50 KSI鋼:特性と主要な用途
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50 KSI鋼は、主に中炭素合金鋼として分類される高強度鋼グレードです。50,000 psi(約345 MPa)の降伏強度を有し、強度と耐久性が重要なさまざまな構造用途に適しています。50 KSI鋼の主な合金元素には、炭素(C)、マンガン(Mn)、シリコン(Si)が含まれ、各元素は鋼の機械的特性と全体的な性能に寄与します。
包括的な概要
50 KSI鋼は、強度、靭性、および溶接性のバランスを必要とする用途向けに設計されています。炭素が硬度と強度を高め、マンガンが硬化性と引張強度を向上させます。シリコンは脱酸剤として働き、鋼の全体的な強度に貢献します。
50 KSI鋼の最も重要な特性には、高い降伏強度、良好な延性、および優れた溶接性が含まれます。これらの特性により、建設、自動車、製造業界での好ましい選択肢となります。
利点:
- 高強度: 50 KSIの降伏強度により、構造用途での薄いセクションを可能にし、重量と材料コストを削減します。
- 良好な延性: この鋼は破断せずに変形に耐えることができ、さまざまな成形プロセスに適しています。
- 溶接性: 標準技術を使用して簡単に溶接でき、建設や製造にとって重要です。
制限:
- 耐腐食性: ステンレス鋼と比較して、50 KSI鋼は腐食に対する抵抗が限られており、特定の環境では保護コーティングが必要です。
- 熱処理感受性: 適切に熱処理されていない場合、機械的特性に悪影響を及ぼす可能性があります。
歴史的に、50 KSI鋼は橋や建物、重機の建設に広く使用されており、現代のエンジニアリング応用における重要性を反映しています。
代替名、標準、および同等物
標準団体 | 指定/グレード | 原産国/地域 | 備考/注記 |
---|---|---|---|
UNS | G10400 | 米国 | AISI 1040に最も近い同等物 |
AISI/SAE | 1040 | 米国 | 注意すべき小さな組成の違い |
ASTM | A572グレード50 | 米国 | 構造用鋼の用途に使用される |
EN | S355 | ヨーロッパ | 類似の降伏強度だが、化学組成が異なる |
JIS | SM490 | 日本 | 比較可能な特性で、建設でよく使用される |
ISO | 50KSI | 国際 | 降伏強度の標準指定 |
これらのグレードの違いは、化学組成や特定の機械的特性にあり、特定の用途における性能に影響を及ぼす可能性があります。たとえば、A572グレード50とS355は類似の降伏強度を持つが、合金元素は溶接性と耐腐食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) | 0.25 - 0.40 |
Mn(マンガン) | 0.60 - 0.90 |
Si(シリコン) | 0.15 - 0.40 |
P(リン) | ≤ 0.04 |
S(硫黄) | ≤ 0.05 |
50 KSI鋼における主要な合金元素の役割は次のとおりです:
- 炭素(C): 強度と硬度を増加させますが、過剰な量は延性を低下させる可能性があります。
- マンガン(Mn): 硬化性と引張強度を高め、鋼の全体的な靭性を改善します。
- シリコン(Si): 鋼製造時の脱酸剤として働き、強度に寄与します。
機械的特性
特性 | 条件/温度 | 一般的な値/範囲(メートル法 - SI単位) | 一般的な値/範囲(帝国単位) | 試験方法の参照標準 |
---|---|---|---|---|
降伏強度(0.2%オフセット) | アニーリング | 345 MPa | 50 ksi | ASTM E8 |
引張強度 | アニーリング | 450 - 620 MPa | 65 - 90 ksi | ASTM E8 |
延性 | アニーリング | 20% | 20% | ASTM E8 |
面積の減少 | アニーリング | 50% | 50% | ASTM E8 |
硬度(ブリネル) | アニーリング | 150 - 200 HB | 150 - 200 HB | ASTM E10 |
衝撃強度 | -40°C | 27 J | 20 ft-lbf | ASTM E23 |
これらの機械的特性の組み合わせにより、50 KSI鋼は高強度と良好な延性を必要とする用途、例えば構造ビームや動的荷重にさらされる部品に適しています。
物理特性
特性 | 条件/温度 | 値(メートル法 - SI単位) | 値(帝国単位) |
---|---|---|---|
密度 | 室温 | 7.85 g/cm³ | 0.284 lb/in³ |
融点 | - | 1425 - 1540 °C | 2600 - 2800 °F |
熱伝導率 | 室温 | 50 W/m·K | 34.5 BTU·in/(hr·ft²·°F) |
比熱容量 | 室温 | 0.49 kJ/kg·K | 0.12 BTU/lb·°F |
電気抵抗率 | 室温 | 0.0000017 Ω·m | 0.0000017 Ω·in |
50 KSI鋼の密度と融点の実用的意義は、重量制限と高温環境を含む用途にとって重要です。比較的高い融点は、高温にさらされる用途での使用を可能にし、その密度は構造物の全体的な重量に寄与します。
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% | 25 °C / 77 °F | 良好 | ピッティング腐食のリスク |
硫酸 | 10% | 20 °C / 68 °F | 不良 | 推奨されません |
大気 | - | - | 良好 | 保護コーティングが必要です |
50 KSI鋼は、特に大気条件下で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や応力腐食割れに対して感受性があり、保護措置なしでは海洋用途には適していません。304や316などのステンレス鋼と比較して、50 KSI鋼の耐腐食性は著しく低く、選択の際には環境要因を慎重に考慮する必要があります。
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 | 構造用途に適しています |
最大間欠使用温度 | 500 °C | 932 °F | 短期間の露出のみ |
スケーリング温度 | 600 °C | 1112 °F | 高温での酸化のリスク |
高温では、50 KSI鋼は強度を維持しますが、酸化やスケーリングが発生する可能性があります。高温にさらされる用途ではこれらの要因を考慮することが重要です。
加工特性
溶接性
溶接プロセス | 推奨する充填金属(AWS分類) | 一般的なシールドガス/フラックス | 備考 |
---|---|---|---|
SMAW | E7018 | アルゴン/CO2 | プリヒートを推奨 |
GMAW | ER70S-6 | アルゴン/CO2 | 薄いセクションに適している |
FCAW | E71T-1 | CO2 | 屋外作業に適している |
50 KSI鋼は一般的に標準技術を使用して溶接可能と考えられています。特に厚いセクションでは、亀裂のリスクを最小限に抑えるために事前加熱がしばしば推奨されます。溶接後の熱処理も、残留応力を緩和するために必要です。
切削性
加工パラメータ | 50 KSI鋼 | AISI 1212 | 備考/ヒント |
---|---|---|---|
相対加工性指数 | 60 | 100 | 中程度の加工性 |
典型的な切削速度(旋削) | 30 m/min (98 ft/min) | 50 m/min (164 ft/min) | 最良の結果を得るために carbide刃を使用 |
50 KSI鋼の切削性は中程度で、最適な結果を得るためには適切な工具と切削速度が必要です。工具の摩耗や切削操作中の冷却の必要性が課題となる場合があります。
成形性
50 KSI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、曲げ操作中に亀裂を引き起こす過度の加工硬化を避けるために注意が必要です。整合性を確保するために推奨される曲げ半径に従うべきです。
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 |
---|---|---|---|---|
アニーリング | 600 - 700 °C / 1112 - 1292 °F | 1 - 2時間 | 空気 | 硬度を減少させ、延性を改善 |
焼入れ | 800 - 900 °C / 1472 - 1652 °F | 30分 | 水/油 | 硬度を増加 |
テンパリング | 400 - 600 °C / 752 - 1112 °F | 1時間 | 空気 | 脆さを減少させ、靭性を改善 |
熱処理プロセスは、50 KSI鋼の微細構造と特性に大きく影響します。アニーリングは鋼を軟化させ、焼入れは硬度を増加させ、テンパリングは強度と延性のバランスを取ります。
一般的な用途と最終使用
業界/セクター | 特定の応用例 | この応用で利用される鋼の主要特性 | 選択の理由(簡潔に) |
---|---|---|---|
建設 | 構造ビーム | 高い降伏強度、良好な延性 | 荷重支持構造に不可欠 |
自動車 | シャーシ部品 | 高強度、溶接性 | 車両の耐久性と安全性 |
製造 | 重機フレーム | 靭性、衝撃耐性 | 重作業用途に必要 |
その他の用途には:
- 橋や高架道路
- 石油やガスのパイプライン
- 農業機器
50 KSI鋼は、厳しい条件に耐えるために必要な強度と耐久性を提供する優れた機械的特性により、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
特性/プロパティ | 50 KSI鋼 | A572グレード50 | S355 | 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 | 降伏強度 | 降伏強度 | 降伏強度 | 類似の強度だが、組成は異なる |
主要な腐食面 | 良好 | 良好 | 良好 | 50 KSIは腐食に対する抵抗が低い |
溶接性 | 良好 | 良好 | 良好 | 50 KSIは溶接性が優れている |
切削性 | 中程度 | 良好 | 中程度 | A572はより良く加工可能かもしれない |
成形性 | 良好 | 良好 | 良好 | すべてのグレードは類似の成形性を持つ |
おおよその相対コスト | 中程度 | 中程度 | 中程度 | コストは一般的に比較可能 |
典型的な入手可能性 | 一般的 | 一般的 | 一般的 | 市場で広く入手可能 |
50 KSI鋼を選択する際には、その機械的特性、耐腐食性、および加工特性を考慮する必要があります。強度と延性の良好なバランスを提供しますが、特定の環境での腐食感受性が保護措置を必要とする場合があります。さらに、コスト効率と入手可能性は、特定の用途に対して最適な性能を確保するために代替グレードと比較して評価する必要があります。
要約すると、50 KSI鋼はさまざまなエンジニアリング用途の要求を満たす多目的材料であり、建設および製造部門での貴重な選択肢となっています。