S50C鋼の特性と主要な用途の概要

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S50C鋼(JIS ~1050)は、中炭素合金鋼に分類され、主に約0.50%の炭素含有量が特徴です。この鋼種は日本工業規格(JIS)の一部であり、強度、靭性、耐摩耗性のバランスが評価されています。S50Cの主な合金元素は炭素で、これが硬度や引張強度などの機械的特性に大きな影響を与えます。

包括的な概要

S50Cは、さまざまな工学的アプリケーションに適したいくつかの顕著な特徴を示しています。その中炭素含有量により、適切に熱処理すると高い強度と硬度を達成できる良好な焼入れ性を持っています。さらに、S50Cは優れた加工性を持ち、これは製造プロセスにおいて重要な要素です。

利点:
- 高い強度と硬度: S50Cは、高い硬度レベルを達成するために熱処理されることができ、耐摩耗性を必要とするアプリケーションに最適です。
- 良好な加工性: この鋼は加工が容易で、製造環境において有利です。
- 多様性: 自動車部品から機械部品まで、さまざまなアプリケーションに使用されています。

制限事項:
- 限られた耐食性: S50Cは本質的に耐食性がないため、特定の環境で保護コーティングが必要になる場合があります。
- 高硬度レベルでの脆性: 高硬度を達成することができますが、これが脆性につながり、特定の条件下で割れやすくなることがあります。

歴史的に、S50Cはギア、シャフト、その他の機械部品など、強度と靭性の組み合わせを必要とするコンポーネントの製造において不可欠な材料でした。その市場地位は、その多様性と性能特性のおかげで依然として強いままです。

代替名称、規格、および同等品

標準機関 指定/グレード 原産国/地域 備考
UNS G10500 USA S50Cに最も近い同等品
AISI/SAE 1050 USA わずかな組成の違い
ASTM A108 USA 冷間仕上げ炭素鋼棒の標準仕様
EN C50 ヨーロッパ 類似の特性を持つが、特定のアプリケーションで異なる場合がある
DIN C50 ドイツ わずかな違いでS50Cに相当
GB 50# 中国 組成にわずかな違いがある同等品
ISO 1050 国際 中炭素鋼の標準指定

上記の表は、S50Cに関するさまざまな規格と同等の指定を示しています。これらのグレードは同等と見なされることがありますが、組成や処理の微妙な違いは、特定のアプリケーションにおける性能に影響を与える可能性があります。たとえば、G10500は製造プロセスの違いにより、機械的特性がわずかに異なる場合があります。

主な特性

化学組成

元素(記号と名称) 百分率範囲(%)
C(炭素) 0.48 - 0.55
Si(シリコン) 0.15 - 0.40
Mn(マンガン) 0.60 - 0.90
P(リン) ≤ 0.030
S(硫黄) ≤ 0.030

S50Cの主な合金元素には、炭素、マンガン、シリコンが含まれます。炭素は最も重要で、硬度と強度を提供します。マンガンは焼入れ性と引張強度を高め、シリコンは鋼の製造時に脱酸を助け、強度を向上させます。

機械的特性

特性 状態/テンパー 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 焼鈍 540 - 700 MPa 78.0 - 101.5 ksi ASTM E8
降伏強度(0.2%オフセット) 焼鈍 350 - 450 MPa 50.8 - 65.3 ksi ASTM E8
伸び 焼鈍 15 - 20% 15 - 20% ASTM E8
硬度 焼鈍 170 - 210 HB 170 - 210 HB ASTM E10
衝撃強度 シャルピーヴィー切り欠き, -20°C 30 - 50 J 22 - 37 ft-lbf ASTM E23

S50Cの機械的特性は、高強度と靭性を必要とするアプリケーションに適しています。引張強度と降伏強度の組み合わせは、重要な荷重に耐える能力を示し、伸びの割合は良好な延性を示し、破裂なしに変形を可能にします。

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 7.85 g/cm³ 0.284 lb/in³
融点 - 1425 - 1540 °C 2600 - 2800 °F
熱伝導率 室温 50 W/m·K 34.5 BTU·in/(hr·ft²·°F)
比熱容量 室温 0.46 kJ/kg·K 0.11 BTU/lb·°F
電気抵抗率 室温 0.0000017 Ω·m 0.0000017 Ω·ft

S50Cの密度は、その体積あたりの質量を示しており、重量に敏感なアプリケーションにおいて重要です。融点範囲はその熱安定性を示し、熱伝導率と比熱容量は熱転送を伴うアプリケーションにとって重要です。

耐食性

腐食性物質 濃度(%) 温度(°C/°F) 耐性評価 備考
大気 変動 常温 普通 錆に影響を受けやすい
塩化物 変動 常温 悪い 浸食のリスク
変動 常温 悪い 推奨されません
アルカリ 変動 常温 普通 耐性は限られている

S50Cは、特に塩化物環境で限られた耐食性を示し、ピッティングの可能性があります。ステンレス鋼と比較すると、S50Cは腐食性物質にさらされるアプリケーションにはあまり適していません。たとえば、S50Cは穏やかな大気では問題なく機能するかもしれませんが、海洋アプリケーションや高濃度の塩化物環境には推奨されません。

耐熱性

特性/限界 温度(°C) 温度(°F) 備考
最大連続使用温度 300 °C 572 °F この温度を超えると特性が劣化する
最大間欠使用温度 400 °C 752 °F 短期間の曝露
スケーリング温度 600 °C 1112 °F 酸化のリスク

高温では、S50Cはおおよそ300 °Cまで強度を維持します。それを超えると、材料は機械的特性を失い始め、高温アプリケーションでの性能が低下します。600 °Cを超える温度では酸化が発生する可能性もあるため、このような環境での保護対策が必要です。

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 薄い部分に適している
TIG ER70S-2 アルゴン クリーンな溶接、歪みが少ない
SMAW E7018 該当なし 予熱が必要

S50CはMIGやTIGなどの一般的なプロセスを使用して溶接可能です。ただし、特に厚い部分では亀裂のリスクを最小限に抑えるために予熱が推奨されます。溶接後の熱処理も溶接部の靭性を向上させることができます。

加工性

加工パラメータ [S50C] [AISI 1212] 備考/ヒント
相対加工性指数 60 100 中程度の加工性
典型的な切削速度(旋盤) 40 m/min 80 m/min 工具の摩耗を考慮して調整

S50Cは中程度の加工性を持ち、さまざまな加工操作に適しています。性能を向上させ、摩耗を最小限に抑えるために、最適な切削速度と工具を選定する必要があります。

成形性

S50Cは、冷間加工および熱間加工プロセスの両方で良好な成形性を示します。冷間成形は可能ですが、作業硬化を避けるために注意が必要で、これが割れにつながることがあります。熱間成形は延性を改善し、欠陥のリスクを低減できます。

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/期待される結果
アニーリング 700 - 800 °C / 1292 - 1472 °F 1 - 2時間 空冷 軟化、加工性の向上
急冷 800 - 900 °C / 1472 - 1652 °F 30分 油または水 硬化、強度の増加
テンパリング 400 - 600 °C / 752 - 1112 °F 1時間 空冷 脆性の低下、靭性の向上

熱処理プロセスは、S50Cの微細構造と特性に大きく影響します。急冷は硬度を増加させ、テンパリングは脆性を低下させ、強度と靭性のバランスを実現します。

典型的なアプリケーションと最終用途

産業/セクター 特定のアプリケーション例 このアプリケーションで利用される主な鋼の特性 選択理由
自動車 ギア 高強度、耐摩耗性 耐久性が必要不可欠
機械 シャフト 靭性、加工性 性能にとって重要
工具 切削工具 硬度、耐摩耗性 耐久性が必要

S50Cは、自動車および機械部門で一般的に使用されており、特に強度と耐摩耗性の組み合わせを必要とするコンポーネントに適しています。また、その加工性も工具アプリケーションにおいて好まれる選択肢となっています。

重要な考慮事項、選択基準、およびさらなる見識

特性/特性 [S50C] [代替グレード1] [代替グレード2] 簡潔な長所/短所またはトレードオフの注意点
主要な機械的特性 高強度 中程度の強度 高靭性 S50Cは強度を提供しますが、代替品は靭性が向上しています。
主要な腐食の側面 普通の耐性 優れた耐性 悪い耐性 S50Cは腐食性環境では保護策が必要です。
溶接性 良好 優れた 普通 S50Cは溶接可能ですが、予熱が必要な場合があります。
加工性 中程度 高い 中程度 S50Cは加工できますが、一部の代替品ほど容易ではありません。
成形性 良好 優れた 普通 S50Cは成形できますが、割れを避けるために注意が必要です。
概算相対コスト 中程度 低い 高い コスト効率はアプリケーションのニーズによって異なります。
典型的な入手可能性 一般的 一般的 あまり一般的ではない S50Cはさまざまな形状で広く入手可能です。

S50Cを特定のアプリケーションに選定する際には、コスト、入手可能性、必要な特定の機械的特性などの考慮が必要です。その強度と加工性のバランスは多用途の選択肢ですが、耐食性の限界は目的の環境に基づいて慎重に評価する必要があります。

要約すると、S50C鋼は強度、加工性、そして多様性を兼ね備えた強固な中炭素合金鋼であり、特に自動車および機械セクターにおいて幅広いアプリケーションに適しています。

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