EN24鋼: 特性と主要な用途
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EN24スチール(4340スチールとも呼ばれる)は、中炭素合金鋼に分類される高強度合金鋼です。主に鉄、炭素、およびニッケル、クロム、モリブデンなどのいくつかの合金元素で構成されています。これらの元素は、鋼の機械的特性を大幅に向上させ、さまざまな産業における要求の厳しい用途に適しています。
包括的概要
EN24スチールは、優れた靭性、高疲労強度、良好な加工性で知られており、高強度と耐久性が求められる用途で好まれる選択肢です。主な合金元素であるニッケル、クロム、モリブデンは、鋼の焼入れ性と全体的な性能に寄与しています。ニッケルは靭性を向上させ、クロムは耐食性と焼入れ性を改善し、モリブデンは高温での強度と安定性を向上させます。
利点:
- 高強度:EN24は優れた引張強度と降伏強度を示し、重作業に最適です。
- 良好な靭性:合金の靭性により、破損することなく衝撃荷重に耐えることができます。
- 多用途な加工性:効果的に加工でき、精巧な設計や部品が可能です。
制限:
- コスト:合金元素のため、EN24は低グレードの鋼よりも高価です。
- 溶接性:溶接可能ですが、亀裂を避けるために特別な注意が必要です。
- 熱処理感度:鋼は望ましい特性を得るために正確な熱処理が必要であり、処理が複雑になることがあります。
歴史的に、EN24は航空宇宙、自動車、エンジニアリング部門で広く使用されており、高性能材料が重要です。その市場ポジションは、信頼性とさまざまな用途における汎用性から強力なままです。
代替名、規格、同等品
標準組織 | 指定/グレード | 原産国/地域 | 注記/備考 |
---|---|---|---|
UNS | G43400 | アメリカ | EN24に最も近い同等物 |
AISI/SAE | 4340 | アメリカ | 一般的に使用される名称 |
ASTM | A829 | アメリカ | 合金鋼の標準仕様 |
EN | 24 | ヨーロッパ | 欧州の標準名称 |
DIN | 1.6582 | ドイツ | 類似の特性、わずかな成分の違い |
JIS | SNCM439 | 日本 | 比較可能ですが、合金比率が異なります |
ISO | 42CrMo4 | 国際 | わずかな変動がある同等品 |
これらの同等グレード間の違いは、特定の用途要件に基づいた選択に影響を与える可能性があります。たとえば、G43400と4340はしばしば互換性がありますが、熱処理プロセスの違いにより機械的特性に違い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) | 0.38 - 0.43 |
Si(ケイ素) | 0.15 - 0.40 |
Mn(マンガン) | 0.60 - 0.90 |
Cr(クロム) | 0.90 - 1.20 |
Mo(モリブデン) | 0.15 - 0.25 |
Ni(ニッケル) | 1.65 - 2.00 |
P(リン) | ≤ 0.035 |
S(硫黄) | ≤ 0.035 |
EN24スチールの主要な合金元素は重要な役割を果たします:
- 炭素(C):熱処理を通じて硬度と強度を向上させます。
- ニッケル(Ni):靭性と衝撃に対する耐性を向上させます。
- クロム(Cr):焼入れ性と耐食性を向上させます。
- モリブデン(Mo):高温での強度を向上させ、焼入れ性を強化します。
機械的特性
特性 | 条件/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 | 焼入れおよび焼戻し | 常温 | 980 - 1100 MPa | 142 - 160 ksi | ASTM E8 |
降伏強度(0.2%オフセット) | 焼入れおよび焼戻し | 常温 | 850 - 950 MPa | 123 - 138 ksi | ASTM E8 |
延伸率 | 焼入れおよび焼戻し | 常温 | 12 - 15% | 12 - 15% | ASTM E8 |
面積の減少 | 焼入れおよび焼戻し | 常温 | 50 - 60% | 50 - 60% | ASTM E8 |
硬度(HRC) | 焼入れおよび焼戻し | 常温 | 28 - 34 HRC | 28 - 34 HRC | ASTM E18 |
衝撃強度(シャルピー) | 焼入れおよび焼戻し | -20°C | 30 - 40 J | 22 - 30 ft-lbf | ASTM E23 |
これらの機械的特性の組み合わせにより、EN24スチールはギア、シャフト、重機部品などの高負荷がかかる用途に特に適しています。その高い降伏強度と靭性により、重大なストレスに耐えられます。
物理的特性
特性 | 条件/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 | 31.2 BTU·in/(hr·ft²·°F) |
比熱容量 | - | 460 J/kg·K | 0.11 BTU/lb·°F |
電気抵抗率 | - | 0.0000017 Ω·m | 0.0000017 Ω·in |
熱膨張係数 | 20 - 100 °C | 12 x 10⁻⁶ /K | 6.67 x 10⁻⁶ /°F |
EN24スチールの密度と融点は、高温用途に適していることを示しています。熱伝導率は中程度で、機械部品の熱放散に効果的です。熱膨張係数は比較的低く、温度変動下での寸法安定性を維持するのに役立ちます。
耐食性
腐食性物質 | 濃度(%) | 温度(°C/°F) | 耐性評価 | 注記 |
---|---|---|---|---|
大気 | - | - | 普通 | 錆に対して感受性がある |
塩素化合物 | 3-5 | 20-60 °C (68-140 °F) | 悪い | ピッティングのリスク |
酸 | 10-20 | 20-40 °C (68-104 °F) | 悪い | 推奨されません |
アルカリ性溶液 | 5-10 | 20-40 °C (68-104 °F) | 普通 | 応力腐食のリスク |
EN24スチールは、特に大気条件において中程度の耐食性を示します。しかし、塩素環境ではピッティングに対して感受性があり、酸性または高度なアルカリ条件で使用すべきではありません。AISI 304や316などのステンレス鋼と比較すると、EN24の耐食性は著しく低いため、腐食環境での用途には不向きです。
耐熱性
特性/制限 | 温度(°C) | 温度(°F) | 備考 |
---|---|---|---|
最大連続サービス温度 | 300 | 572 | 高温用途に適しています |
最大間欠サービス温度 | 400 | 752 | 短期露出のみ |
スケーリング温度 | 600 | 1112 | この限界を越えると酸化のリスク |
クリープ強度の考慮は約 | 400 | 752 | 高温での性能が低下する可能性 |
EN24スチールは高温でも強度と靭性を維持し、熱がかかる用途に適しています。しかし、機械的特性の劣化を防ぐため、300 °C (572 °F) を超える温度への長時間露出を避けるよう慎重に対処する必要があります。
加工特性
溶接性
溶接プロセス | 推奨フィラー素材(AWS分類) | 典型的なシールドガス/フラックス | 注記 |
---|---|---|---|
MIG | ER80S-Ni | アルゴン + 2-5% CO2 | 予熱を推奨 |
TIG | ER80S-Ni | アルゴン | 溶接後の熱処理が必要 |
スティック | E7018 | - | 予熱と溶接後の処理を推奨 |
EN24スチールはさまざまなプロセスで溶接可能ですが、亀裂を避けるために予熱および溶接後の熱処理を慎重に管理する必要があります。ニッケルを含むフィラー金属の使用が推奨され、溶接領域の靭性が向上します。
加工性
加工パラメーター | EN24スチール | AISI 1212 | 注記/ヒント |
---|---|---|---|
相対加工性指数 | 60% | 100% | EN24は1212よりも加工しにくい |
典型的な切削速度(旋盤) | 30-50 m/min | 80-120 m/min | 最良結果のためにカーバイド工具を使用 |
EN24スチールは加工性が中程度であり、AISI 1212と比較して遅い切削速度を必要とします。効果的な加工にはカーバイド工具の使用が推奨されます。
成形性
EN24スチールは、特に熱間加工時に良好な成形性を示します。冷間成形も可能ですが、過度の工作硬化を避けるために注意が必要です。成形時には最小曲げ半径を考慮して、亀裂を防ぐ必要があります。
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 | 主要な目的/期待される結果 |
---|---|---|---|---|
焼きなまし | 600 - 650 / 1112 - 1202 | 1 - 2時間 | 空気 | 軟化、加工性の向上 |
焼入れ | 830 - 860 / 1526 - 1580 | 30分 | 油 | 硬化、強度の向上 |
焼戻し | 500 - 650 / 932 - 1202 | 1 - 2時間 | 空気 | 脆性の低下、靭性の向上 |
EN24スチールの熱処理プロセスは、その微細構造と特性に大きな影響を与えます。焼入れは硬度を高め、焼戻しは脆性を低下させ、強度と靭性のバランスの取れた組み合わせを実現します。
典型的な用途と最終用途
業界/セクター | 具体的な用途例 | この用途で活用される主要な鋼の特性 | 選択理由(簡潔に) |
---|---|---|---|
航空宇宙 | 航空機の着陸装置 | 高強度、靭性 | 安全性と性能にとって重要 |
自動車 | 駆動シャフト | 疲労耐性、加工性 | 耐久性に必要 |
石油・ガス | ドリルビット | 硬度、耐摩耗性 | 過酷な条件に必要 |
重機 | ギアとシャフト | 高引張強度、衝撃耐性 | 重荷重に必要 |
EN24スチールの他の用途には:
- 機械の構造部品
- 高応力ファスナー
- 工具および金型
これらの用途にEN24を選定する主な理由は、その高い強度と靭性であり、要求が厳しい環境での性能と信頼性にとって重要です。
重要な考慮事項、選定基準、およびさらなる洞察
特徴/特性 | EN24スチール | AISI 4140 | AISI 4340 | 簡潔な長所/短所またはトレードオフのメモ |
---|---|---|---|---|
主要機械的特性 | 高強度 | 中程度の強度 | 高強度 | EN24と4340は似ていますが、EN24は靭性が優れています |
主要な耐食性の側面 | 普通 | 普通 | 普通 | 3つのグレードすべてが腐食に対して感受性があります |
溶接性 | 中程度 | 良好 | 中程度 | 4140はEN24よりも溶接が容易です |
加工性 | 中程度 | 良好 | 中程度 | 4140はEN24よりも加工性が高いです |
成形性 | 良好 | 普通 | 良好 | EN24と4340は4140よりも成形に優れています |
概算の相対コスト | 高い | 中程度 | 高い | EN24は合金元素のため高価です |
典型的な入手可能性 | 中程度 | 高い | 中程度 | 4140はより一般的に入手可能です |
EN24スチールを選定する際には、そのコスト効率、入手可能性、および特定の用途要件を考慮する必要があります。いくつかの代替品と比較して高価ですが、その優れた機械的特性はしばしば重要な用途に対する投資を正当化します。さらに、その中程度の溶接性と加工性は、製造中に潜在的な問題を避けるために慎重な計画を必要とします。
要約すると、EN24スチールは幅広い用途に適した多用途・高性能素材であり、特に強度と靭性が最も重要な場合に優れています。その独自の特性と慎重な加工・処理の組み合わせにより、要求の厳しいエンジニアリング環境における優先された選択肢となっています。