5% 25°C (77°F) 普通 ピッティング腐食のリスク
硫酸 10% 25°C (77°F) 悪い 推奨されない
水酸化ナトリウム 50% 25°C (77°F) 普通 応力腐食割れに敏感

4120鋼は腐食に対して中程度の耐性を示し、特に塩化物のある環境ではピッティングが発生する可能性があります。304や316などのステンレス鋼と比較すると、優れた腐食抵抗を提供する4120は、非常に腐食性のある環境での用途には適していません。

感受性の観点から見ると、4120はアルカリ環境での応力腐食割れ（SCC）に直面する可能性があり、これは化学処理や海洋環境での用途にとって重要な考慮事項です。

耐熱性

特性/限界 温度（°C） 温度（°F） 備考
最大連続使用温度 400°C 752°F 中温度に適している
最大間欠的使用温度 500°C 932°F 短期間の暴露のみ
スケーリング温度 600°C 1,112°F この温度を超えると酸化のリスクがあります

高温下で、4120鋼は強度を維持しますが、長期間の暴露により硬度と靭性を失う可能性があります。その酸化抵抗は中程度で、高温の用途ではスケーリングを防ぐために注意が必要です。

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
MIG ER70S-6 アルゴン/CO2 予熱を推奨
TIG ER70S-2 アルゴン 溶接後の熱処理が必要
スティック E7018 - 厚い部分に適している

4120鋼は一般に溶接可能と見なされますが、亀裂を避けるために予熱が推奨されることが多いです。溶接後の熱処理により、溶接部の機械的特性が向上し、構造的完全性が確保されます。

加工性

加工パラメータ [4120鋼] [AISI 1212] 備考/ヒント
相対加工性インデックス 60% 100% 4120は機械加工が難しい
典型的な切削速度（旋盤） 40-60 m/min 80-100 m/min 最良の結果を得るためにカーバイド工具を使用

4120鋼の加工性は中程度です。最適な結果を得るためには、切削工具と条件の慎重な選択が必要です。高速鋼工具は早く摩耗する可能性があるため、カーバイド工具が好まれることが多いです。

成形性

4120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、成形操作中に亀裂が発生しないように、過度の加工硬化を避ける必要があります。材料の厚さに基づいて最小曲げ半径を考慮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
アニーリング 600 - 700 / 1,112 - 1,292 1 - 2時間 空気 軟化、延性の向上
焼入れ 850 - 900 / 1,562 - 1,652 30分 油/水 硬化
焼き戻し 400 - 600 / 752 - 1,112 1時間 空気 脆さの低減、靭性の向上

熱処理中、4120鋼は重要な冶金変化を経ます。焼入れはマルテンサイトの形成を通じて硬度を高め、焼き戻しは硬度と靭性の調整を可能にし、さまざまな用途に適したバランスを作り出します。

典型的な用途と最終用途

産業/セクター 特定の用途例 この用途で活用される鋼の主要特性 選択理由（簡潔に）
自動車 ギア 高強度、靭性 性能にとって必須
航空宇宙 着陸装置部品 高疲労抵抗 安全のために重要
石油・ガス ドリルビット 耐摩耗性、靭性 高ストレス環境
重機械 シャフト 強度、加工性 荷重下での耐久性

4120鋼のその他の用途には：
- 機械の構造部品
- ファスナーやボルト
- 工具用途

これらの用途における4120鋼の選択は、優れた機械的特性が要求され、厳しい条件下で信頼性と性能を提供できるためです。

重要な考慮事項、選択基準、およびさらなる洞察

特性/特性 [4120鋼] [AISI 4140] [AISI 4340] 簡潔な利点/欠点またはトレードオフメモ
主要機械的特性 高強度 より高い硬度 より高い靭性 4140はより良い硬化性を提供する
主要な腐食側面 中程度 悪い 普通 4340はより良い腐食抵抗をもつ
溶接性 良好 中程度 普通 4140は溶接においてより注意が必要かもしれない
加工性 中程度 良好 普通 4140は加工が容易である
成形性 良好 中程度 普通 4140は成形性が低い
概算相対コスト 中程度 より高い より高い コストは合金元素により異なる
一般的な入手可能性 一般的 一般的 あまり一般的でない 地域によって入手可能性が異なる

4120鋼を選択する際の考慮事項には、その機械的特性、コスト効果、入手可能性が含まれます。強度と靭性の優れたバランスを提供しますが、特定の用途要件によってはAISI 4140や4340のような代替品がより適している場合があります。さらに、安全係数や環境条件を評価して、この鋼種から作られた部品の最適な性能と耐久性を確保する必要があります。

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    DX51Dスチールは、主に低炭素微鋼として分類される亜鉛メッキ鋼の広く認識されたグレードです。その優れた成形性と溶接性に特徴づけられ、特に自動車や建設業界においてさまざまな用途で人気の選択肢となっています。DX51Dの主な合金元素には、一般的に炭素（C）含有量が0.2％未満の鉄（Fe）と、微量のマンガン（Mn）、リン（P）、硫黄（S）が含まれます。スチールを亜鉛（Zn）でコーティングする亜鉛メッキプロセスは、その耐腐食性を大幅に向上させます。 包括的な概要 DX51Dスチールは、良好な機械的特性と耐腐食性を要求される用途で主に使用されます。その低炭素含有量は、優れた延性と成形性に寄与し、容易に形状を変えたり溶接したりすることが可能です。亜鉛メッキプロセスは、スチールを錆から保護するだけでなく、見た目にも機能的にも美しい滑らかな表面仕上げを提供します。 DX51Dスチールの利点： - 耐腐食性：亜鉛コーティングが環境要因から保護バリアを提供します。 - 成形性：低い炭素含有量により、容易に形状変更や曲げが可能です。 - 溶接性：標準的な方法を使用して溶接することができ、さまざまな用途に対応可能です。 DX51Dスチールの制限： - 強度：高炭素鋼と比較すると、DX51Dは高い強度を必要とする用途には適していない可能性があります。 - 温度感度：高温での性能が劣化する可能性があり、高温環境での使用が制限されます。 歴史的に、DX51Dは軽量構造の開発において重要な役割を果たしてきました。特に自動車セクターでは、燃費効率のために重さの削減が重要です。 別名、規格、および同等物 標準組織 指定/グレード 出身国/地域 ノート/備考 EN DX51D ヨーロッパ ASTM A653の最も近い同等品 ASTM A653 アメリカ 微小な成分の違い...

    DX51D鋼：特性と主要用途の概要

    DX51Dスチールは、主に低炭素微鋼として分類される亜鉛メッキ鋼の広く認識されたグレードです。その優れた成形性と溶接性に特徴づけられ、特に自動車や建設業界においてさまざまな用途で人気の選択肢となっています。DX51Dの主な合金元素には、一般的に炭素（C）含有量が0.2％未満の鉄（Fe）と、微量のマンガン（Mn）、リン（P）、硫黄（S）が含まれます。スチールを亜鉛（Zn）でコーティングする亜鉛メッキプロセスは、その耐腐食性を大幅に向上させます。 包括的な概要 DX51Dスチールは、良好な機械的特性と耐腐食性を要求される用途で主に使用されます。その低炭素含有量は、優れた延性と成形性に寄与し、容易に形状を変えたり溶接したりすることが可能です。亜鉛メッキプロセスは、スチールを錆から保護するだけでなく、見た目にも機能的にも美しい滑らかな表面仕上げを提供します。 DX51Dスチールの利点： - 耐腐食性：亜鉛コーティングが環境要因から保護バリアを提供します。 - 成形性：低い炭素含有量により、容易に形状変更や曲げが可能です。 - 溶接性：標準的な方法を使用して溶接することができ、さまざまな用途に対応可能です。 DX51Dスチールの制限： - 強度：高炭素鋼と比較すると、DX51Dは高い強度を必要とする用途には適していない可能性があります。 - 温度感度：高温での性能が劣化する可能性があり、高温環境での使用が制限されます。 歴史的に、DX51Dは軽量構造の開発において重要な役割を果たしてきました。特に自動車セクターでは、燃費効率のために重さの削減が重要です。 別名、規格、および同等物 標準組織 指定/グレード 出身国/地域 ノート/備考 EN DX51D ヨーロッパ ASTM A653の最も近い同等品 ASTM A653 アメリカ 微小な成分の違い...

  • デュアルフェーズ鋼：特性と主要な用途

    二相鋼（DP鋼）は、その独特の微細構造によって特徴づけられる高度な高強度鋼の一種であり、柔らかいフェライト相と硬いマルテンサイト相の混合から成り立っています。この組み合わせは、強度、延性、および成形性の優れたバランスを提供し、二相鋼は特に自動車および構造用途に適しています。二相鋼における主な合金元素は通常、炭素、マンガン、およびシリコンを含み、これらは材料の機械的特性および全体的な性能を向上させる上で重要な役割を果たします。 包括的な概要 二相鋼は低合金鋼に分類され、制御された加工技術を通じて二相微細構造を達成するように特別に設計されています。主な合金元素は次の通りです： 炭素（C）: 固溶体強化とマルテンサイトの形成を通じて強度と硬度を向上させます。 マンガン（Mn）: 硬化能力を向上させ、マルテンサイト相の形成に寄与します。 シリコン（Si）: 脱酸剤として機能し、フェライト相の強度を改善することができます。 二相鋼の最も重要な特性は次の通りです： 高い強度対重量比: 相の組み合わせにより、高い引張強度を維持しながら軽量性を確保します。 優れた延性: フェライト相は良好な伸びと成形性を提供し、複雑な形状に適しています。 優れた疲労抵抗性: 微細構造はストレスを分散させ、疲労性能を向上させます。 利点: - エネルギー吸収能力による自動車用途での衝突安全性の向上。 - 複雑な形状を製造するための成形性の向上。 - 高い強度により薄い断面が可能になり、重量および材料コストを削減します。 制限事項: - マルテンサイトの存在により、他の鋼種と比較して溶接性が限定されています。 - 適切に処理されない場合、低温での靭性が低下する可能性があります。 二相鋼は自動車産業で非常に重要な役割を果たしており、特にシャシーやボディ構造のような高強度および安全性を必要とするコンポーネントに使用されています。その歴史的な重要性は、安全性を損なうことのない軽量材料への需要に応じて開発されたことにあります。 代替名、規格、及び同等品...

    デュアルフェーズ鋼：特性と主要な用途

    二相鋼（DP鋼）は、その独特の微細構造によって特徴づけられる高度な高強度鋼の一種であり、柔らかいフェライト相と硬いマルテンサイト相の混合から成り立っています。この組み合わせは、強度、延性、および成形性の優れたバランスを提供し、二相鋼は特に自動車および構造用途に適しています。二相鋼における主な合金元素は通常、炭素、マンガン、およびシリコンを含み、これらは材料の機械的特性および全体的な性能を向上させる上で重要な役割を果たします。 包括的な概要 二相鋼は低合金鋼に分類され、制御された加工技術を通じて二相微細構造を達成するように特別に設計されています。主な合金元素は次の通りです： 炭素（C）: 固溶体強化とマルテンサイトの形成を通じて強度と硬度を向上させます。 マンガン（Mn）: 硬化能力を向上させ、マルテンサイト相の形成に寄与します。 シリコン（Si）: 脱酸剤として機能し、フェライト相の強度を改善することができます。 二相鋼の最も重要な特性は次の通りです： 高い強度対重量比: 相の組み合わせにより、高い引張強度を維持しながら軽量性を確保します。 優れた延性: フェライト相は良好な伸びと成形性を提供し、複雑な形状に適しています。 優れた疲労抵抗性: 微細構造はストレスを分散させ、疲労性能を向上させます。 利点: - エネルギー吸収能力による自動車用途での衝突安全性の向上。 - 複雑な形状を製造するための成形性の向上。 - 高い強度により薄い断面が可能になり、重量および材料コストを削減します。 制限事項: - マルテンサイトの存在により、他の鋼種と比較して溶接性が限定されています。 - 適切に処理されない場合、低温での靭性が低下する可能性があります。 二相鋼は自動車産業で非常に重要な役割を果たしており、特にシャシーやボディ構造のような高強度および安全性を必要とするコンポーネントに使用されています。その歴史的な重要性は、安全性を損なうことのない軽量材料への需要に応じて開発されたことにあります。 代替名、規格、及び同等品...

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