ニトロニック40ステンレス鋼:特性と主要な用途
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Nitronic 40 ステンレス鋼 (21-6-9) は、卓越した強度、耐腐食性、およびさまざまな用途における柔軟性で知られるオーステナイト系ステンレス鋼です。UNS S21900 の規格に分類されており、主にクロム、ニッケル、モリブデンが合金されており、これらが独特の特性に寄与しています。窒素の追加は強度を高め、ピッティングおよびクレバス腐食に対する耐性を改善し、要求の厳しい環境に適しています。
包括的な概要
Nitronic 40は高い強度と優れた耐腐食性を特徴としており、特に海洋および化学環境での性能が際立っています。その組成は通常、約21%のクロム、6%のニッケル、9%のモリブデンと窒素を含み、これにより機械的特性が大幅に向上します。この鋼種は、強度と耐腐食性が重要な用途においてよく使用されます。
利点:
- 高強度: Nitronic 40は、標準的なステンレス鋼と比較して卓越した引張強度を示し、構造用途に最適です。
- 耐腐食性: 海水や酸性条件を含む広範囲の腐食性環境に対して優れた耐性を提供します。
- 柔軟性: 板、プレート、バーなどのさまざまな形状で使用でき、多様な用途に対応します。
制限事項:
- コスト: 合金元素により、Nitronic 40は標準的なステンレス鋼よりも高価になる可能性があります。
- 溶接性: 溶接は可能ですが、熱割れなどの問題を避けるために特別な配慮が必要です。
歴史的に、Nitronic 40は、海洋、化学処理、航空宇宙などの業界でその独特の特性を活かし、高性能の用途においてニッチを見出しています。
代替名称、基準、および同等品
標準組織 | 名称/等級 | 原産国/地域 | ノート/備考 |
---|---|---|---|
UNS | S21900 | アメリカ合衆国 | Nitronic 40 の主要な指定 |
AISI/SAE | 21-6-9 | アメリカ合衆国 | 一般的に使用される指定 |
ASTM | A240/A240M | アメリカ合衆国 | ステンレス鋼のプレートについての標準仕様 |
EN | 1.3964 | ヨーロッパ | ヨーロッパにおける同等品の指定 |
JIS | SUS 329J1 | 日本 | 成分のわずかな差異を持つ最も近い同等品 |
これらの同等品の間の違いは、特に特定の腐食環境や機械的負荷条件において性能に影響を与える可能性があります。たとえば、SUS 329J1は類似の耐腐食性を提供しますが、Nitronic 40の強度特性と一致しない場合があります。
主要特性
化学組成
元素 (記号と名称) | 百分率範囲 (%) |
---|---|
Cr (クロム) | 20.0 - 22.0 |
Ni (ニッケル) | 5.0 - 7.0 |
Mo (モリブデン) | 8.0 - 10.0 |
N (窒素) | 0.1 - 0.3 |
Fe (鉄) | バランス |
Nitronic 40の主要な合金元素は重要な役割を果たします:
- クロム: 耐腐食性を高め、不活性酸化膜の形成に寄与します。
- ニッケル: 特に低温での靱性と延性を改善します。
- モリブデン: ピッティングおよびクレバス腐食に対する耐性を高め、特に塩化物環境での性能を向上させます。
- 窒素: 強度を高め、応力腐食割れに対する耐性を改善します。
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) | テスト方法の基準標準 |
---|---|---|---|---|---|
引張強度 | アニーリング | 室温 | 620 - 750 MPa | 90 - 110 ksi | ASTM E8 |
降伏強度 (0.2% オフセット) | アニーリング | 室温 | 310 - 450 MPa | 45 - 65 ksi | ASTM E8 |
伸び | アニーリング | 室温 | 40% - 50% | 40% - 50% | ASTM E8 |
硬度 (ロックウェル B) | アニーリング | 室温 | 85 - 95 HB | 85 - 95 HB | ASTM E18 |
インパクト強度 | シャルピー (20°C) | 20°C | 40 - 60 J | 30 - 45 ft-lbf | ASTM E23 |
これらの機械的特性の組み合わせにより、Nitronic 40は構造部品や海洋環境など、高い強度と靱性が要求される用途に適しています。
物理的特性
特性 | 状態/温度 | 値 (メトリック) | 値 (インペリアル) |
---|---|---|---|
密度 | 室温 | 7.9 g/cm³ | 0.285 lb/in³ |
融点 | - | 1400 - 1450 °C | 2550 - 2642 °F |
熱伝導率 | 室温 | 16 W/m·K | 92 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 | 0.72 µΩ·m | 0.72 µΩ·in |
密度や熱伝導率などの重要な物理特性は、航空宇宙や自動車業界など、重量と熱伝達が重要な用途において重要です。
耐腐食性
腐食性物質 | 濃度 (%) | 温度 (°C/°F) | 耐性評価 | ノート |
---|---|---|---|---|
塩化物 | 3-5% | 25°C / 77°F | 優れた | ピッティングのリスク |
硫酸 | 10% | 20°C / 68°F | 良好 | 公正な耐性 |
塩酸 | 5% | 25°C / 77°F | 公正 | SCCに対して感受性があります |
海水 | - | 環境温度 | 優れた | 非常に耐性があります |
Nitronic 40は、特に海洋用途においてさまざまな腐食環境に対して優れた耐性を示します。ピッティングおよびクレバス腐食に対する耐性により、海水や塩化物が豊富な環境での使用に適しています。ただし、特定の酸性条件下では、特に塩化物の存在下で応力腐食割れ (SCC) に対して感受性がある場合があります。
316Lや904Lなどの他のステンレス鋼と比較すると、Nitronic 40は強度およびピッティングに対する耐性の面でしばしば優れていますが、904Lは高い酸性環境において優れた耐性を提供する場合があります。
耐熱性
特性/制限 | 温度 (°C) | 温度 (°F) | 備考 |
---|---|---|---|
最大連続使用温度 | 800 °C | 1472 °F | 高温用途に適しています |
最大間欠サービス温度 | 900 °C | 1652 °F | 短期的な曝露のみ |
スケーリング温度 | 1000 °C | 1832 °F | この限界を超えると酸化のリスクがあります |
Nitronic 40は、高温環境においても強度と耐腐食性を維持し、高温環境での用途に適しています。ただし、800 °C以上の温度に長期間さらされると酸化やスケーリングが発生し、材料の完全性を損なう可能性があります。
加工特性
溶接性
溶接プロセス | 推奨フィラー金属 (AWS分類) | 一般的なシールドガス/フラックス | ノート |
---|---|---|---|
TIG | ER309L | アルゴン | 適切な技術で良好な結果 |
MIG | ER308L | アルゴン + 2% CO2 | 薄いセクションに適しています |
SMAW | E309L | - | 厚いセクションには予熱が必要です |
Nitronic 40は、TIGやMIGなどのさまざまな方法で溶接できます。互換性を確保し、熱割れなどの欠陥を避けるために適切なフィラー金属を使用することが重要です。厚いセクションには、割れのリスクを最小限に抑えるために予熱が必要な場合があります。
加工性
加工パラメータ | Nitronic 40 | AISI 1212 | ノート/ヒント |
---|---|---|---|
相対加工性指標 | 50 | 100 | 切削速度を遅くする必要があります |
典型的な切削速度 (旋盤加工) | 30 m/min | 60 m/min | 最良の結果を得るためにカーバイド工具を使用 |
Nitronic 40の加工は、その加工硬化特性により困難です。最適な結果を得るためにはカーバイド工具を使用し、切削速度を下げることが推奨されます。
成形性
Nitronic 40は優れた成形性を示し、冷間および熱間加工プロセスを可能にします。ただし、加工硬化挙動を考慮することが重要で、割れを避けるために曲げ半径や成形技術の慎重な制御が必要な場合があります。
熱処理
処理プロセス | 温度範囲 (°C/°F) | 典型的浸漬時間 | 冷却方法 | 主要目的 / 期待される結果 |
---|---|---|---|---|
固溶アニーリング | 1040 - 1150 °C / 1900 - 2100 °F | 30分 | 空気または水 | カーボイドの溶解、延性の改善 |
応力緩和 | 600 - 700 °C / 1112 - 1292 °F | 1時間 | 空気 | 残留応力を減少させる |
固溶アニーリングなどの熱処理プロセスは、Nitronic 40の微細構造を向上させ、その延性や靱性を改善します。これらの処理中の金属変化は、さまざまな用途における鋼の性能に大きな影響を与える可能性があります。
典型的な用途および最終用途
業界/セクター | 具体的な用途例 | この用途で利用される主要な鋼の特性 | 選択理由 (簡潔に) |
---|---|---|---|
海洋 | プロペラシャフト | 高強度、耐腐食性 | 海水にさらされる |
化学処理 | ポンプ部品 | 優れた耐腐食性 | 攻撃的な化学物質の取り扱い |
航空宇宙 | 構造部品 | 高い強度対重量比 | 重要な荷重支持用途 |
石油およびガス | バルブ部品 | ピッティングおよび応力腐食割れに対する耐性 | 厳しい環境条件 |
他の用途には、
- 海洋環境でのファスナー
- 化学プラントでの熱交換器
- 食品加工設備のコンポーネント
Nitronic 40は、強度、耐腐食性、および柔軟性の独特の組み合わせにより、要求の厳しい環境に最適です。
重要な考慮事項、選択基準、およびさらなる洞察
特性/特性 | Nitronic 40 | 316L | 904L | 簡潔な利点/欠点またはトレードオフノート |
---|---|---|---|---|
主要機械的特性 | 高強度 | 中程度の強度 | 高強度 | Nitronic 40は優れた強度を提供します |
主要な腐食性側面 | 優れた | 良好 | 優れた | Nitronic 40はピッティング耐性に優れています |
溶接性 | 中程度 | 良好 | 良好 | 割れを避けるための配慮が必要です |
加工性 | 中程度 | 良好 | 中程度 | 316Lよりも難しいです |
成形性 | 良好 | 良好 | 良好 | 類似の成形特性があります |
概算相対コスト | 高い | 中程度 | 高い | コストが選択の要因になる可能性があります |
典型的な可用性 | 中程度 | 高い | 中程度 | 316Lはより一般的に入手可能です |
Nitronic 40 を選択する際の考慮事項には、費用対効果、可用性、および特定の性能要件が含まれます。標準的なステンレス鋼より高価かもしれませんが、その優れた特性は重要な用途での投資を正当化することがよくあります。さらに、その磁気特性は無視できるため、磁気を最小限に抑える必要がある用途に適しています。
要約すると、Nitronic 40 (21-6-9) は、強度、耐腐食性、柔軟性のユニークな組み合わせを提供する高性能ステンレス鋼であり、さまざまな業界での要求の厳しい用途に最適な選択肢となります。