CHT 400鋼:特性と主要な用途
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CHT 400鋼は、その卓越した機械的特性とさまざまな工学的用途の適応性で知られる高性能合金鋼です。中炭素合金鋼に分類されるCHT 400は、主に鉄、炭素、および強度、耐衝撃性、耐摩耗性を高めるさまざまな合金元素から構成されています。CHT 400の主要な合金元素にはクロム、モリブデン、ニッケルが含まれており、全体的な性能特性に寄与しています。
包括的な概要
CHT 400鋼の基本的な特性は、その中炭素含有量によって定義されており、通常0.30%から0.50%の範囲です。この炭素含有量は、強度と延性のバランスを提供し、耐衝撃性と硬さの両方が求められる用途に適しています。クロムの追加は耐腐食性と硬化能力を向上させ、モリブデンは高温での強度を向上させ、全体的な耐衝撃性にも寄与します。ニッケルは特に低温環境において、耐衝撃性と耐久性をさらに向上させます。
利点と制限
利点 (Pros) | 制限 (Cons) |
---|---|
高い強度対重量比 | 応力腐食割れに対して感受性がある |
優れた耐摩耗性 | 所望の特性を達成するために注意深い熱処理が必要 |
良好な機械加工性 | ステンレス鋼に比べて腐食抵抗が限られている |
さまざまな用途に対応可能 | 過酷な環境では保護コーティングが必要な場合がある |
CHT 400鋼は、その特性のバランスにより市場で重要な位置を占めており、自動車、航空宇宙、製造業などの産業で人気の選択肢となっています。その歴史的な重要性は、現代の工学的用途の要求を満たす能力にあり、重要な部品において信頼性の高い性能を提供します。
代替名、標準、および同等物
標準組織 | 指定/グレード | 発祥国/地域 | 注記/備考 |
---|---|---|---|
UNS | G41400 | アメリカ | AISI 4140に最も近い同等物 |
AISI/SAE | 4140 | アメリカ | 注意すべき微妙な成分差 |
ASTM | A829 | アメリカ | 合金鋼板の仕様 |
EN | 42CrMo4 | ヨーロッパ | 成分にわずかな違いがある同等物 |
JIS | SCM440 | 日本 | 類似の特性を持ち、自動車用途によく使用される |
上記の表は、CHT 400鋼のさまざまな標準と同等物を示しています。これらのグレードは同等と見なされる場合がありますが、成分や加工の微妙な違いが性能に大きな影響を与える可能性があります。たとえば、AISI 4140は熱処理の実践の違いにより、機械的特性がわずかに異なる場合があり、特定の用途の選択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 (記号と名前) | 割合範囲 (%) |
---|---|
C (炭素) | 0.30 - 0.50 |
Cr (クロム) | 0.90 - 1.20 |
Mo (モリブデン) | 0.15 - 0.25 |
Ni (ニッケル) | 0.40 - 0.70 |
Mn (マンガン) | 0.60 - 0.90 |
Si (シリコン) | 0.15 - 0.40 |
P (リン) | ≤ 0.035 |
S (硫黄) | ≤ 0.040 |
CHT 400鋼における主要な合金元素の主な役割は以下の通りです:
- 炭素 (C): 熱処理を通じて硬度と強度を向上させる。
- クロム (Cr): 耐腐食性と硬化能力を向上させる。
- モリブデン (Mo): 高温での強度を向上させ、耐衝撃性を高める。
- ニッケル (Ni): 特に低温での耐衝撃性と耐久性を向上させる。
機械的特性
特性 | 状態/温度 | 試験温度 | 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) | 試験方法の参考標準 |
---|---|---|---|---|---|
引張強度 | 焼入れ・焼戻し | 室温 | 850 - 1000 MPa | 123 - 145 ksi | ASTM E8 |
降伏強度 (0.2%オフセット) | 焼入れ・焼戻し | 室温 | 600 - 800 MPa | 87 - 116 ksi | ASTM E8 |
伸び | 焼入れ・焼戻し | 室温 | 15 - 20% | 15 - 20% | ASTM E8 |
面積の減少 | 焼入れ・焼戻し | 室温 | 50 - 60% | 50 - 60% | ASTM E8 |
硬さ (ロックウェルC) | 焼入れ・焼戻し | 室温 | 28 - 34 HRC | 28 - 34 HRC | ASTM E18 |
衝撃強度 (シャルピー Vノッチ) | 焼入れ・焼戻し | -20°C | 30 - 50 J | 22 - 37 ft-lbf | ASTM E23 |
これらの機械的特性の組み合わせにより、CHT 400鋼は構造部品、ギア、重機など、高い強度と耐衝撃性を要求される用途に適しています。高い応力と衝撃負荷に耐える能力があるため、要求の厳しい環境での選択肢として好まれています。
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 | - | 7.85 g/cm³ | 0.284 lb/in³ |
融点 | - | 1425 - 1540 °C | 2600 - 2800 °F |
熱伝導率 | 20 °C | 45 W/m·K | 31 BTU·in/h·ft²·°F |
比熱容量 | - | 460 J/kg·K | 0.11 BTU/lb·°F |
電気抵抗率 | - | 0.00065 Ω·m | 0.00038 Ω·in |
熱膨張係数 | 20 - 100 °C | 12 × 10⁻⁶ /°C | 6.67 × 10⁻⁶ /°F |
CHT 400鋼の物理特性の実用的な重要性は以下の通りです:
- 密度: コンポーネントの重量と構造設計に影響を与える。
- 熱伝導率: 熱放散を伴う用途に重要。
- 比熱容量: 高温用途における熱管理に影響を与える。
腐食抵抗
腐食性媒体 | 濃度 (%) | 温度 (°C) | 抵抗評価 | 注記 |
---|---|---|---|---|
塩化物 | 3 - 10 | 20 - 60 | 良好 | ピッティングのリスク |
硫酸 | 10 - 30 | 20 - 50 | 不良 | 推奨されない |
海水 | - | 20 - 40 | 良好 | 中程度の耐性 |
アルカリ溶液 | 5 - 20 | 20 - 60 | 良好 | 応力腐食割れに対して感受性がある |
CHT 400鋼は、特に塩化物やアルカリ溶液を含む環境では中程度の腐食抵抗を示します。CHT 400は、304や316などのステンレス鋼と比較して、腐食抵抗が限界が低いため、腐食性媒体に曝露される用途には不適切です。
他のグレード、たとえばAISI 4140と比較すると、CHT 400は特定の環境で同様の耐性を示すことがありますが、高腐食条件下ではそれほど良好ではない場合があります。これらのグレード間の選択は、特定の環境条件と必要な性能特性を考慮すべきです。
耐熱性
特性/制限 | 温度 (°C) | 温度 (°F) | 備考 |
---|---|---|---|
最大連続使用温度 | 400 | 752 | 長時間の曝露に適している |
最大間欠使用温度 | 500 | 932 | 短期間の曝露のみ |
スケーリング温度 | 600 | 1112 | 高温での酸化リスク |
クリープ強度の考慮は450から始まる | 450 | 842 | 高温での性能低下の可能性 |
高温では、CHT 400鋼は優れた機械的特性を維持し、熱を伴う用途に適しています。ただし、酸化や材料特性の劣化を避けるために、使用温度を監視することが重要です。材料の特性が長時間その限界を超える温度にさらされると妥当性が損なわれる可能性があります。
加工特性
溶接性
溶接方法 | 推奨するフィラー金属 (AWS分類) | 典型的なシールドガス/フラックス | 注記 |
---|---|---|---|
MIG | ER70S-6 | アルゴン + CO2混合ガス | 予熱が推奨される |
TIG | ER80S-Ni | アルゴン | 溶接後の熱処理が必要 |
スティック | E7018 | - | 厚い部分に適している |
CHT 400鋼は一般的に溶接が可能ですが、割れを避けるために注意が必要です。熱応力のリスクを最小限に抑えるため、予熱がしばしば推奨されます。溶接後の熱処理は、残留応力を緩和し、溶接部の耐衝撃性を改善するのに役立ちます。
機械加工性
加工パラメータ | CHT 400鋼 | AISI 1212 | 注記/ヒント |
---|---|---|---|
相対的な機械加工性指数 | 60 | 100 | 中程度の機械加工性 |
典型的な切削速度 | 30 m/min | 50 m/min | 工具に基づいて調整する |
CHT 400鋼は中程度の機械加工性を示し、最適な結果を達成するためには適切な工具と切削速度が必要です。高速鋼またはカーバイド工具の使用が効果的な加工のために推奨されます。
成形性
CHT 400鋼は、冷間および熱間の両方のプロセスで成形可能です。冷間成形は可能ですが、作業硬化を引き起こす可能性があり、曲げ半径や成形技術の注意深い制御が必要です。熱間成形は、より複雑な形状に対して好まれ、より良い延性と割れのリスクの低減を可能にします。
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 | 空気または水 | 軟化、延性の向上 |
焼入れ | 800 - 900 | 30分 | 油または水 | 硬化、強度の増加 |
焼戻し | 400 - 600 | 1時間 | 空気 | 脆さの低減、耐衝撃性の向上 |
CHT 400鋼の熱処理プロセスには重要な冶金的変化が含まれます。焼入れによりマルテンサイトに変化し硬度が増し、焼戻しにより脆さが減少し耐衝撃性が向上します。所望の機械的特性のバランスを達成するために適切な熱処理が重要です。
典型的な用途と最終用途
産業/部門 | 特定の用途の例 | この用途で利用される主な鋼の特性 | 選択理由 |
---|---|---|---|
自動車 | ギアとシャフト | 高強度、耐衝撃性 | 負荷下での耐久性 |
航空宇宙 | 構造部品 | 軽量、高強度 | 過酷な条件下での性能 |
製造業 | 機械工具 | 耐摩耗性、機械加工性 | 精度と寿命 |
CHT 400鋼の他の用途には:
- 石油およびガス: 掘削機器の部品。
- 建設: 構造梁および支持材。
- 重機械: 高い耐摩耗性を要求される部品。
これらの用途におけるCHT 400鋼の選択は、高い応力に耐え、要求の厳しい環境で信頼できる性能を提供する能力によって推進されています。
重要な考慮事項、選択基準、およびさらなる洞察
特徴/特性 | CHT 400鋼 | AISI 4140 | AISI 4340 | 簡単な利点/欠点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 | 高強度 | CHT 400は強度と耐衝撃性のバランスを提供する |
主要な腐食特性 | 良好 | 良好 | 良好 | CHT 400はステンレス鋼より耐性が低い |
溶接性 | 中程度 | 良好 | 中程度 | 予熱と溶接後の処理が必要 |
機械加工性 | 中程度 | 良好 | 良好 | CHT 400はAISI 4340より加工が容易 |
成形性 | 良好 | 良好 | 良好 | CHT 400は効果的に成形可能 |
概算相対コスト | 中程度 | 中程度 | 高い | 高性能用途に対するコスト効果的 |
典型的な入手可能性 | 一般的 | 一般的 | あまり一般的でない | CHT 400はさまざまな形状で広く入手可能 |
CHT 400鋼を選択する際は、コスト効果、入手可能性、特定の性能要件を考慮する必要があります。中程度の腐食抵抗と良好な溶接性により、さまざまな用途に適し、その機械的特性は負荷下での信頼性を保証します。CHT 400と代替グレード間の選択は、環境条件や機械的負荷要件を含む特定の用途の要求に基づくべきです。
要約すると、CHT 400鋼は強度、耐衝撃性、耐摩耗性のユニークな組み合わせを提供する多用途の中炭素合金鋼であり、さまざまな工学的用途で好まれる選択肢です。その特性と性能特性は、最適な選択を保証するために用途の要件に対して慎重に評価する必要があります。