C70鋼：特性と主要な用途の概要
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C70鋼は中炭素鋼に分類され、主に鉄で構成されており、炭素含有量は約0.70%です。この鋼種は強度、硬度、および延性のバランスが取れていることで知られており、さまざまなエンジニアリング用途に適しています。C70鋼の主な合金元素は炭素であり、機械的特性に大きな影響を与えます。炭素の存在は鋼の硬度と強度を向上させる一方で、溶接性と切削性にも影響を与えます。
包括的概要
C70鋼は、さまざまな用途における性能を定義するいくつかの重要な特性を示します。強度と延性の良いバランスを持ち、機械的ストレスに耐えながらある程度の柔軟性を維持します。鋼の硬度は熱処理プロセスによって増加させることができ、耐摩耗性が求められる用途に適しています。
C70鋼の利点：
- 高い強度と硬度：炭素含有量により優れた引張強度と硬度を提供し、耐摩耗性が重要な用途に最適です。
- 汎用的な用途：C70鋼は、自動車、建設、製造などさまざまな産業で使用でき、その機械的特性が好ましいです。
- コスト効果：高合金鋼に比べて、C70は性能対コスト比が良好で、多くの用途に魅力的な選択肢です。
C70鋼の制限：
- 溶接の問題：炭素含有量が高いため、溶接において割れを避けるために特定の技術や充填材が必要です。
- 低い延性：良好な強度を持っていますが、C70鋼の延性は低炭素鋼よりも低く、広範な変形が必要な用途では使用が制限される可能性があります。
- 腐食抵抗：C70鋼は内在的な腐食抵抗を持っていないため、特定の環境では保護コーティングが必要です。
C70鋼は、スプリング、ボルト、および高強度と硬度が要求される他の部品の製造に広く使用されてきました。その市場の地位は、その汎用性とコスト効果のために依然として強いです。
別名、基準、同等品
| 規格団体 | 指定/等級 | 発祥国/地域 | 備考/コメント |
|---|---|---|---|
| UNS | C70 | アメリカ合衆国 | AISI 1070の最も近い同等品 |
| AISI/SAE | 1070 | アメリカ合衆国 | 類似の特性、軽微な組成の違い |
| ASTM | A108 | アメリカ合衆国 | 冷間仕上げ炭素鋼バーの標準仕様 |
| EN | C70 | ヨーロッパ | EN 10083-2 C70に相当 |
| DIN | 1.0503 | ドイツ | C70に比較可能で、組成にわずかな違いがある |
| JIS | S45C | 日本 | 異なる機械的特性を持つ類似の等級 |
| GB | Q345B | 中国 | 低炭素含有量、異なる用途 |
上記のテーブルはC70鋼のさまざまな基準と同等品を示しています。これらの等級は同等と見なされることがありますが、組成および機械的特性の微妙な違いが特定の用途での性能に大きく影響する可能性があることに注意が必要です。例えば、AISI 1070とC70は類似の特性を共有していますが、特定の熱処理および加工方法によって硬度や強度に変動が生じることがあります。
主要特性
化学組成
| 元素（記号と名称） | 割合範囲（%） |
|---|---|
| C（炭素） | 0.65 - 0.75 |
| 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 |
C70鋼の主な合金元素は炭素であり、硬度と強度を決定する上で重要な役割を果たします。マンガンは硬化性を高め、鋼の靭性を改善し、シリコンは製鋼過程での脱酸に寄与します。リンと硫黄の低レベルは、延性を維持し、脆さを防ぐために重要です。
機械的特性
| 特性 | 状態/温度 | 試験温度 | 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） | 試験方法の基準 |
|---|---|---|---|---|---|
| 引張強度 | アニーリング | 室温 | 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 | 室温 | 350 - 500 MPa | 51 - 73 ksi | ASTM E8 |
| 伸び | アニーリング | 室温 | 12 - 18% | 12 - 18% | ASTM E8 |
| 硬度（ロックウェルC） | アニーリング | 室温 | 20 - 30 HRC | 20 - 30 HRC | ASTM E18 |
| 衝撃強度 | シャルピーVノッチ | -20 °C | 20 - 30 J | 15 - 22 ft-lbf | ASTM E23 |
C70鋼の機械的特性は、高い強度と硬度を要求する用途に適しています。引張強度と降伏強度は重大な荷重に耐える能力を示し、伸びの割合はその延性を反映しています。硬度の値は、C70が耐摩耗性が不可欠な用途で効果的に使用できることを示唆しています。
物理特性
| 特性 | 状態/温度 | 値（メートル法） | 値（インペリアル） |
|---|---|---|---|
| 密度 | 室温 | 7.85 g/cm³ | 0.284 lb/in³ |
| 融点/範囲 | - | 1425 - 1540 °C | 2600 - 2800 °F |
| 熱伝導率 | 室温 | 50 W/m·K | 34.5 BTU·in/ft²·h·°F |
| 比熱容量 | 室温 | 0.46 kJ/kg·K | 0.11 BTU/lb·°F |
| 電気抵抗率 | 室温 | 0.0000017 Ω·m | 0.0000017 Ω·in |
C70鋼の物理特性は、さまざまな用途での性能において重要です。密度は、比較的重い材料であることを示し、安定性が求められる用途において利点となります。融点範囲は良好な熱安定性を示唆しており、熱伝導率は熱を放散する能力を示します。これは高温用途で重要です。
腐食抵抗
| 腐食性物質 | 濃度（%） | 温度（°C） | 耐性評価 | 注意事項 |
|---|---|---|---|---|
| 大気 | - | - | 普通 | 錆に弱い |
| 塩化物 | 3-5 | 25-60 | 不良 | ピッティングのリスク |
| 酸 | 10-20 | 20-40 | 不良 | 推奨されない |
| アルカリ性 | 5-10 | 20-40 | 普通 | 中程度の耐性 |
| 有機物 | - | - | 良好 | 一般的に耐性あり |
C70鋼は中程度の腐食抵抗を示し、特定の環境には適していますが、より過酷な条件では保護措置が必要です。大気条件下では錆に対する感受性があるため、保護コーティングや処理が必要です。塩化物が豊富な環境、例えば海洋用途では、C70鋼はピッティング腐食のリスクがあり、構造的完全性に大きく影響を与える可能性があります。
他の鋼種、例えばステンレス鋼（例：AISI 304）と比較すると、C70鋼の腐食抵抗は著しく劣ります。ステンレス鋼は、より広範な腐食性物質に対する抵抗力が強化されており、過酷な環境での用途により適しています。しかし、C70鋼のコスト効果と機械的特性は、腐食が少ない環境での選択肢になることがあります。
耐熱性
| 特性/制限 | 温度（°C） | 温度（°F） | 備考 |
|---|---|---|---|
| 最大連続使用温度 | 400 °C | 752 °F | 中程度の温度に適している |
| 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 | この温度を超えると酸化のリスクがある |
| クリープ強度の考慮 | 300 °C | 572 °F | 強度を失い始める |
C70鋼は高温でも機械的特性を維持するため、中程度の熱暴露を伴う用途に適しています。しかし、特定の温度制限を超えると、酸化やスケーリングのリスクが増加し、性能に影響を与える可能性があります。クリープ強度の考慮は、C70が高温に耐えられることを示していますが、長時間の露出は荷重下での変形を引き起こす可能性があります。
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 |
|---|---|---|---|
| MIG | ER70S-6 | アルゴン + CO2 | 予熱を推奨 |
| TIG | ER70S-2 | アルゴン | 慎重な管理が必要 |
| スティック | E7018 | - | 溶接後の熱処理が必要 |
C70鋼は炭素含有量が高いため、溶接時に割れが発生する可能性があり、適切に管理しないと問題が生じることがあります。溶接前の予熱や適切な充填金属の使用は、これらのリスクを軽減することができます。溶接後の熱処理は、残留応力を緩和し、延性を改善するためにしばしば必要です。
切削性
| 加工パラメータ | C70鋼 | AISI 1212 | 注意事項/ヒント |
|---|---|---|---|
| 相対的切削性指数 | 60% | 100% | C70は加工が難しい |
| 典型的切削速度（旋盤加工） | 30 m/min | 60 m/min | 鋭い工具と適切な冷却を使用 |
C70鋼は、AISI 1212のようなベンチマーク鋼に比べて切削性が低いです。これにより、工具の摩耗が増加し、加工時間が長くなる可能性があります。望ましい表面仕上げと公差を得るためには、鋭い工具や適切な切削速度などの最適条件が不可欠です。
成形性
C70鋼は冷間および熱間プロセスの両方で成形可能です。冷間成形は実施可能ですが、作業硬化が進む可能性があり、割れのリスクが高まります。熱間成形は複雑な形状に好ましく、作業硬化のリスクを低減し、最終特性の制御を容易にします。
熱処理
| 処理プロセス | 温度範囲（°C） | 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 | 1 - 2 時間 | 空気 | 延性を改善し、硬度を低下させる |
| 焼入れ | 800 - 900 | 30 分 | 油または水 | 硬度と強度を増加させる |
| 焼戻し | 400 - 600 | 1 時間 | 空気 | 脆さを低下させ、靭性を改善する |
熱処理プロセスは、C70鋼の微細構造と特性に大きな影響を与えます。アニーリングは延性を向上させ、硬度を低下させ、扱いやすくします。焼入れは硬度を増加させますが、脆さを引き起こす可能性があるため、硬度と靭性のバランスを取るために焼戻しが行われることがよくあります。
一般的な用途と最終用途
| 産業/セクター | 特定の用途例 | この用途で利用される主要な鋼の特性 | 選択の理由 |
|---|---|---|---|
| 自動車 | 葉ばね | 高強度、疲労抵抗 | 荷重支持用途に必要 |
| 製造業 | 切削工具 | 硬度、耐摩耗性 | 耐久性と性能に不可欠 |
| 建設 | 構造部品 | 強度、延性 | 荷重支持構造に必要 |
C70鋼は、高い強度と耐摩耗性が重要な用途に一般的に使用されています。自動車産業では、繰り返しの荷重サイクルに耐える能力から葉ばねに利用されており、製造業では硬度と耐久性が重要な切削工具に好まれています。
他の用途には、
- ボルトとファスナー：高強度のため。
- 機械部品：耐摩耗性が必要な場合。
- スプリング製造：ストレス下で形状を維持する能力のため。
重要な考慮事項、選択基準、およびさらなる洞察
| 特徴/特性 | C70鋼 | AISI 1045 | AISI 4140 | 簡潔な利点/欠点またはトレードオフのメモ |
|---|---|---|---|---|
| 重要な機械的特性 | 高強度 | 中程度の強度 | 高強度 | C70はコストと性能のバランスを提供する |
| 重要な腐食の側面 | 普通 | 普通 | 良好 | C70は腐食環境での保護措置が必要 |
| 溶接性 | 難しい | 中程度 | 良好 | C70は慎重な溶接技術を必要とします |
| 切削性 | 中程度 | 良好 | 普通 | C70は1045よりも加工が難しい |
| 成形性 | 中程度 | 良好 | 普通 | C70は成形できますが、作業硬化の可能性があります |
| 推定相対コスト | 中程度 | 低い | 高い | C70は高強度用途に対してコスト効果があります |
| 典型的な入手可能性 | 一般的 | 一般的 | あまり一般的ではない | C70はさまざまな形態で広く入手可能です |
C70鋼を特定の用途に選択する際には、機械的特性、腐食抵抗、および加工特性など、いくつかの要因を考慮する必要があります。C70は強度とコストの良好なバランスを提供しますが、溶接性と腐食抵抗における制限は、用途の環境や処理方法を慎重に考慮する必要があるかもしれません。
要約すると、C70鋼はさまざまな用途のために優れた機械的特性を提供する多用途の中炭素鋼です。強度、硬度、およびコスト効果のバランスが取れており、耐久性と信頼性のある材料を必要とする産業で人気のある選択肢となっています。しかし、溶接や腐食抵抗における制限に注意することが、用途ごとの最適な性能を確保するために重要です。