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301 ステンレス鋼: 定義、構成、特性、処理、用途など
- ジョン
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301ステンレス鋼の概要
301 ステンレス鋼は、300 シリーズの高強度オーステナイト系ステンレス鋼で、主に 16-18% クロムと 6-8% ニッケルで構成されています。ASTM A240 などの規格に準拠しており、1.4310 (EN) などのグレードに相当します。
301 は加工硬化性に優れており、冷間加工により強度が大幅に向上します。また、冷間圧延の程度に応じて部分的な磁性も生じます。301 は耐食性も優れていますが、グレード 304 よりわずかに劣ります。
スプリング、ファスナー、自動車部品、鉄道車両、コンベア、装飾部品など、成形性と強度の組み合わせが求められる用途でよく使用されます。
マルテンサイトグレードとは異なり、301 ステンレス鋼は熱処理では硬化できず、冷間圧延によってのみ硬化できます。
301ステンレス鋼の代表的な用途
| 産業 | 申し込み |
| 自動車 | 排気部品、スプリング、クランプ、トリム |
| 航空宇宙 | ファスナー、スプリング、構造パネル、クランプ |
| 医療機器 | 手術器具、歯科用器具、針、クランプ |
| 食品加工 | コンベアベルト、貯蔵タンク、混合装置、ホッパー |
| 消費財 | カトラリー、キッチン用品、シンク、スプリング |
| エレクトロニクス | コネクタ、スプリング、ブラケット、シールド |
| 建設 | 構造サポート、留め具、屋根、窓枠 |
| マリン | スプリング、ファスナー、ポンプ、バルブ |
301ステンレス鋼の長所と短所
301 ステンレス鋼の利点とメリットは次のとおりです。
- 冷間加工後の強度が高く、さらなる耐久性を必要とする用途に最適です。
- 穏やかな環境下での耐腐食性に優れ、長期間の使用が可能です。
- 成形性と延性が良好で、曲げ加工や成形加工に適しています。
- 高級ステンレス鋼に比べてコスト効率に優れています。
- 他のグレードに比べて軽量なので、製品の軽量化が可能です。
301 ステンレス鋼の欠点と制限は次のとおりです。
- 塩化物が多く過酷な環境では耐腐食性が限られます。
- 冷間加工後に耐腐食性が低下する場合があります。
- 他のグレードほど耐熱性が高くないため、高温用途には制限があります。
- 加工硬化を起こしやすく、時間が経つにつれて機械加工が困難になる可能性があります。
- 高合金ステンレス鋼に比べ、応力亀裂に対する耐性は低くなります。
301ステンレス鋼の同等グレード
| 国/地域 | 規格/仕様 | 同等グレード |
| インターナショナル | ISO 15510 | クロムニッケル |
| EU | EN 10088-1 | X10CrNi18-8（1.4310） |
| アメリカ | ASTM A240 | 301 |
| ドイツ | DIN 17440、WNr | クロムニッケル |
| 日本 | JIS G4305 | SUS301 |
| イングランド | BS 1449-2 | 301S21、302S26 |
| フランス | アフノールNFA35-572 | Z11CN18-08、Z12CN18-09 |
| スウェーデン | SS14 23 31 | 2331 |
301ステンレス鋼の一般的なバリエーション
| バリアント | それは何ですか？ | なぜ 301 の代わりにこれが選択されるのでしょうか? | 代表的なアプリケーション |
| 301L | 低炭素バージョン | 溶接性が向上し、炭化物の析出が減少します。 | 構造部品、化学装置。 |
| 301LN | 窒素強化バージョン | 強度が高く、成形性に優れています。 | 自動車、鉄道部品。 |
| 301H | 高炭素バージョン | 高温強度が向上。 | 熱交換器、高温機器。 |
| 301J1 | 銅添加バージョン | 成形性と延性が向上しました。 | 家電製品、装飾部品。 |
| 301Si | シリコン添加バージョン | 高温での耐酸化性が向上。 | 炉、排気システム。 |
301ステンレス鋼の耐熱性と耐腐食性
耐熱性
301 ステンレス鋼は耐熱性に優れています。短期間の使用では 840°C (1544°F) まで、連続使用では 900°C (1652°F) まで酸化に耐えることができます。ただし、高温に長時間さらされると強度が低下し、特に溶接部分で鋭敏化や粒界腐食が発生する可能性があります。347 などの合金に比べると、高温用途には適していません。
耐食性
グレード301ステンレス鋼は優れた 耐食性 温和な環境では、大気条件、水、一部の化学物質による腐食に耐えます。ただし、316 などの高級ステンレス鋼と比較すると、過酷な環境での腐食に対する耐性は低くなります。炭素含有量が多いため、特に溶接後や熱暴露後に粒界腐食のリスクが高まります。海洋産業や化学産業などの腐食性の高い環境には適していません。
301ステンレス鋼の加工
冷間加工
冷間加工により、301 ステンレス鋼の強度は大幅に向上します。これは、加工硬化率が高いためです。加工硬化率は、断面積が 1% 減少するごとに約 14 MPa 増加します。材料を冷間圧延または成形すると、引張強度が急速に増加します。このプロセスにより、オーステナイト組織が部分的にマルテンサイトに変換され、硬度がさらに高まります。この強度の増加にもかかわらず、合金は厳しい冷間変形に十分な延性を維持します。さらに、301 ステンレス鋼は焼きなまし状態では非磁性ですが、冷間加工により強い磁性が生じます。
溶接
301 ステンレス鋼は溶接性に優れています。ほとんどの標準的な技術を使用して溶接できますが、グレード 308L などのフィラー メタルが推奨されます。溶接後、最適な耐腐食性を実現し、冷間加工による影響を除去するために、焼きなましが必要です。301L や 301LN などの低炭素グレードの場合、焼きなましは通常不要です。スポット溶接は、材料の全体的な強度に大きな影響を与えないため、冷間圧延された 301 コンポーネントの組み立てによく使用されます。
熱処理
301 ステンレス鋼は熱処理では硬化できません。硬化は冷間加工によってのみ行われます。焼きなましでは、材料を 1010°C ～ 1120°C の範囲に加熱し、その後、通常は水冷または急速空冷によって急速冷却します。このプロセスにより、延性が回復し、硬度を増加することなく内部応力が緩和されます。冷間加工後に応力緩和を行うことは可能ですが、材料の硬度や機械的特性は大幅に変化しません。
301ステンレス鋼の化学組成
410 ステンレス鋼の化学組成については、以下の表を参照してください。
| エレメント | 炭素、C | クロム、Cr | 鉄、Fe | マンガン、Mn | ニッケル、Ni | 窒素 | リン、P | シリコン、Si | 硫黄、S |
| wt% | ≤0.15 | 16 – 18 | 70.7 – 78 (バランス) | ≤ 2.0 | 6.0 – 8.0 | ≤ 0.10 | ≤ 0.045 | ≤ 1.0 | ≤ 0.030 |
301ステンレス鋼の特性
301 ステンレス鋼がユニークである主な理由は次の 3 つです。
- 加工硬化による高強度。
- 優れた延性により、さまざまな製品に成形・成型することが容易です。
- 軽度の腐食性環境でも優れた耐腐食性を発揮します。
物理的性質
301 ステンレス鋼の主要な物理的特性については、以下の表を参照してください。
| プロパティ | 代表値（メートル／インペリアル） | パフォーマンス |
| 密度 | 8.03 g/cc (0.290 ポンド/インチ³) | かなり重くて丈夫な素材です。 |
| 融点 | 1399 – 1421 °C (2550 – 2590 °F) | 溶けることなく高熱に耐えます。 |
| CTE、線形 | 16.6 – 19.5 µm/m-°C (9.22 – 10.8 µin/in-°F) | 加熱すると適度に膨張します。 |
| 比熱容量 | 0.500 J/g-°C (0.120 BTU/lb-°F) | 適度に熱を吸収し、保温します。 |
| 熱伝導率 | 16.3 W/mK (113 BTU-in/hr-ft²-°F) | 適度な速度で熱を伝達します。 |
| 電気抵抗率 | 0.0000720 オーム・センチメートル | 電気伝導性は良くありません。 |
| 磁気特性 | <= 1.02 (焼鈍、H = 200 エルステッド) | 冷間加工後、わずかに磁性を帯びる。 |
*CTE、線形は、熱膨張係数、線形を意味します。
機械的特性
301 ステンレス鋼の主要な機械的特性については、以下の表を参照してください。
| 状態 | 引張強度 | 降伏強度 | ロックウェル硬度 | 破断伸度 | ヤング率（縦方向/横方向のロール） |
| アニール | ≥ 515 MPa (74.7 ksi) | ≥ 205 MPa (29.7 ksi) | 10HRC | ≥ 40% (2インチまたは50 mm) | 214 GPa / 31.0 msi211 GPa / 30.6 msi |
| 1/4 ハード | ≥ 862 MPa (125 ksi) | ≥ 517 MPa (75 ksi) | 25HRC | ≥ 25% (2インチまたは50 mm) | 193 GPa / 28.0 msi197 GPa / 28.6 msi |
| 1/2 ハード | ≥ 1034 MPa (150 ksi) | ≥ 758 MPa (110 ksi) | 32 HRC | ≥ 18% (2インチまたは50 mm) | 185 GPa / 26.8 msi186 GPa / 27.0 msi |
| 3/4 ハード | ≥ 1207 MPa (175.1 ksi) | ≥ 931 MPa (135 ksi) | 37 HRC | ≥ 12% (2インチまたは50 mm) | 178 GPa / 25.8 msi190 GPa / 27.6 msi |
| フルハード | ≥ 1276 MPa (185.1 ksi) | ≥ 965 MPa (140 ksi) | 41 HR | ≥ 9% (2インチまたは50 mm) | 174 GPa / 25.2 msi (圧延時)196 GPa / 28.4 msi (応力緩和時) |
化学的性質
301 ステンレス鋼の主要な化学的性質については、以下の表を確認してください。
| 化学的性質 | 説明 | パフォーマンス |
| 耐食性 | 環境による酸化や化学的損傷に対する耐性。 | 中程度。穏やかな環境に適しており、304/316 よりも耐性が低くなります。 |
| pH感度 | さまざまな pH 環境でも安定性を保ちます。 | 中性/弱酸性では優れた性能を発揮しますが、極端な pH 条件では効果が低下します。 |
| 反応性 | 物質と化学的に相互作用する傾向。 | 反応性は低く、316 と比較して攻撃的な環境では反応性が高くなります。 |
| 耐酸化性 | 酸化物層の形成に対する耐性。 | 室温および高温（304/310 未満）で良好です。 |
| 不動態化 | 保護酸化層を形成する能力。 | 不動態化は良好ですが、過酷な環境では 304/316 よりも耐久性が劣ります。 |
| 可燃性 | 発火して燃焼する能力。 | 不燃性。 |
| 引火性 | 燃焼が継続する可能性がある。 | 不燃性です。 |
301、302、304、316ステンレス鋼の違い
301、302、304、316 ステンレス鋼の簡単な比較については、以下の表を参照してください。
| プロパティ | 301 | 302 | 304 | 316 |
| タイプ | オーステナイト系 | オーステナイト系 | オーステナイト系 | オーステナイト系 |
| 結晶構造 | 面心立方(FCC) | 面心立方(FCC) | 面心立方(FCC) | 面心立方(FCC) |
| 化学組成 | Cr: 16-18%、Ni: 6-8%、C: ≤0.15% | Cr: 17-19%、Ni: 8-10%、C: ≤0.15% | Cr：18-20%, Ni: 8-10.5% | Cr: ≤18%, Mo: ≤3%, Ni: ≤14% |
| 耐食性 | グッド | グッド | グッド | 特に海洋環境で優れています |
| 引張強度 | 515 MPa (74.7 ksi) | 585 MPa (84.8 ksi) | 505 MPa (73.2 ksi) | 580 MPa (84.1 ksi) |
| 降伏強度 | 205 MPa (29.7 ksi) | 255 MPa (37.0 ksi) | 215 MPa (31.2 ksi) | 290 MPa (42.1 ksi) |
| ロックウェル硬度 | 92HRB | 90 HRB | 70 HRB | 79 HRB |
| 溶接性 | グッド | グッド | 素晴らしい | 素晴らしい |
| コスト | 低い | 低い | 低い | 304より高い |
| アプリケーション | スプリング、自動車部品、ワッシャー | 化学機器、器具、食品加工 | 食品機器、建築 | 海洋環境、化学および医療機器 |
気になる情報
ステンレス鋼301は錆びますか?
301 ステンレス鋼は錆びにくいですが、他のステンレス鋼に比べてクロム含有量が少ないため、適切にメンテナンスしないと過酷な環境で腐食する可能性があります。
関連記事
301ステンレス鋼は磁性がありますか?
はい、301 ステンレス鋼は、特に冷間加工後は磁性を帯びます。
関連記事
301ステンレス鋼は食品グレードですか?
はい、301 ステンレス鋼は食品グレードの用途に使用できますが、炭素含有量が多いため、304 ステンレス鋼よりも一般的ではなく、特定の食品環境では腐食しやすくなります。通常、食品グレードでの使用には 304 が好まれます。
301ステンレス鋼は医療グレードですか?
301 ステンレス鋼は、通常、医療グレードとは見なされません。医療用途では、耐腐食性と生体適合性が高いため、通常、316 ステンレス鋼が好まれます。301 は、医療以外の産業用途でより一般的に使用されます。
まとめ＆さらに
この記事では、301ステンレス鋼の定義、構成、特性、処理、用途、その他の重要な側面について簡単に説明します。ステンレス鋼やその他の鋼種について詳しくは、 ブログ または 金属専門家へのお問い合わせ.
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