A513鋼:機械チューブにおける特性と主要な用途

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A513鋼は、主に機械鋼管用途に使用される低炭素鋼のグレードです。 ASTM A513規格に分類され、冷間成形および溶接された構造用途に設計されています。 A513鋼の主要合金元素には炭素、マンガン、微量のリンおよび硫黄が含まれ、これらが物理的特性と溶接性に影響を与えます。

総合的な概要

A513鋼は、その優れた溶接性、成形性、強度に特徴付けられ、自動車、建設、製造業のさまざまな用途に適しています。低炭素含有量(通常0.05%から0.25%)により良好な延性と靭性が得られ、マンガンの添加により硬化性と強度が向上します。

A513鋼の利点:
- 溶接性:A513鋼は、構造用途において重要なさまざまな方法で容易に溶接できます。
- 成形性:鋼の低炭素含有量により、複雑なデザインに最適で、形状を作成するのが簡単です。
- コスト効果:A513は、一般的に高合金鋼よりも手頃で、性能とコストの良いバランスを提供します。

A513鋼の制限:
- 耐腐食性:ステンレス鋼と比較して、A513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となる場合があります。
- 強度の制限:多くの用途に対して良好な強度を提供しますが、より高強度の合金が要求される高ストレス環境には適さない場合があります。

歴史的に、A513鋼は機械鋼管の製造において重要な材料であり、産業が進化するにつれてその用途は拡大しています。その市場での位置付けは、その多用途性とさまざまな工学的用途への適応性のため、強固です。

別名、規格、および同等品

規格機関 名称/グレード 国/地域の起源 備考/コメント
UNS K02001 USA AISI 1020に最も近い同等品
ASTM A513 USA 機械鋼管の規格
AISI/SAE 1020 USA 軽微な組成の違い
EN S235JR ヨーロッパ 類似の機械的特性
JIS STKM11A 日本 機械鋼管向けの同等品

上記の表は、A513鋼に対するさまざまな規格と同等品を示しています。特に、AISI 1020はしばしば同等と見なされますが、特定の用途での性能に影響を与える微妙に異なる機械的特性を持っている可能性があります。たとえば、A513は機械鋼管のために特に調整されているのに対し、AISI 1020は一般用鋼です。

主要な特性

化学組成

元素(記号と名称) 割合範囲(%)
C(炭素) 0.05 - 0.25
Mn(マンガン) 0.30 - 0.90
P(リン) ≤ 0.04
S(硫黄) ≤ 0.05

A513鋼における炭素の主な役割は、強度と硬度を向上させることです。一方、マンガンは硬化性と靭性を向上させる役割を果たします。リンと硫黄は延性や溶接性に悪影響を及ぼさないよう、最小限の量が含まれています。

機械的特性

特性 状態/状態 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) テスト方法の参照規格
引張強度 焼ならし 310 - 450 MPa 45 - 65 ksi ASTM E8
降伏強度(0.2%オフセット) 焼ならし 205 - 310 MPa 30 - 45 ksi ASTM E8
伸び 焼ならし 20 - 30% 20 - 30% ASTM E8
硬度(ブリネル) 焼ならし 120 - 160 HB 120 - 160 HB ASTM E10
衝撃強度(シャルピー) -40°C 27 J 20 ft-lbf ASTM E23

A513鋼の機械的特性は、適度な強度と良好な延性を必要とする用途に適しています。その引張強度と降伏強度は多くの構造用途に十分であり、伸びは優れた成形性を示しています。低温での衝撃強度は、A513が寒冷環境でも良好に機能することを示唆しています。

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 - 1425 - 1540 °C 2600 - 2800 °F
熱伝導率 20°C 50 W/m·K 34.5 BTU·in/h·ft²·°F
比熱容量 - 0.49 kJ/kg·K 0.12 BTU/lb·°F

A513鋼の密度は、構造鋼に典型的な比較的重い材料であることを示しています。融点範囲はさまざまな加工プロセスに適しており、熱伝導率は熱負荷を伴う用途において熱を効果的に放散できることを示唆しています。

耐腐食性

腐食性物質 濃度(%) 温度(°C/°F) 耐性評価 備考
大気 - - 普通 錆にかかりやすい
塩化物 - 20°C/68°F 不良 ピッティング腐食のリスク
- 25°C/77°F 不良 推奨されない
アルカリ溶液 - 25°C/77°F 普通 限られた抵抗

A513鋼は大気条件下で中程度の耐腐食性を示しますが、塩化物環境では錆やピッティングに対して感受性が高く、保護コーティングなしで海洋用途には適さない場合があります。ステンレス鋼と比較して、A513の耐腐食性は著しく低く、過酷な環境にさらされる用途では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 中程度の熱に適している
最大間欠使用温度 450°C 842°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

A513鋼は中程度の温度に耐えることができ、極端な熱を伴わない用途に適しています。しかし、温度が上昇すると酸化が発生する可能性があり、時間とともに材料の完全性が損なわれる可能性があります。

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 備考
MIG溶接 ER70S-6 アルゴン + CO2混合 薄い部品に適している
TIG溶接 ER70S-2 アルゴン クリーンな溶接、低ひずみ
棒溶接 E7018 - 厚い部分には予熱が必要

A513鋼は非常に溶接しやすく、さまざまな溶接プロセスに適しています。割れを防ぐために厚い部分には予熱が必要な場合があります。充填金属の選択は溶接の品質に大きく影響することがあり、ER70S-6はその互換性と強度のためにMIG溶接で一般的に使用されます。

加工性

加工パラメータ A513鋼 AISI 1212 備考/ヒント
相対加工性指数 70 100 A513は中程度の加工性
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鋭利な工具を使用

A513鋼の加工性は中程度であり、適切な工具と切削条件を整えることで改善できます。最適な結果を得るためには、鋭利な工具と適切な切削速度を使用することが不可欠です。

成形性

A513鋼は優れた成形性を示し、冷間および熱間成形プロセスを可能にします。低炭素含有量により、ひび割れなく複雑な形状に成形できる能力が向上します。材料は約1.5倍の厚さの最小曲げ半径で曲げることができ、さまざまな構造用途に適しています。

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
焼きなまし 600 - 700 °C / 1112 - 1292 °F 1 - 2時間 空気 延性を改善し、硬度を低下させる
正規化 850 - 900 °C / 1562 - 1652 °F 1 - 2時間 空気 粒構造を精製する
焼入れおよび焼もどし 800 - 900 °C / 1472 - 1652 °F 1時間 油または水 強度と硬度を高める

焼きなましや正規化などの熱処理プロセスは、A513鋼の微細構造を大きく変化させ、その機械的特性を向上させることができます。焼きなましは延性を改善し、正規化は粒構造を精製し、靭性と強度を向上させます。

典型的な用途と最終用途

業界/部門 特定の用途例 この用途で利用される主要な鋼の特性 選択理由(簡潔に)
自動車 シャシー部品 高強度、良好な溶接性 構造的完全性
建設 足場システム 成形性、コスト対効果 軽量でありながら強い
製造 コンベヤーシステム 耐久性、加工の容易さ 長いサービスライフ

A513鋼は、自動車や建設業界で広く使用されており、その好ましい機械的特性とコスト効果により選ばれています。容易に溶接および成形できる能力は、さまざまな構造用途に対する好ましい選択となっています。

重要な考慮事項、選択基準、およびさらなる洞察

特性/特性 A513鋼 AISI 1020 S235JR プロ/コンまたはトレードオフに関する簡潔なメモ
主要な機械的特性 中程度の強度 中程度の強度 中程度の強度 類似の強度プロファイル
主要な腐食の側面 普通 普通 良好 S235JRは腐食抵抗が優れています
溶接性 優良 良好 良好 A513は溶接に好まれる
加工性 中程度 高い 中程度 AISI 1020は加工が容易です
成形性 優良 良好 良好 A513は非常に成形しやすい
おおよその相対コスト 低い 低い 中程度 構造用にコスト効果的
典型的な入手可能性 高い 高い 高い 市場で広く入手可能

A513鋼を選択する際には、コスト対効果、入手可能性、特定の機械的特性などの考慮事項が重要です。優れた溶接性と成形性を提供する一方で、他のグレード(例えばS235JR)と比較して耐腐食性が顕著な限界があります。これらのトレードオフを理解することは、エンジニアや設計者がプロジェクトのために材料を指定する際に不可欠です。

要約すると、A513鋼は強度、溶接性、コストのバランスがとれた多目的な材料であり、機械鋼管や構造用途に人気の選択肢となっています。その特性や性能特性は、最適な材料選択を確保するためにプロジェクト要件に対して慎重に評価されるべきです。

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