CA6NM ステンレス鋼:特性と主要用途
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CA6NMステンレス鋼(鋳造)は、主にマルテンサイト系ステンレス鋼に分類される高性能なステンレス鋼グレードです。このグレードは、優れた機械的特性、耐腐食性、そして高温に耐える能力に優れており、特に石油およびガス産業や発電分野でのさまざまな要求の厳しい用途に適しています。
包括的な概要
CA6NMは、クロムとニッケルが多く含まれ、モリブデンと窒素も含まれる独自の組成が特徴です。これらの合金元素は、その強度、靭性、および耐腐食性に寄与します。窒素の存在は、特に降伏強度と靭性の向上に寄与し、クロムは優れた酸化抵抗を提供します。
CA6NMの主な特性は以下の通りです:
- 高強度: CA6NMは、多くの他のステンレス鋼と比較して優れた引張強度と降伏強度を示し、構造用途に理想的です。
- 耐腐食性: 海水や酸性条件を含むさまざまな腐食環境に対して良好な耐性を示します。
- 耐熱性: このグレードは、高温で機械的特性を維持できるため、高温用途に適しています。
利点と制限
利点(長所) | 制限(短所) |
---|---|
優れた機械的特性 | 標準炭素鋼よりも高価 |
良好な耐腐食性 | オーステナイト系と比較して成形性が限られている |
高温での性能 | 特定の環境で応力腐食割れに対して感受性がある |
CA6NMは、過酷な条件下での信頼性と性能のため、石油およびガス業界のポンプやバルブの重要な部品に使用されてきました。その市場位置は特に高性能材料を必要とする産業で強固です。
代替名、規格、および同等品
標準組織 | 指定/グレード | 発祥国/地域 | 備考/注記 |
---|---|---|---|
UNS | S41500 | 米国 | 特性が向上したAISI 410に最も近い同等品 |
ASTM | A743/A744 | 米国 | ステンレス鋼の鋳造に関する仕様 |
EN | 1.4006 | ヨーロッパ | CA6NMに類似していますが、成分にわずかな違いがあります |
JIS | SUS 410 | 日本 | 機械的特性に違いがある同等品 |
CA6NMとその同等品の違いは、特定の合金元素の割合にあり、特定の用途における性能に影響を及ぼすことがあります。例えば、CA6NMとSUS 410はどちらもマルテンサイト系ですが、CA6NMの向上した窒素含量は、靭性と強度を改善します。
主要特性
化学組成
元素(記号と名前) | 百分率範囲(%) |
---|---|
C(炭素) | 0.05 - 0.15 |
Cr(クロム) | 12.0 - 14.0 |
Ni(ニッケル) | 2.0 - 4.0 |
Mo(モリブデン) | 0.5 - 1.5 |
N(窒素) | 0.1 - 0.25 |
Mn(マンガン) | 0.5 - 1.0 |
Si(シリコン) | 0.5 - 1.0 |
P(リン) | ≤ 0.04 |
S(硫黄) | ≤ 0.03 |
CA6NMにおける主要な合金元素は、その特性に重要な役割を果たしています:
- クロム: 耐腐食性を高め、保護酸化層の形成に寄与します。
- ニッケル: 特に低温での靭性と延性を改善します。
- モリブデン: 塩化物環境におけるピッティング腐食と亀裂腐食に対する抵抗を高めます。
- 窒素: 強度と靭性を高め、全体的な機械的性能を向上させます。
機械的特性
特性 | 条件/温度状態 | 試験温度 | 典型値/範囲(メートル法) | 典型値/範囲(帝国法) | 試験方法の参照標準 |
---|---|---|---|---|---|
引張強度 | アニーリング | 室温 | 620 - 750 MPa | 90 - 109 ksi | ASTM E8 |
降伏強度(0.2%オフセット) | アニーリング | 室温 | 450 - 600 MPa | 65 - 87 ksi | ASTM E8 |
伸び | アニーリング | 室温 | 20 - 30% | 20 - 30% | ASTM E8 |
硬度(ロックウェルC) | アニーリング | 室温 | 30 - 35 HRC | 30 - 35 HRC | ASTM E18 |
衝撃強度 | シャルピー(-40°Cで) | -40°C | 40 - 60 J | 30 - 44 ft-lbf | ASTM E23 |
CA6NMの機械的特性は、高強度と靭性を必要とする用途、例えば圧力容器や配管システムの建設に特に適しています。構造的完全性を保持しながら、重大な機械的負荷を耐える能力は、要求の厳しい環境での重要な利点です。
物理的特性
特性 | 条件/温度 | 値(メートル法) | 値(帝国法) |
---|---|---|---|
密度 | 室温 | 7.75 g/cm³ | 0.28 lb/in³ |
融点/範囲 | - | 1450 - 1500 °C | 2642 - 2732 °F |
熱伝導率 | 室温 | 25 W/m·K | 14.5 BTU·in/h·ft²·°F |
比熱容量 | 室温 | 500 J/kg·K | 0.12 BTU/lb·°F |
電気抵抗率 | 室温 | 0.74 µΩ·m | 0.74 µΩ·in |
熱膨張係数 | 20 - 100 °C | 16.5 x 10⁻⁶/K | 9.2 x 10⁻⁶/°F |
CA6NMの密度と融点は、高温用途に適していることを示しており、熱伝導率と比熱容量は熱移動を伴う用途に重要です。電気抵抗率は、電気伝導性が考慮される用途に関連しています。
耐腐食性
腐食性試薬 | 濃度(%) | 温度(°C/°F) | 耐性評価 | 備考 |
---|---|---|---|---|
塩化物 | 3.5% | 25°C/77°F | 良好 | ピッティングのリスク |
硫酸 | 10% | 20°C/68°F | 普通 | 局所的な腐食に感受性 |
塩酸 | 5% | 25°C/77°F | 不良 | 推奨されない |
海水 | - | 環境温度 | 優秀 | 全体的な耐性が良好 |
CA6NMは、特に海水や適度な酸性条件において、さまざまな腐食環境に対して良好な抵抗を示します。ただし、塩化物豊富な環境や塩酸のような強酸では、ピッティング腐食や局所腐食に感受性があります。他のステンレス鋼グレードと比較すると、例えばAISI 316のようなCA6NMは、高ストレス用途での性能が向上する場合がありますが、特定の腐食性試薬に対しては耐性が劣るかもしれません。
耐熱性
特性/限度 | 温度(°C) | 温度(°F) | 備考 |
---|---|---|---|
連続使用最大温度 | 600 °C | 1112 °F | 高温用途に適しています |
断続使用最大温度 | 650 °C | 1202 °F | 短期間の露出 |
スケーリング温度 | 700 °C | 1292 °F | この限界を超えると酸化のリスクがあります |
クリープ強度の考慮 | 550 °C | 1022 °F | クリープ抵抗が低下し始める |
CA6NMは高温で機械的特性を維持し、タービン部品や熱交換器などの用途に適しています。ただし、600 °C以上の温度に長時間さらされると、酸化やスケーリングが発生し、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 | 推奨されるフィラー金属(AWS分類) | 典型的なシールドガス/フラックス | 備考 |
---|---|---|---|
TIG | ER410 | アルゴン | 予熱が推奨されます |
MIG | ER410 | アルゴン + CO2混合ガス | 溶接後の熱処理をお勧めします |
SMAW | E410 | - | ひび割れを避けるための注意が必要です |
CA6NMは一般的に溶接可能ですが、特に厚い部分ではひび割れを避けるための注意が必要です。予熱や溶接後の熱処理は、これらのリスクを軽減するのに役立ちます。フィラー金属の選択は、互換性を確保し、耐腐食性を維持するために重要です。
加工性
加工パラメータ | CA6NM | AISI 1212 | 備考/ヒント |
---|---|---|---|
相対加工性指数 | 60% | 100% | 一般的な鋼材よりも加工が難しい |
典型的な切削速度 | 30 m/min | 50 m/min | 最良の結果を得るためにカーバイド工具を使用してください |
CA6NMは、その硬さと強度のために加工に困難を呈します。適切な工具と切削速度を使用することで加工性を向上させることができますが、オペレーターは工具の摩耗が増加することに備える必要があります。
成形性
CA6NMはオーステナイト系ステンレス鋼と比較して成形性が限られています。冷間成形は可能ですが、著しい作業硬化が生じる可能性があり、曲げ半径や成形プロセスの慎重な制御が必要です。熱間成形はより実行可能ですが、材料特性が損なわれないように正確な温度管理が必要です。
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 | 主な目的 / 期待される結果 |
---|---|---|---|---|
アニーリング | 1000 - 1100 °C / 1832 - 2012 °F | 1 - 2 時間 | 空気または水 | 応力を軽減し、延性を改善します |
硬化 | 950 - 1050 °C / 1742 - 1922 °F | 1 時間 | 油または空気 | 硬度と強度を高めます |
焼戻し | 500 - 700 °C / 932 - 1292 °F | 1 時間 | 空気 | 脆性を低減し、靭性を改善します |
熱処理プロセスは、CA6NM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強化でき、硬化は強度を向上させます。焼戻しは、特に衝撃抵抗が重要な用途において、硬度と靭性のバランスを取るために不可欠です。
一般的な用途と最終用途
産業/セクター | 特定のアプリケーションの例 | この用途で利用される主要な鋼の特性 | 選択理由 |
---|---|---|---|
石油およびガス | ポンプ部品 | 高強度、耐腐食性 | 過酷な条件下での信頼性 |
発電 | タービンブレード | 高温での性能 | 耐久性と効率 |
海洋 | バルブボディ | 海水腐食に対する耐性 | 海洋環境での耐用年数 |
他の用途には:
- 化学処理: 腐食性化学物質にさらされる部品。
- 航空宇宙: 高強度対重量比を必要とする部品。
- 鉱業: 摩耗条件にさらされる機器。
CA6NMはその強度、靭性、耐腐食性の組み合わせのため、障害が許されない環境での用途に選ばれています。
重要な考慮事項、選択基準、およびさらなるインサイト
特徴/特性 | CA6NM | AISI 316 | AISI 410 | 簡単な長所/短所またはトレードオフの注記 |
---|---|---|---|---|
主要な機械的特性 | 高強度 | 中程度の強度 | 中程度の強度 | CA6NMは優れた強度を提供します |
主要な腐食側面 | 良好な耐性 | 優れた耐性 | 普通の耐性 | CA6NMは塩化物に対して耐性が低い |
溶接性 | 中程度 | 良好 | 普通 | CA6NMは注意深い溶接作業が必要です |
加工性 | 中程度 | 良好 | 優れた | CA6NMは加工が難しい |
成形性 | 限られている | 良好 | 普通 | CA6NMはオーステナイト系よりも成形性が劣る |
相対的なコスト | 高い | 中程度 | 低い | CA6NMは合金元素のため高価です |
典型的な可用性 | 中程度 | 高い | 高い | CA6NMは入手可能性が低い場合があります |
CA6NMを選択する際は、その費用対効果、可用性、および特定の用途への適合性を考慮する必要があります。標準的な炭素鋼よりも高価であることがありますが、重要な用途での性能はしばしばこの投資を正当化します。また、その磁気特性は最小限であり、磁気干渉が問題となる用途に適しています。
要約すると、CA6NMステンレス鋼は、要求の厳しい環境で優れた特性を発揮し、さまざまな産業用途において好まれる選択肢である多用途かつ高性能な材料です。その機械的および耐腐食性特性の独自の組み合わせは、信頼性と長寿命を確保します。