420J2ステンレス鋼:特性と主な用途

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420J2ステンレス鋼は、その優れた硬度と耐摩耗性で知られるマルテンサイト系ステンレス鋼グレードです。マルテンサイト系ステンレス鋼のカテゴリーに分類され、主にクロムを主要な合金元素として含み、これが耐食性と硬度に寄与しています。420J2の典型的な組成は、約12-14%のクロムを含み、さらに炭素、マンガン、シリコン、ニッケルの少量が含まれており、これらが機械的特性や全体的な性能を向上させています。

包括的概要

420J2ステンレス鋼は、高い硬度と中程度の耐食性が特徴で、耐摩耗性と強度が要求される用途に適しています。そのマルテンサイト構造により、高硬度レベルを達成するための熱処理が可能で、耐久性が重要な用途において大きな利点となります。

利点:
- 高い硬度:熱処理によって高い硬度を達成する能力があり、切削工具や耐摩耗性アプリケーションに最適です。
- 良好な耐摩耗性:摩擦や摩耗が頻繁に発生するアプリケーションで有益です。
- 中程度の耐食性:オーステナイト系ステンレス鋼ほど腐食耐性はありませんが、多くの腐食環境に対して充分な保護を提供します。

制限:
- 低い靭性:オーステナイト系に比べて420J2は靭性が低く、特定の条件下で脆性を引き起こす可能性があります。
- 限られた溶接性:高炭素含有量により、溶接が難しく、特定の技術や充填材を必要とします。

歴史的に、420J2はナイフ、外科手術器具、硬度と中程度の耐食性の組み合わせが要求されるさまざまな産業用途の製造においてそのニッチを見出してきました。その市場地位は安定しており、切削性能と耐久性を重視する分野での一貫した需要があります。

代替名、基準、および同等品

基準組織 指定/グレード 原産国/地域 ノート/備考
UNS S42000 アメリカ 微小な組成の違いでAISI 420に最も近い同等品
AISI/SAE 420 アメリカ マルテンサイト系ステンレス鋼の一般的に使用される指定
ASTM A276 アメリカ ステンレス鋼バーおよび形状の標準仕様
EN 1.4021 ヨーロッパ 欧州基準における同等の指定
JIS SUS420J2 日本 類似特性を持つ日本の標準同等品
ISO 420J2 国際 国際標準の指定

これらの同等品の違いは、特定の機械的特性や耐食性に基づいて選択に影響を与える可能性があります。たとえば、UNS S42000とAISI 420はしばしば同等と見なされますが、炭素含有量の僅かな変動が硬度や靭性に影響を与えることがあります。

主な特性

化学組成

元素(記号と名称) 割合範囲(%)
C(炭素) 0.15 - 0.40
Cr(クロム) 12.0 - 14.0
Mn(マンガン) 0.50 - 1.00
Si(シリコン) 0.10 - 1.00
Ni(ニッケル) 0.50 max
P(リン) 0.04 max
S(硫黄) 0.03 max

420J2ステンレス鋼の主要な合金元素は、耐食性と硬度を高めるクロムと、熱処理によって硬度と強度を増加させる炭素です。マンガンとシリコンは全体的な機械的特性に寄与し、鋼の熱処理に対する応答を改善します。

機械的特性

特性 状態/テンパー 典型的な値/範囲(メートル法 - SI単位) 典型的な値/範囲(帝国単位) 試験方法の基準標準
引張強度 アニーリング 600 - 800 MPa 87 - 116 ksi ASTM E8
降伏強度(0.2%オフセット) アニーリング 400 - 600 MPa 58 - 87 ksi ASTM E8
伸び アニーリング 10 - 15% 10 - 15% ASTM E8
硬度(HRC) 焼入れおよびテンパー 50 - 55 HRC 50 - 55 HRC ASTM E18
衝撃強度 - 30 - 50 J 22 - 37 ft-lbf ASTM E23

420J2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アプリケーションに適しています。その引張強度と降伏強度は、重大な荷重に耐える能力を示しており、硬度の値は切削工具や耐摩耗部品への適合性を際立たせています。

物理的特性

特性 状態/温度 値(メートル法 - SI単位) 値(帝国単位)
密度 - 7.75 g/cm³ 0.28 lb/in³
融点/範囲 - 1450 - 1500 °C 2642 - 2732 °F
熱伝導率 20 °C 25 W/m·K 17.3 BTU·in/(hr·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 0.74 µΩ·in

420J2ステンレス鋼の密度はその重量を示し、重量削減が重要なアプリケーションにおいて考慮すべき要因です。融点は高温用途に対する適合性を示し、熱伝導率と比熱容量は熱管理を含むアプリケーションにおいて重要です。

耐食性

腐食物質 濃度(%) 温度(°C/°F) 耐性評価 ノート
塩化物 3-10 20-60 / 68-140 普通 ピッティング腐食のリスク
硫酸 10-30 20-40 / 68-104 悪い 推奨されません
酢酸 5-20 20-60 / 68-140 良好 中程度の耐性
海水 - 20-30 / 68-86 普通 局所腐食に対して感受性があります

420J2ステンレス鋼は、さまざまな腐食環境に対して中程度の耐性を示します。低濃度の塩化物や有機酸の環境では十分に機能しますが、高塩化物濃度のようなより攻撃的な条件下では、ピッティングや隙間腐食に対して感受性があります。オーステナイト系の304や316と比較すると、420J2は特に塩化物が豊富な環境での耐食性が低いです。

耐熱性

特性/制限 温度(°C) 温度(°F) 備考
最大連続使用温度 400 752 間欠的使用に適しています
最大間欠使用温度 600 1112 高温での酸化抵抗が限られています
スケーリング温度 600 1112 この温度以上でのスケーリングのリスク

高温では、420J2ステンレス鋼はその強度を維持しますが、酸化やスケーリングを経験する可能性があり、高温アプリケーションにおける性能に影響を与えることがあります。最大連続使用温度は、この限界を超えないアプリケーションに対する適合性を示しています。

加工特性

溶接性

溶接プロセス 推奨充填金属(AWS分類) 典型的なシールドガス/フラックス ノート
TIG ER420 アルゴン 予熱が推奨されます
MIG ER420 アルゴン ポスト溶接処理が必要です
スティック E420 - ひび割れのリスクのため制限があります

420J2ステンレス鋼の溶接は、その高炭素含有量により困難であり、ひび割れを引き起こす可能性があります。これらの問題を軽減し、溶接の完全性を確保するために、予熱とポスト溶接熱処理が必要となることがよくあります。

切削性

切削パラメータ 420J2ステンレス鋼 AISI 1212 ノート/ヒント
相対切削性指数 40 100 中程度の切削性
典型的な切削速度(旋盤) 30-50 m/min 80-120 m/min 最適な結果を得るためにカーバイド工具を使用してください

420J2の切削は、切削速度や工具を慎重に考慮する必要があります。中程度の切削性を持ちますが、適切な工具や技術を使用することで性能を向上させ、工具の摩耗を減少させることができます。

成形性

420J2ステンレス鋼は、その高い硬度と強度のために成形性が限られています。冷間成形は可能ですが、かなりの力が必要となることがあります。熱間成形はより実行しやすいですが、作業硬化効果も成形プロセスを複雑化する可能性があり、曲げ半径やその他のパラメータの慎重な制御が必要です。

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 主目的 / 期待される結果
アニーリング 800-900 / 1472-1652 1-2時間 空気 硬度を下げ、延性を改善します
焼入れ 1000-1100 / 1832-2012 30分 オイルまたは水 高硬度を達成します
テンパリング 200-300 / 392-572 1時間 空気 脆性を減少させ、靭性を向上させます

熱処理プロセスは、420J2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。焼入れは硬度を増加させ、テンパリングは脆性を減少させ、さまざまな用途に適した特性を持たせます。

典型的なアプリケーションと最終用途

産業/セクター 特定のアプリケーション例 このアプリケーションで利用される主要な鋼の特性 選択理由(簡潔)
刃物 キッチンナイフ 高い硬度、耐摩耗性 切削性能に不可欠
医療器具 外科用ツール 耐食性、硬度 耐久性と衛生のために必要
自動車 エンジン部品 強度、耐摩耗性 性能と長寿命にとって重要
石油とガス バルブ部品 耐食性、強度 過酷な環境で必要

420J2ステンレス鋼は、高い硬度と中程度の耐食性を必要とするアプリケーションで一般的に使用されます。その刃物や外科器具での使用は、鋭い刃を維持し、摩耗に耐える能力を強調しています。また、自動車および石油・ガス産業での応用は、その強度と耐久性を際立たせています。

重要な考慮事項、選択基準、さらなる洞察

特性/特性 420J2ステンレス鋼 AISI 440C AISI 304 簡潔な利点/欠点またはトレードオフノート
主要な機械的特性 高い硬度 より高い硬度 低い硬度 440Cはより優れた硬度を提供しますが、靭性は低くなります
主要な耐食性の側面 中程度の耐性 塩化物に対して悪い 優れている 304は腐食環境では優れています
溶接性 限られた 限られた 良好 304は溶接が簡単です
切削性 中程度 悪い 良好 304は加工が容易です
成形性 限られた 限られた 良好 304はより優れた成形性を提供します
おおよその相対コスト 中程度 高い 低い 304はコスト効率が良いことが多いです
典型的な入手可能性 一般的 あまり一般的でない 非常に一般的 304は広く入手可能です

420J2ステンレス鋼を選択する際には、コスト、入手可能性、特定のアプリケーション要件などが重要な考慮事項となります。優れた硬度と耐摩耗性を提供する一方で、溶接性や成形性における制限は、AISI 440CやAISI 304などの代替グレードと比較して慎重な評価を必要とする場合があります。これにより、アプリケーションに応じてより良い耐食性や加工性を提供する可能性があります。

結論として、420J2ステンレス鋼は、さまざまな要求の厳しいアプリケーションに適したユニークな特性の組み合わせを持つ多目的材料です。その特性、利点、および制限を理解することは、エンジニアやデザイナーが適切な材料選択を行うために不可欠です。

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