413 ステンレス鋼: 特性と主要な用途
共有
Table Of Content
Table Of Content
413ステンレス鋼はマルテンサイト系ステンレス鋼に分類され、高強度、中程度の耐食性、熱処理による硬化能力で知られています。413ステンレス鋼の主な合金元素には、耐食性と硬度を提供するクロム（Cr）と、靭性と延性を向上させるニッケル（Ni）が含まれています。典型的な組成には、強度と硬度に寄与する炭素（C）や、硬化性を改善するマンガン（Mn）も含まれています。
包括的な概要
413ステンレス鋼は、高い引張強度と良好な耐摩耗性という優れた機械的特性が特徴であり、耐久性と強度を必要とする用途に適しています。その固有の特性には次のものが含まれます：
- 高強度: マルテンサイト構造により、特に熱処理後に大きな硬度と強度を得ることができます。
- 中程度の耐食性: オーステナイト系グレードほどの耐食性はありませんが、413は大気中の腐食やいくつかの非強酸性化学物質に対して適度な耐性を提供します。
- 良好な加工性: 簡単に機械加工および溶接できますが、割れを避けるために注意が必要です。
利点（長所）:
- 高い強度対重量比があり、構造用途に理想的です。
- 希望の硬度レベルを達成するために熱処理が可能です。
- 他のステンレス鋼と比較して良好な機械加工性があります。
制限（短所）:
- オーステナイト系ステンレス鋼と比較して耐食性が低いです。
- 特定の環境で応力腐食割れに対して脆弱です。
- 脆性を避けるために慎重な熱処理が必要です。
歴史的に、413ステンレス鋼は、特に自動車および航空宇宙産業において、強度と重量が重要な要素であるさまざまなエンジニアリング用途で使用されてきました。その市場位置は確立されており、性能とコスト効率のバランスが取れています。
代替名、規格、同等品
| 標準機関 | 指定/グレード | 出身国/地域 | 注記/備考 |
|---|---|---|---|
| UNS | S41300 | アメリカ | AISI 413に最も近い同等品 |
| AISI/SAE | 413 | アメリカ | 一般的に使用される指定 |
| ASTM | A276 | アメリカ | ステンレス鋼棒の標準仕様 |
| EN | 1.4000 | ヨーロッパ | わずかな組成の違い |
| JIS | SUS 413 | 日本 | 類似の特性だが、組成が異なる場合がある |
これらの同等グレード間の違いは、耐食性や機械的特性など、特定のアプリケーション要件に基づいて選択に影響を与えることがあります。例えば、UNS S41300とAISI 413は密接に関連していますが、炭素含有量のわずかな変動が硬化性や靭性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） | 割合範囲（%） |
|---|---|
| C（炭素） | 0.10 - 0.15 |
| Cr（クロム） | 12.0 - 14.0 |
| Ni（ニッケル） | 0.50 - 1.00 |
| Mn（マンガン） | 0.50 - 1.00 |
| Si（シリコン） | 0.50 max |
| P（リン） | 0.04 max |
| S（硫黄） | 0.03 max |
413ステンレス鋼におけるクロムの主な役割は、耐食性と硬度を向上させることです。ニッケルは靭性と延性に寄与し、炭素は強度と硬度を増加させます。マンガンは硬化性を助け、鋼が熱処理を通じて望ましい機械的特性を達成できるようにします。
機械的特性
| 特性 | 条件/温度 | 典型値/範囲（メートル法 - SI単位） | 典型値/範囲（インペリアル単位） | 試験方法の参照標準 |
|---|---|---|---|---|
| 引張強度 | 焼なまし | 620 - 850 MPa | 90 - 123 ksi | ASTM E8 |
| 降伏強度（0.2%オフセット） | 焼なまし | 450 - 600 MPa | 65 - 87 ksi | ASTM E8 |
| 伸び | 焼なまし | 10 - 15% | 10 - 15% | ASTM E8 |
| 硬さ（ロックウェルC） | 焼なまし | 30 - 40 HRC | 30 - 40 HRC | ASTM E18 |
| 衝撃強度（シャルピー） | -196°C | 30 J | 22 ft-lbf | ASTM E23 |
高い引張強度と降伏強度の組み合わせにより、413ステンレス鋼は構造部品や機械部品など、大きな機械的負荷がかかる用途に適しています。また、高温環境でも強度を維持できるため、要求される環境でもその有用性が向上します。
物理的特性
| 特性 | 条件/温度 | 値（メートル法 - SI単位） | 値（インペリアル単位） |
|---|---|---|---|
| 密度 | - | 7.75 g/cm³ | 0.28 lb/in³ |
| 融点 | - | 1425 - 1540 °C | 2600 - 2800 °F |
| 熱伝導率 | 20 °C | 25 W/m·K | 14.5 BTU·in/h·ft²·°F |
| 比熱容量 | - | 500 J/kg·K | 0.12 BTU/lb·°F |
| 電気抵抗率 | - | 0.73 µΩ·m | 0.73 µΩ·in |
413ステンレス鋼の密度は、その強度と耐久性に寄与し、熱伝導率や比熱容量は熱転送を伴う用途にとって重要です。電気抵抗率は、ある種の電気的用途への適合性を示していますが、主に電気伝導性のために使用されているわけではありません。
耐食性
| 腐食性物質 | 濃度（%） | 温度（°C/°F） | 耐性評価 | 注記 |
|---|---|---|---|---|
| クロライド | 3% | 25 °C / 77 °F | 普通 | ピッティングのリスク |
| 硫酸 | 10% | 20 °C / 68 °F | 不良 | 推奨されません |
| 酢酸 | 5% | 25 °C / 77 °F | 良好 | 中程度の耐性 |
| 大気 | - | - | 良好 | 一般的な耐食性 |
413ステンレス鋼は、大気環境において中程度の耐食性を示します。しかし、クロライドが豊富な環境ではピッティング腐食に対して脆弱であり、硫酸のような強酸を伴う用途では避けるべきです。304や316のようなオーステナイト系グレードと比較すると、413は耐食性が低いですが、高い強度を提供します。
耐熱性
| 特性/限界 | 温度（°C） | 温度（°F） | 備考 |
|---|---|---|---|
| 最大連続使用温度 | 400 °C | 752 °F | 長期間の使用に適しています |
| 最大間欠的使用温度 | 600 °C | 1112 °F | 短期間の使用 |
| スケーリング温度 | 800 °C | 1472 °F | 高温での酸化のリスク |
高温では、413ステンレス鋼はその強度と硬度を維持しますが、長時間の曝露では酸化が発生する可能性があります。この材料の高温性能は、熱交換器や排気システムなどの用途に適しています。
加工性
溶接性
| 溶接プロセス | 推奨されるフィラー金属（AWS分類） | 典型的なシールドガス/フラックス | 注記 |
|---|---|---|---|
| TIG | ER413 | アルゴン | 前加熱の推奨 |
| MIG | ER413 | アルゴン/CO2混合 | 溶接後の熱処理が必要な場合があります |
413ステンレス鋼は標準的な技術を使用して溶接できますが、割れを避けるために前加熱を推奨することがよくあります。溶接後の熱処理は、ストレスを和らげ靭性を改善するのに役立ちます。
機械加工性
| 加工パラメータ | 413ステンレス鋼 | AISI 1212 | 注記/ヒント |
|---|---|---|---|
| 相対的機械加工性指数 | 70 | 100 | 中程度の加工性 |
| 典型的な切削速度（旋削） | 30 m/min | 50 m/min | 最良の結果を得るためにカーバイド工具を使用してください |
加工性は中程度であり、最適な結果を得るためには適切な工具と切削速度の使用が不可欠です。作業硬化や工具摩耗などの課題がある場合があります。
成形性
413ステンレス鋼は、その高強度による成形性の制限を示します。冷間成形は可能ですが、かなりの力が必要になる場合があり、熱間成形はより現実的です。この材料の作業硬化は、曲げ半径や成形プロセスに影響を与える可能性があります。
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 |
|---|---|---|---|---|
| 焼なまし | 800 - 900 °C / 1472 - 1652 °F | 1 - 2時間 | 空気または水 | 硬度を下げ、延性を改善する |
| 硬化 | 1000 - 1100 °C / 1832 - 2012 °F | 30分 | 油または空気 | 硬度と強度を上げる |
| テンパリング | 400 - 600 °C / 752 - 1112 °F | 1時間 | 空気 | 脆性を下げ、靭性を改善する |
熱処理プロセスは413ステンレス鋼の微細構造と特性に大きな影響を与えます。焼なましは材料を柔らかくし、硬化は強度を上げます。テンパリングは硬度と靭性のバランスを取るために重要です。
典型的な用途と最終的な使用
| 産業/セクター | 特定の応用例 | この応用で利用される主要な鋼の特性 | 選択の理由（簡潔に） |
|---|---|---|---|
| 自動車 | エンジン部品 | 高強度、耐摩耗性 | ストレス下での耐久性 |
| 航空宇宙 | 着陸装置 | 高強度対重量比 | 重要な構造的完全性 |
| 石油・ガス | ポンプシャフト | 耐食性、強度 | 過酷な環境での性能 |
| 工具製造 | 切削工具 | 硬度、耐摩耗性 | 長寿命と性能 |
その他の用途には：
- 海事ハードウェア: 中程度の耐食性のため。
- ファスナー: 強度が重要な場合。
- バルブおよび継手: さまざまな工業用のアプリケーションで。
413ステンレス鋼は、その強度、硬度、中程度の耐食性のユニークな組み合わせにより、要求される環境に適しているため、これらの用途に選ばれています。
重要な考慮事項、選択基準、およびさらなる洞察
| 特徴/特性 | 413ステンレス鋼 | AISI 304 | AISI 316 | 簡潔な利点/欠点またはトレードオフの注記 |
|---|---|---|---|---|
| 主要機械的特性 | 高強度 | 中程度 | 中程度 | 413は優れた強度を提供します |
| 主要な耐食性の側面 | 中程度 | 優れた | 優れた | 413は耐食性が劣ります |
| 溶接性 | 良好 | 優れた | 良好 | 413は前加熱が必要です |
| 機械加工性 | 中程度 | 良好 | 中程度 | 413は加工が難しいです |
| 成形性 | 限られた | 良好 | 良好 | 413は成形性が劣ります |
| 概算相対コスト | 中程度 | 高い | 高い | 413は強度のためにコスト効果が高いです |
| 典型的な入手可能性 | 一般的 | 一般的 | 一般的 | すべてのグレードは広く入手可能です |
413ステンレス鋼を選択する際の考慮事項には、コスト効率、入手可能性、および特定の応用要件が含まれます。そのユニークな特性により、強度が最重要視される用途に適している一方で、腐食耐性の制限は、攻撃的な腐食にさらされやすい環境では考慮する必要があります。
要約すると、413ステンレス鋼は強度、加工性、中程度の耐食性をバランスよく持ち、さまざまなエンジニアリングアプリケーションで人気のある選択肢です。