アロイ20ステンレス鋼：特性と主な用途

合金20、またはカーペンター20またはUNS N08020として知られるこの材料は、優れた耐腐食性を持つニッケル・クロム・モリブデン合金で、特に硫酸環境において適しています。オーステナイト系ステンレス鋼として分類され、高ニッケル含有量が特徴で、ピッティングやクレバス腐食に対する耐性が向上します。主な合金成分はニッケル（Ni）、クロム（Cr）、モリブデン（Mo）で、それぞれが合金の全体的な性能と耐久性に寄与しています。

包括的な概要

合金20は、腐食性環境に対する抵抗が重要な用途で主に使用されます。その成分には通常約20%のニッケル、20%のクロム、2-3%のモリブデンが含まれ、これらが組み合わさって様々な腐食性物質、特に硫酸に対する耐性を高めます。高いニッケル含有量はオーステナイト構造を安定させ、良好な延展性と靭性を確保し、クロムは酸化耐性を提供し、モリブデンはピッティングに対する耐性を向上させます。

利点：
- 耐腐食性：硫酸や他の腐食性環境に対して非常に優れた耐性。
- 延展性と靭性：低温でも良好な機械的特性を維持。
- 溶接性：ひび割れのリスクが少なく、さまざまな溶接プロセスに適しています。

制限事項：
- コスト：高いニッケル含有量は、標準的なステンレス鋼と比較して原材料費を増加させます。
- 加工硬化：加工硬化特性のため、機械加工が難しい場合があります。

合金20は、化学処理、製薬、食品製造などの産業で重要な市場シェアを持ち、その耐腐食性が非常に重要です。歴史的に、攻撃的な化学物質を含む用途で好まれる選択肢となり、材料科学の分野で基盤となる存在です。

別名、規格、および同等品

規格組織	指定/グレード	原産国/地域	備考/コメント
UNS	N08020	アメリカ	AISI 316Lに最も近いが、硫酸に対する耐性が優れています。
ASTM	A387 Gr. 20	アメリカ	腐食環境での圧力容器に使用。
EN	2.4660	ヨーロッパ	似た特性を持つが、成分に若干の違いがある場合があります。
JIS	G 4305	日本	SUS 316Lと同等で、耐腐食性が向上しています。

合金20とその同等品の違いは、特定の成分と特定の環境での性能の結果にしばしばあります。例えば、AISI 316Lは良好な耐腐食性を提供しますが、合金20は硫酸での優れた性能を特に考慮して設計されているため、特定の用途にはより良い選択肢となります。

主要特性

化学成分

元素（記号）	百分率範囲（%）
ニッケル（Ni）	19.0 - 21.0
クロム（Cr）	19.0 - 21.0
モリブデン（Mo）	2.0 - 3.0
鉄（Fe）	バランス
炭素（C）	≤ 0.03
マンガン（Mn）	≤ 2.0
シリコン（Si）	≤ 1.0
リン（P）	≤ 0.045
硫黄（S）	≤ 0.030

合金20におけるニッケルの主要な役割は、その耐腐食性を高め、オーステナイト構造を安定させることです。一方、クロムは酸化耐性に寄与し、モリブデンはピッティングやクレバス腐食に対する耐性を特に高めます。これにより合金20は過酷な化学環境に適しています。

機械的特性

特性	状態	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）	参照規格
引張強さ	焼きなまし	620 - 750 MPa	90 - 110 ksi	ASTM E8
降伏強度（0.2%オフセット）	焼きなまし	310 - 450 MPa	45 - 65 ksi	ASTM E8
延伸率	焼きなまし	40 - 50%	40 - 50%	ASTM E8
硬度（ロックウェルB)	焼きなまし	85 - 95 HRB	85 - 95 HRB	ASTM E18
衝撃強さ（シャルピー）	-20°C	40 J	30 ft-lbf	ASTM E23

高い引張強さと降伏強度に加え、良好な延伸率を持つため、合金20は強度と延展性の両方を求められる用途に適しています。低温での衝撃強さは、寒冷環境での信頼性を確保し、さまざまなエンジニアリング用途に適した選択肢となります。

物理特性

特性	状態/温度	値（メトリック）	値（インペリアル）
密度	室温	8.0 g/cm³	0.289 lb/in³
融点	-	1370 - 1400 °C	2500 - 2550 °F
熱伝導率	室温	14 W/m·K	81 BTU·in/ft²·h·°F
比熱容量	室温	500 J/kg·K	0.12 BTU/lb·°F
電気抵抗率	室温	0.7 µΩ·m	0.7 µΩ·in

合金20の密度はその質量の大きさを示し、耐久性が求められる用途に有利です。熱伝導率は中程度で、過度な熱損失なしに熱的な用途に適しています。比熱容量は、急激な温度変化なしに significant な熱を吸収する能力を示しており、熱処理環境に利点があります。

耐腐食性

腐食因子	濃度（%）	温度（°C）	耐性評価	備考
硫酸	0 - 98	20 - 60	優れた	非常に耐性があり、最小限のピッティング。
塩素化合物	0 - 10	20 - 50	良好	高濃度でピッティングのリスクあり。
酢酸	0 - 100	20 - 80	良好	一般的に耐性があるが、高温での注意が推奨。
海水	-	常温	普通	局所的な腐食を受けやすい。

合金20は硫酸に対して優れた耐性を示し、化学処理用途に理想的です。しかし、塩素が豊富な環境、特に高温では局所的な腐食に対して感受性があることに注意が必要です。AISI 316Lなどのグレードと比較して、合金20は酸性条件で優れた性能を発揮しますが、アルカリ性環境では効果が薄れる場合があります。

耐熱性

特性/制限	温度（°C）	温度（°F）	備考
最大連続運転温度	400 °C	752 °F	この温度での連続運転に適しています。
最大間欠運転温度	450 °C	842 °F	間欠的により高温に耐えることができます。
スケーリング温度	600 °C	1112 °F	この温度以上でスケーリングのリスクがあります。

高温条件下でも、合金20は機械的特性と耐腐食性を維持し、熱を伴う用途に適しています。しかし、400 °Cを超える温度に長期間さらされることはスケーリングや特性の劣化を引き起こす可能性があるため注意が必要です。

加工特性

溶接性

溶接プロセス	推奨フィラー金属（AWS分類）	典型的なシールドガス/フラックス	備考
TIG	ERNiCr-3	アルゴン	薄いセクションに対して優れています。
MIG	ERNiCrMo-3	アルゴン + CO2	厚いセクションに適しています。
SMAW	E NiCrFe-3	-	フィールド用途に適しています。

合金20は高い溶接性を持ち、溶接プロセス中のひび割れのリスクが最小限です。事前加熱は通常必要ありませんが、溶接後の熱処理は溶接部の特性を向上させることができます。適切なフィラー金属を選定することは、適合性と性能を保証するために重要です。

機械加工性

加工パラメータ	合金20	AISI 1212	備考/ヒント
相対加工性指数	30%	100%	合金20は機械加工がより難しいです。
典型的な切削速度（旋盤）	30 m/min	60 m/min	鋭い工具と適切な送りを使用하십시오。

合金20はその加工硬化特性により、炭素鋼よりも加工が難しい場合があります。工具の摩耗を最小限に抑え、所望の表面仕上げを達成するためには、鋭い工具と適切な切削速度を使用することが推奨されます。

成形性

合金20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。重要なひび割れのリスクなしに曲げや形状変更が可能ですが、過度な加工硬化を避けるために注意が必要です。特に冷間成形用途では、推奨された曲げ半径を遵守すべきです。

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
固溶化焼鈍	1000 - 1100 °C / 1832 - 2012 °F	30分	空気	炭化物を溶解させ、耐腐食性を高めます。
ストレスリリーフ	400 - 600 °C / 752 - 1112 °F	1時間	空気	残留応力を減少させます。

固溶化焼鈍などの熱処理プロセスは、合金20の微細構造を最適化するために重要です。このプロセスは炭化物を溶解させ、合金の耐腐食性を高めるのに役立ち、厳しい環境での最適な性能を確保します。

典型的な用途と最終使用

産業/セクター	具体的な応用例	この応用で利用される主要な鋼の特性	選定理由
化学処理	硫酸用の貯蔵タンク	耐腐食性、強度	攻撃的な化学物質を取り扱うために不可欠です。
製薬	医薬品製造の設備	清浄性、耐腐食性	製品の純度と安全性を確保します。
食品処理	処理設備	耐腐食性、衛生	厳しい健康規則に適合します。

他の用途には:
- 石油とガス：腐食環境にさらされる構成部品。
- パルプと紙：酸性パルピングプロセスを扱う設備。
- 海洋用途：海水環境における構成部品。

合金20は、他のステンレス鋼が失敗する可能性のある環境での優れた耐腐食性により、これらの用途に選択されています。

重要な考慮事項、選択基準、およびさらなる洞察

機能/特性	合金20	AISI 316L	ハステロイC-276	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	高強度	中程度の強度	高強度	合金20は強度と耐腐食性のバランスを提供します。
主要な腐食面	酸に対して優れた	一般的に良好	厳しい環境において優れた	合金20は硫酸で劣りますが、ハステロイは極端な条件に強いです。
溶接性	良好	優れた	良好	合金20はさまざまな溶接プロセスに適しています。
加工性	中程度	良好	不良	合金20は316Lよりも機械加工が困難です。
相対的なコストの概算	高い	中程度	非常に高い	コストの考慮はプロジェクト予算において重要です。
典型的な入手可能性	中程度	高い	低い	合金20は316Lと比較してリードタイムが長くなる可能性があります。

合金20を選定する際には、コスト、入手可能性、および特定の用途要件などが重要です。そのユニークな特性は特に腐食性環境における特殊な用途に適しており、標準的なステンレス鋼との比較ではその高コストが性能ニーズによって正当化される必要があります。

要約すると、合金20は特に硫酸環境において優れた耐腐食性を必要とする用途に非常に効果的な多用途材料です。その機械的特性、溶接性、成形性により、多くの産業において好まれる選択肢となっていますが、高コストや加工上の課題が存在します。