H21工具鋼：特性と主要用途

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H21工具鋼は、高速工具鋼に分類されており、高い耐摩耗性と靭性を必要とする用途向けに特別に設計されています。主にタングステン、モリブデン、クロムを合金成分として含み、硬度と耐熱性を大幅に向上させています。この鋼種は、高温での優れた性能が知られており、切削工具、金型、型枠の製造に適しています。

包括的概要

H21工具鋼は、AISI/SAEの高速工具鋼カテゴリーに属し、高温での硬度と強度を維持する能力が特徴です。主な合金成分には、タングステン（W）、モリブデン（Mo）、クロム（Cr）、バナジウム（V）が含まれています。これらの成分は、鋼の全体的な靭性、耐摩耗性、および熱疲労に耐える能力に寄与しています。

H21工具鋼の主な特徴は以下の通りです：

  • 高硬度：熱処理後に60 HRC以上の硬度を達成します。
  • 優れた耐摩耗性：摩耗が懸念される高ストレスの用途に適しています。
  • 良好な靭性：衝撃荷重下での構造的完全性を維持します。

利点:
- 高温環境での優れた性能。
- 切削作業中に鋭いエッジを保持し、変形に抵抗します。
- 様々な産業における多目的な用途。

制限事項:
- 合金鋼に比べて加工が難しい。
- 最適な特性を達成するために、正確な熱処理が必要です。
- 標準工具鋼に比べてコストが高い。

歴史的に、H21は硬度と靭性のバランスから工具製作者に好まれる選択肢であり、精密工具や金型の製造において欠かせない材料となっています。

代替名、規格、及び同等品

規格機関 指定/等級 原産国/地域 備考/コメント
UNS T20821 アメリカ AISI H21に最も近い等級
AISI/SAE H21 アメリカ 一般的に使用される名称
ASTM A681 アメリカ 工具鋼の仕様
EN 1.2561 ヨーロッパ 類似の特性、成分の違いが少々
JIS SKD6 日本 わずかな変動を含む同等のグレード

これらの同等グレード間の違いは、特定の用途における性能に影響を与える可能性があります。例えば、H21とSKD6は類似の硬度を示す可能性がありますが、合金成分と熱処理プロセスの違いにより、その靭性や耐摩耗性が異なることがあります。

主な特性

化学組成

元素（記号および名称） 割合範囲（%）
C（炭素） 0.30 - 0.50
Cr（クロム） 4.00 - 5.00
Mo（モリブデン） 1.00 - 1.50
W（タングステン） 11.00 - 13.00
V（バナジウム） 0.50 - 1.00

H21工具鋼におけるタングステンの主な役割は、高温での硬度と耐摩耗性を向上させることです。モリブデンは強度と靭性に寄与し、クロムは耐食性と硬化性を向上させます。バナジウムは粒構造を精製し、靭性を向上させます。

機械的特性

特性 状態/テンパー テスト温度 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） テスト方法の参照基準
引張強度 焼入れ＆テンパー 室温 1800 - 2200 MPa 261 - 319 ksi ASTM E8
降伏強度（0.2%オフセット） 焼入れ＆テンパー 室温 1500 - 1900 MPa 217 - 276 ksi ASTM E8
伸び率 焼入れ＆テンパー 室温 5 - 10% 5 - 10% ASTM E8
硬度 焼入れ＆テンパー 室温 58 - 62 HRC 58 - 62 HRC ASTM E18
衝撃強度 焼入れ＆テンパー -20 °C 20 - 30 J 15 - 22 ft-lbf ASTM E23

高い引張強度と降伏強度に加え、重要な硬度を備えているため、H21工具鋼は、高い機械的負荷や摩耗を伴う用途に適しています。衝撃強度は、突然の衝撃にも破損せず耐えることを確保します。

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 7.85 g/cm³ 0.284 lb/in³
融点/範囲 - 1425 - 1450 °C 2600 - 2642 °F
熱伝導率 室温 25 W/m·K 14.5 BTU·in/h·ft²·°F
比熱容量 室温 460 J/kg·K 0.11 BTU/lb·°F
電気抵抗 室温 0.0005 Ω·m 0.0003 Ω·in

H21工具鋼の密度は、その全体的な重量と安定性に寄与します。高い融点により、極端な熱条件下でも構造的完全性を維持でき、熱伝導性は加工プロセス中の熱放散にとって重要です。

耐食性

腐食性物質 濃度（%） 温度（°C） 耐性評価 備考
塩化物 5% 25 °C 良 ピッティング腐食のリスク
硫酸 10% 60 °C 不良 推奨しません
水酸化ナトリウム 50% 25 °C 良 中程度の抵抗

H21工具鋼は、塩化物に対して中程度の耐性を示し、特に海洋環境ではピッティングを引き起こす可能性があります。酸性条件下での性能は不良であり、強酸を含む用途には適していません。他の工具鋼（D2やM2など）と比較して、H21の耐食性は一般的に低く、腐食環境では保護コーティングや処理が必要です。

耐熱性

特性/制限 温度（°C） 温度（°F） 備考
最大連続使用温度 540 °C 1000 °F 高温用途に適しています
最大間欠使用温度 600 °C 1112 °F 短期間のみの露出
スケーリング温度 700 °C 1292 °F この点を越えると酸化のリスクがあります

H21工具鋼は、高温での硬度と強度を維持し、熱作業工具などの用途に理想的です。ただし、600 °Cを超える温度への長期露出は避ける必要があります。これは、材料の酸化や劣化につながる可能性があるためです。

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
MIG ER70S-6 アルゴン/CO2混合 予熱を推奨
TIG ER70S-2 アルゴン 溶接後の熱処理が必要

H21工具鋼は溶接可能ですが、溶接プロセスやフィラーマテリアルの慎重な考慮が必要です。亀裂を防ぐために予熱が必要であり、機械的特性を回復するために溶接後の熱処理が推奨されます。

加工性

加工パラメータ H21工具鋼 AISI 1212 備考/ヒント
相対加工性指数 50% 100% 加工がより難しい
典型的な切削速度 20 m/min 30 m/min 最良の結果のためにカーバイド工具を使用

H21工具鋼は、その硬度により低合金鋼よりも加工が難しいです。高速鋼やカーバイド工具を使用し、切削速度を最適化することで加工性を改善できます。

成形性

H21工具鋼は高い硬度と強度のため、特に成形性は良くありません。冷間成形は一般的に推奨されず、熱間成形は亀裂を避けるために注意して行うことができます。加工時には最小曲げ半径を考慮する必要があります。

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 主な目的/期待する結果
アニーリング 800 - 850 °C / 1472 - 1562 °F 1 - 2時間 空気 硬度を低下させ、加工性を向上させる
焼入れ 1000 - 1100 °C / 1832 - 2012 °F 30 - 60分 油 高い硬度を達成する
テンパーリング 500 - 600 °C / 932 - 1112 °F 1 - 2時間 空気 脆さを低下させ、靭性を高める

熱処理プロセスはH21工具鋼の微細構造に大きく影響します。焼入れは鋼をマルテンサイト構造に変え、テンパーリングは残留応力と脆さを減少させ、靭性を高めます。

典型的な用途と最終使用

産業/部門 具体的な応用例 この応用で利用される鋼の主な特性 選択理由
航空宇宙 切削工具 高硬度、耐摩耗性 精度と耐久性
自動車 プラスチック成形用金型 靭性、耐熱性 大量生産
製造業 打抜き金型 耐摩耗性、衝撃強度 長い工具寿命

他の用途には:
- 金属成形工具
- 冷間加工工具
- 高速切削工具

H21工具鋼は、厳しい条件下で硬度と靭性を維持する能力により、これらの用途に選ばれています。耐久性と信頼性を確保します。

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 H21工具鋼 AISI D2 M2高速鋼 簡潔な利点/欠点またはトレードオフの注意点
硬度 高い 高い 非常に高い H21は靭性と硬度のバランスを提供します
耐食性 良 良 良 D2の方が耐食性が優れています
溶接性 中程度 不良 不良 H21は注意して溶接可能です
加工性 中程度 良 不良 D2はH21よりも加工しやすいです
概算相対コスト 中程度 中程度 高い H21は高性能工具に対してコスト効果が高いです
典型的な供給状況 一般的 一般的 あまり一般的ではない H21は工具鋼市場で広く供給されています

H21工具鋼を選択する際には、機械的特性、コスト効果、供給可能性が考慮されます。高温用途での優れた性能を提供しますが、加工性と溶接性には慎重な扱いが必要です。H21とD2やM2などの代替グレードの選択は、耐摩耗性、靭性、耐食性を含む特定のアプリケーション要件に依存します。

まとめると、H21工具鋼は厳しい応用で優れた性能を発揮する多用途材料であり、耐久性と性能を求める工具製作者や製造業者にとって好ましい選択肢となっています。

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    DX51Dスチールは、主に低炭素微鋼として分類される亜鉛メッキ鋼の広く認識されたグレードです。その優れた成形性と溶接性に特徴づけられ、特に自動車や建設業界においてさまざまな用途で人気の選択肢となっています。DX51Dの主な合金元素には、一般的に炭素（C）含有量が0.2％未満の鉄（Fe）と、微量のマンガン（Mn）、リン（P）、硫黄（S）が含まれます。スチールを亜鉛（Zn）でコーティングする亜鉛メッキプロセスは、その耐腐食性を大幅に向上させます。 包括的な概要 DX51Dスチールは、良好な機械的特性と耐腐食性を要求される用途で主に使用されます。その低炭素含有量は、優れた延性と成形性に寄与し、容易に形状を変えたり溶接したりすることが可能です。亜鉛メッキプロセスは、スチールを錆から保護するだけでなく、見た目にも機能的にも美しい滑らかな表面仕上げを提供します。 DX51Dスチールの利点： - 耐腐食性：亜鉛コーティングが環境要因から保護バリアを提供します。 - 成形性：低い炭素含有量により、容易に形状変更や曲げが可能です。 - 溶接性：標準的な方法を使用して溶接することができ、さまざまな用途に対応可能です。 DX51Dスチールの制限： - 強度：高炭素鋼と比較すると、DX51Dは高い強度を必要とする用途には適していない可能性があります。 - 温度感度：高温での性能が劣化する可能性があり、高温環境での使用が制限されます。 歴史的に、DX51Dは軽量構造の開発において重要な役割を果たしてきました。特に自動車セクターでは、燃費効率のために重さの削減が重要です。 別名、規格、および同等物 標準組織 指定/グレード 出身国/地域 ノート/備考 EN DX51D ヨーロッパ ASTM A653の最も近い同等品 ASTM A653 アメリカ 微小な成分の違い...

    DX51D鋼：特性と主要用途の概要

    DX51Dスチールは、主に低炭素微鋼として分類される亜鉛メッキ鋼の広く認識されたグレードです。その優れた成形性と溶接性に特徴づけられ、特に自動車や建設業界においてさまざまな用途で人気の選択肢となっています。DX51Dの主な合金元素には、一般的に炭素（C）含有量が0.2％未満の鉄（Fe）と、微量のマンガン（Mn）、リン（P）、硫黄（S）が含まれます。スチールを亜鉛（Zn）でコーティングする亜鉛メッキプロセスは、その耐腐食性を大幅に向上させます。 包括的な概要 DX51Dスチールは、良好な機械的特性と耐腐食性を要求される用途で主に使用されます。その低炭素含有量は、優れた延性と成形性に寄与し、容易に形状を変えたり溶接したりすることが可能です。亜鉛メッキプロセスは、スチールを錆から保護するだけでなく、見た目にも機能的にも美しい滑らかな表面仕上げを提供します。 DX51Dスチールの利点： - 耐腐食性：亜鉛コーティングが環境要因から保護バリアを提供します。 - 成形性：低い炭素含有量により、容易に形状変更や曲げが可能です。 - 溶接性：標準的な方法を使用して溶接することができ、さまざまな用途に対応可能です。 DX51Dスチールの制限： - 強度：高炭素鋼と比較すると、DX51Dは高い強度を必要とする用途には適していない可能性があります。 - 温度感度：高温での性能が劣化する可能性があり、高温環境での使用が制限されます。 歴史的に、DX51Dは軽量構造の開発において重要な役割を果たしてきました。特に自動車セクターでは、燃費効率のために重さの削減が重要です。 別名、規格、および同等物 標準組織 指定/グレード 出身国/地域 ノート/備考 EN DX51D ヨーロッパ ASTM A653の最も近い同等品 ASTM A653 アメリカ 微小な成分の違い...

  • デュアルフェーズ鋼：特性と主要な用途

    二相鋼（DP鋼）は、その独特の微細構造によって特徴づけられる高度な高強度鋼の一種であり、柔らかいフェライト相と硬いマルテンサイト相の混合から成り立っています。この組み合わせは、強度、延性、および成形性の優れたバランスを提供し、二相鋼は特に自動車および構造用途に適しています。二相鋼における主な合金元素は通常、炭素、マンガン、およびシリコンを含み、これらは材料の機械的特性および全体的な性能を向上させる上で重要な役割を果たします。 包括的な概要 二相鋼は低合金鋼に分類され、制御された加工技術を通じて二相微細構造を達成するように特別に設計されています。主な合金元素は次の通りです： 炭素（C）: 固溶体強化とマルテンサイトの形成を通じて強度と硬度を向上させます。 マンガン（Mn）: 硬化能力を向上させ、マルテンサイト相の形成に寄与します。 シリコン（Si）: 脱酸剤として機能し、フェライト相の強度を改善することができます。 二相鋼の最も重要な特性は次の通りです： 高い強度対重量比: 相の組み合わせにより、高い引張強度を維持しながら軽量性を確保します。 優れた延性: フェライト相は良好な伸びと成形性を提供し、複雑な形状に適しています。 優れた疲労抵抗性: 微細構造はストレスを分散させ、疲労性能を向上させます。 利点: - エネルギー吸収能力による自動車用途での衝突安全性の向上。 - 複雑な形状を製造するための成形性の向上。 - 高い強度により薄い断面が可能になり、重量および材料コストを削減します。 制限事項: - マルテンサイトの存在により、他の鋼種と比較して溶接性が限定されています。 - 適切に処理されない場合、低温での靭性が低下する可能性があります。 二相鋼は自動車産業で非常に重要な役割を果たしており、特にシャシーやボディ構造のような高強度および安全性を必要とするコンポーネントに使用されています。その歴史的な重要性は、安全性を損なうことのない軽量材料への需要に応じて開発されたことにあります。 代替名、規格、及び同等品...

    デュアルフェーズ鋼：特性と主要な用途

    二相鋼（DP鋼）は、その独特の微細構造によって特徴づけられる高度な高強度鋼の一種であり、柔らかいフェライト相と硬いマルテンサイト相の混合から成り立っています。この組み合わせは、強度、延性、および成形性の優れたバランスを提供し、二相鋼は特に自動車および構造用途に適しています。二相鋼における主な合金元素は通常、炭素、マンガン、およびシリコンを含み、これらは材料の機械的特性および全体的な性能を向上させる上で重要な役割を果たします。 包括的な概要 二相鋼は低合金鋼に分類され、制御された加工技術を通じて二相微細構造を達成するように特別に設計されています。主な合金元素は次の通りです： 炭素（C）: 固溶体強化とマルテンサイトの形成を通じて強度と硬度を向上させます。 マンガン（Mn）: 硬化能力を向上させ、マルテンサイト相の形成に寄与します。 シリコン（Si）: 脱酸剤として機能し、フェライト相の強度を改善することができます。 二相鋼の最も重要な特性は次の通りです： 高い強度対重量比: 相の組み合わせにより、高い引張強度を維持しながら軽量性を確保します。 優れた延性: フェライト相は良好な伸びと成形性を提供し、複雑な形状に適しています。 優れた疲労抵抗性: 微細構造はストレスを分散させ、疲労性能を向上させます。 利点: - エネルギー吸収能力による自動車用途での衝突安全性の向上。 - 複雑な形状を製造するための成形性の向上。 - 高い強度により薄い断面が可能になり、重量および材料コストを削減します。 制限事項: - マルテンサイトの存在により、他の鋼種と比較して溶接性が限定されています。 - 適切に処理されない場合、低温での靭性が低下する可能性があります。 二相鋼は自動車産業で非常に重要な役割を果たしており、特にシャシーやボディ構造のような高強度および安全性を必要とするコンポーネントに使用されています。その歴史的な重要性は、安全性を損なうことのない軽量材料への需要に応じて開発されたことにあります。 代替名、規格、及び同等品...

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