420B ステンレス鋼: 特性と主要な用途
共有
Table Of Content
Table Of Content
420Bステンレス鋼は、高強度と中程度の耐腐食性で知られるマルテンサイト系ステンレス鋼です。マルテンサイト系ファミリーに分類され、主にクロムを主要合金元素として含み、耐腐食性と硬度に寄与しています。典型的な成分には、約12-14%のクロム、炭素（約0.15-0.25%）と、マンガン、シリコン、およびリンの少量が含まれます。この組成により、420Bは硬度と靱性のバランスを達成し、さまざまな用途に適しています。
包括的な概要
420Bステンレス鋼は、熱処理によって硬化できる能力が特徴であり、これにより機械的特性が向上します。この鋼は優れた耐摩耗性を示し、高強度と中程度の耐腐食性が要求される用途でよく使用されます。その特性のユニークな組み合わせにより、切削工具、外科用器具、およびさまざまな産業部品の製造において特に価値があります。
420Bステンレス鋼の利点：
- 高硬度：熱処理後に高い硬度レベルを達成し、切削および耐摩耗性の用途に適しています。
- 中程度の耐腐食性：特に軽微な腐食環境において合理的な耐腐食性を提供します。
- 良好な機械的特性：高温でも強度と靱性を保持します。
420Bステンレス鋼の制限：
- オーステナイト系グレードと比較して低い耐腐食性：それなりの耐腐食性がありますが、304や316などのオーステナイト系ステンレス鋼と比べると耐腐食性は劣ります。
- 特定の条件での脆性：適切に熱処理されない場合や極限の条件にさらされると脆くなることがあります。
- 溶接が難しい：高い炭素含量のため、亀裂の原因となる可能性があるため、溶接は難しい場合があります。
歴史的に、420Bは高硬度と耐腐食性の組み合わせが要求される用途において、ステンレス鋼の発展において重要です。その市場地位は、摩耗に耐える工具や部品の製造に特化した産業で特に関連性を保っています。
代替名、規格、同等品
| 標準機関 | 指定/グレード | 発祥国/地域 | ノート/備考 |
|---|---|---|---|
| UNS | S42000 | アメリカ | AISI 420に最も近い同等品 |
| AISI/SAE | 420B | アメリカ | AISI 420に対する成分の小さな違い |
| ASTM | A276 | アメリカ | ステンレス鋼バーの標準仕様 |
| EN | 1.4021 | ヨーロッパ | AISI 420に若干の変動がある同等品 |
| JIS | SUS420J2 | 日本 | 異なる炭素含量で類似の特性 |
上記の表は、420Bステンレス鋼のさまざまな規格と同等品を示しています。特に、420BとAISI 420はしばしば同等と見なされますが、特定の炭素含量がアプリケーションでの性能に影響を与える可能性があります。たとえば、AISI 420は一般的に高い炭素含量を持ち、硬度を高めることができますが、延性にも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） | 割合範囲（%） |
|---|---|
| 炭素（C） | 0.15 - 0.25 |
| クロム（Cr） | 12.0 - 14.0 |
| マンガン（Mn） | 1.0 max |
| シリコン（Si） | 1.0 max |
| リン（P） | 0.04 max |
| 硫黄（S） | 0.03 max |
420Bステンレス鋼の主要合金元素は、耐腐食性と硬度を高めるクロムと、強度と耐摩耗性を向上させる炭素です。マンガンとシリコンは、靱性を改善し、製鋼時の脱酸を促進するための少量が含まれています。
機械的特性
| 特性 | 状態/テンパ | 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） | 試験方法の参照規格 |
|---|---|---|---|---|
| 引張強度 | 焼戻し | 600 - 800 MPa | 87 - 116 ksi | ASTM E8 |
| 降伏強度（0.2%オフセット） | 焼戻し | 400 - 600 MPa | 58 - 87 ksi | ASTM E8 |
| 伸び | 焼戻し | 12 - 20% | 12 - 20% | ASTM E8 |
| 硬度（ロックウェルC） | 焼戻し | 30 - 40 HRC | 30 - 40 HRC | ASTM E18 |
| 衝撃強度 | - | -20°Cで30 J | -4°Fで22 ft-lbf | ASTM E23 |
420Bステンレス鋼の機械的特性は、高強度と耐摩耗性が要求される用途に適しています。その引張強度と降伏強度は、かなりの荷重に耐えることができることを示し、その伸び率は延性が合理的であることを示唆しており、成形プロセスには不可欠です。
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 | - | 7.75 g/cm³ | 0.28 lb/in³ |
| 融点 | - | 1450 - 1510 °C | 2642 - 2750 °F |
| 熱伝導率 | 20 °C | 25 W/m·K | 14.5 BTU·in/h·ft²·°F |
| 比熱容量 | 20 °C | 500 J/kg·K | 0.12 BTU/lb·°F |
| 電気抵抗率 | 20 °C | 0.74 µΩ·m | 0.0000013 Ω·in |
| 熱膨張係数 | 20 - 100 °C | 16.5 µm/m·K | 9.2 µin/in·°F |
420Bステンレス鋼の密度は比較的重いことを示しており、これはマルテンサイト鋼に典型的です。融点は高温操作に関わる用途で重要です。熱伝導率と比熱容量は、熱を伝導できるが、他の材料と比べると効率はあまり良くないことを示唆しており、熱的な用途では考慮が必要です。
耐腐食性
| 腐食性物質 | 濃度（%） | 温度（°C/°F） | 耐性評価 | 備考 |
|---|---|---|---|---|
| 塩化物 | 3-10 | 20-60 / 68-140 | 良好 | ピッティング腐食のリスク |
| 硫酸 | 10-20 | 20-40 / 68-104 | 不良 | 推奨されません |
| 酢酸 | 5-10 | 20-40 / 68-104 | 良好 | 中程度の耐性 |
| 大気中 | - | - | 良好 | 乾燥した空気中で良好に機能します |
420Bステンレス鋼は、特に大気条件や希釈された酸に対して中程度の耐腐食性を示します。しかし、塩化物環境ではピッティングに対して敏感であり、これは海洋用途において重要な考慮事項となる可能性があります。316のようなオーステナイト系グレードと比較すると、420Bは高度に腐食性の環境には適さないかもしれません。
耐熱性
| 特性/制限 | 温度（°C） | 温度（°F） | 備考 |
|---|---|---|---|
| 最大連続使用温度 | 400 °C | 752 °F | 間欠運転に適しています |
| 最大間欠使用温度 | 600 °C | 1112 °F | 高温での酸化耐性が限られます |
| スケーリング温度 | 700 °C | 1292 °F | この温度を超えるとスケーリングのリスクがあります |
高温では、420Bステンレス鋼は強度を維持しますが、硬度と靱性を失う可能性があります。高温では酸化が発生する可能性があるため、熱にさらされる用途では注意が必要です。
加工特性
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 | 備考 |
|---|---|---|---|
| TIG | ER420 | アルゴン | 予熱を推奨 |
| MIG | ER420 | アルゴン + CO2 | 溶接後の熱処理が必要な場合があります |
420Bステンレス鋼の溶接は、高い炭素含量のために困難であり、亀裂の原因となる可能性があります。溶接前の予熱と溶接後の熱処理がこれらの問題を軽減するためにしばしば推奨されます。
加工性
| 加工パラメータ | 420Bステンレス鋼 | AISI 1212 | ノート/ヒント |
|---|---|---|---|
| 相対加工性指数 | 50 | 100 | 中程度の加工性 |
| 典型的な切削速度（旋削） | 30 m/min | 60 m/min | 最良の結果を得るためにカーバイド工具を使用する |
420Bステンレス鋼は中程度の加工性を持ち、適切な工具と切削速度を使用することで改善できます。効果的な加工のためにカーバイド工具を使用することが推奨されます。
成形性
420Bステンレス鋼は高強度と硬度のため、特に成形性が良いわけではありません。冷間成形は可能ですが、かなりの力が必要で、亀裂を避けるために注意が必要です。熱間成形はより実行可能で、材料の完全性を損なうことなくより良い成形を可能にします。
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 | 800 - 900 / 1472 - 1652 | 1 - 2時間 | 空冷 | 硬度を低下させ、延性を改善する |
| 硬化 | 1000 - 1100 / 1832 - 2012 | 30 - 60分 | 油冷却 | 硬度を高める |
| テンパリング | 200 - 600 / 392 - 1112 | 1時間 | 空冷 | 脆性を低下させ、靱性を向上させる |
熱処理プロセスは、420Bステンレス鋼の微細構造と特性に大きく影響します。硬化はマルテンサイト変態を通じて硬度を高め、テンパリングは脆性を低下させ、実用的な用途により適したものにします。
典型的な用途と最終製品
| 産業/セクター | 具体的な用途例 | この用途で利用される鋼の主要特性 | 選定理由（簡潔に） |
|---|---|---|---|
| 医療 | 外科用器具 | 高硬度、耐腐食性 | 耐久性と滅菌性 |
| 製造 | 切削工具 | 耐摩耗性、強度 | 使用時の長寿命 |
| 自動車 | バルブ部品 | 高強度、中程度の耐腐食性 | 応力下での性能 |
420Bステンレス鋼は、硬度と滅菌能力のため、外科用器具に医療分野で一般的に使用されています。製造業では、耐摩耗性が重要な切削工具に好まれています。
重要な考慮事項、選定基準、さらなる洞察
| 特徴/特性 | 420Bステンレス鋼 | AISI 440C | AISI 316 | 簡潔な長所/短所またはトレードオフノート |
|---|---|---|---|---|
| 主要機械的特性 | 高硬度 | より高い硬度 | 低い硬度 | 440Cはより良い耐摩耗性を提供します |
| 主要耐腐食特性 | 中程度の耐性 | 不良 | 優れています | 316は腐食環境に優れています |
| 溶接性 | 困難 | 難しい | 良好 | 316は溶接が容易です |
| 加工性 | 中程度 | 不良 | 良好 | 316は加工が容易です |
| 成形性 | 制限されている | 制限されている | 良好 | 316はより良い成形性を提供します |
| 概算の相対コスト | 中程度 | 高い | 中程度 | 440Cは一般的に高価です |
| 典型的な入手可能性 | 一般的 | それほど一般的ではない | 一般的 | 316が広く入手可能です |
420Bステンレス鋼を選定する際の考慮事項には、その機械的特性、耐腐食性、加工特性が含まれます。硬度と耐腐食性のバランスが良い一方で、440Cなどの代替品はより良い耐摩耗性を提供し、316は高度に腐食性の環境での使用が好まれる場合があります。コストと入手可能性は材料選択において重要な役割を果たし、420Bは多くの用途においてコスト効果の高い選択肢となります。