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321 ステンレス鋼: 定義、構成、特性、処理、用途など
- ジョン
スチールプログループ 現在、SS 321 (UNS S32100) 製品の在庫があります: プレート、シート、コイル、ストリップ、パイプ、チューブ、バー、ロッド、ワイヤなど。また、選択できる表面仕上げの範囲: No. 1、2B、2D、BA、No. 3、No. 4、HL、No. 8、ビーズブラストなど。
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321ステンレス鋼の概要
321（UNS S32100）ステンレス鋼は 300シリーズ チタン安定化 オーステナイト系ステンレス鋼主に17～19 %クロム、9～12 %ニッケル、および≤0.7%チタン（炭素含有量の少なくとも5倍）で構成され、グレード304と同様の耐食性を備えています。ASTM A240やEN 10088-2規格などの基準を満たし、1.4541（EN）およびSUS 321（JIS）に相当します。
グレード 321 は、高温での酸化およびスケールに対する優れた耐性を備え、溶接後の焼鈍処理なしでも良好な溶接性と成形性を維持します。航空機の排気管、炉部品、熱交換器などの高温用途で広く使用されています。より極端な温度性能が必要な場合は、321H をお勧めします。
321ステンレス鋼の代表的な用途
| 産業 | 申し込み |
| 航空宇宙 | 排気システム、燃焼室、エンジン部品、ヒートシールド |
| 化学処理 | 熱交換器、圧力容器、配管システム、原子炉部品 |
| 発電 | ボイラー管、過熱管、熱交換器、ガスタービン |
| 石油化学 | 製油所配管、接触分解装置、炉部品、反応管 |
| 自動車 | 排気マニホールド、マフラー、触媒コンバーター、ターボチャージャー部品 |
| 熱処理装置 | 炉部品、焼鈍カバー、熱電対シース、レトルト |
| 石油・ガス | ダウンホールチューブ、フレアスタック、配管システム、熱交換器 |
| 食品加工 | 熱交換器、配管システム、滅菌装置、蒸発装置 |
321ステンレス鋼の長所と短所
321 ステンレス鋼の利点とメリットは次のとおりです (重要度順)。
- 特に高温環境において優れた耐腐食性を発揮します。
- チタン安定化により粒界腐食に対する優れた安定性を実現。
- 870°Cまでの優れた耐酸化性。
- 高温条件でも高い強度と耐久性を発揮します。
- 溶接や成形が容易で、さまざまな用途に適しています。
321 ステンレス鋼の欠点と制限は次のとおりです (重要度順)。
- 304 ステンレス鋼よりも高価であるため、一部のプロジェクトではコスト効率が制限されます。
- 腐食性の高い環境では、316 ステンレス鋼ほど強度がありません。
- 304 や 316 などのより一般的なグレードに比べると、入手可能性が限られています。
- 他のステンレス鋼よりも機械加工が難しい場合があります。
- 靭性が低下するため、極低温環境では慎重な取り扱いが必要です。
321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 |
| 中国 | GB/T 20878、GB 4234 | 0Cr18Ni10Ti、1Cr18Ni11Ti、H0Cr20Ni10Ti |
| アメリカ | ASTM A240、ASME SA240 | 321 |
| EU | EN 10088-2 | X6CrNiTi18-10（1.4541） |
| ドイツ | DIN 17440、DIN EN 10088-2 | X10CrNiTi18-9、X6CrNiTi18-10 |
| ロシア | GOST 5632 | 08KH18N10T、08KH18N12T、12KH18N10T |
| 日本 | JIS G4304、JIS G4303 | SUS321 |
| イングランド | BS 1449、BS EN 10088-2 | 321S31 |
321ステンレス鋼の耐熱性と耐腐食性
耐熱性
321 ステンレス鋼は、断続使用では 900°C まで、連続使用では 925°C まで優れた耐酸化性を発揮します。また、熱サイクルにも優れているため、加熱と冷却の繰り返しに適しています。適切な熱処理により、耐熱性と耐酸化性をさらに高めることができます。321H は高温で強度が高く、特に高温構造用途に適しています。
耐食性
321 ステンレス鋼は、焼きなまし状態ではグレード 304 と同等の優れた耐食性を備えています。特に 425°C ～ 900°C の高温用途では、溶接後の焼きなまし処理を行わないと他のグレードでは機能しなくなる可能性がありますが、321 ステンレス鋼は高温用途、特に 425°C ～ 900°C の高温用途ではより優れた性能を発揮します。
ただし、高温塩化物が存在する環境では、孔食や隙間腐食が発生しやすくなります。また、60°C を超える温度では応力腐食割れが発生する場合があります。321 は、室温で塩化物濃度が最大 200 mg/L の飲料水では良好な性能を発揮しますが、60°C では塩化物濃度が 150 mg/L まで耐性がわずかに低下します。
321ステンレス鋼の加工
成形
321 ステンレス鋼は成形性に優れており、曲げ、引き抜き、プレスなどの標準的な方法で容易に成形できます。他のオーステナイト系鋼種に比べて加工硬化しにくいですが、冷間成形中に中程度の加工硬化が発生することがあります。より複雑な形状や大幅な変形には中間焼鈍が必要になる場合があります。特に厳しい冷間加工の後は、応力を緩和し、耐腐食性を完全に回復するために、成形後の焼鈍が推奨されます。
溶接
321 ステンレス鋼は、フィラー メタルの使用の有無にかかわらず、標準的な溶融溶接法を使用して簡単に溶接できます。321 ステンレス鋼を溶接する場合は、炭化物の析出を防ぐためにチタンの安定化に注意する必要があります。耐腐食性を高めるには、347 フィラー マテリアルを使用してください。予熱は一般に不要ですが、ゆっくり冷却すると応力を最小限に抑えることができます。特定の応力緩和が必要な場合を除き、溶接後の熱処理は通常必要ありません。この材料は溶接中に割れにくいため、高温用途に適しています。
機械加工
321 ステンレス鋼は、他のオーステナイト系ステンレス鋼と比較して、中程度の加工性を提供します。チタン含有量が多いため、304 よりも加工が若干難しく、高温性能は向上しますが、加工性は低下します。工具の過度な摩耗を防ぐには、304 と比較して切削速度を約 20% 遅くする必要があります。切削中に発生する可能性のある熱を管理し、加工硬化を最小限に抑えるには、適切な潤滑と冷却が不可欠です。工具寿命を延ばすには超硬工具が推奨され、送り速度を遅くすると、精度を維持しながら表面仕上げを向上させることができます。
熱処理
321 ステンレス鋼は熱処理で硬化できません。熱処理プロセスには次の手順が含まれます。
- 溶体化処理（溶体化アニーリング）:
- 温度: 950-1120°C
- プロセス: 急速冷却（水または空気）
- 目的: 耐腐食性を最大限に高めます。
- 安定化治療:
- 温度: 870-900°C
- プロセス厚さ25mmあたり1時間空冷
- 目的: 厳しい使用条件 (425°C 以上) の場合、または安定性を向上させるために上限温度範囲で焼きなましする場合に推奨されます。
- ストレス解消:
- 温度: 700°C
- プロセス: 1～2時間空冷
- 目的: 耐食性に大きな影響を与えることなく内部応力を緩和します。
321ステンレス鋼の化学組成
321 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 | チタン、Ti |
| wt% | ≤ 0.080 | 17 – 19 | バランス | ≤ 2.0 | 9 – 12 | ≤ 0.10 | ≤ 0.045 | ≤ 0.75 | ≤ 0.030 | ≤ 0.70 |
321ステンレス鋼の特性
321 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。
- チタンを使用しているため、耐熱性に優れています。
- 耐食性に優れ、特に粒界腐食に対して優れています。
- 溶接性と成形性に優れており、さまざまな産業用途に幅広く使用できます。
物理的性質
321 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 | 9.01 g/cc (0.326 ポンド/インチ³) | 強度と耐久性に優れた重い素材 |
| 融点 | 1371 – 1399°C (2500 – 2550°F) | 溶けることなく非常に高い温度に耐えられる |
| CTE、線形 (0 – 100°C) | 16.6 µm/m-°C (9.22 µin/in-°F) | 加熱すると適度に膨張し、定期的な温度変化に適しています。 |
| CTE、線形 (≤ 871°C) | 20.2 µm/m-°C (11.2 µin/in-°F) | 高温になると膨張するが、それでも管理可能 |
| 比熱容量 | 0.500 J/g-°C (0.120 BTU/lb-°F) | 熱をよく吸収し、熱用途に最適 |
| 熱伝導率（100） | 16.0 W/mK (111 BTU-in/hr-ft²-°F) | 適度に熱を伝え、低温環境に適しています |
| 熱伝導率（500°C） | 22.0 W/mK (153 BTU-in/hr-ft²-°F) | 高温でも熱をより効率的に伝達します |
| 電気抵抗率 | 0.0000720 オーム・センチメートル | 電気の流れに抵抗し、電気を伝導するのに適さない |
| 透磁率 | ≤ 1.02 | 実質的に非磁性で、磁石に引き付けられません |
*CTE、線形は、熱膨張係数、線形を意味します。
機械的特性
321 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。
| プロパティ | 数値（メートル／インペリアル） | パフォーマンス |
| 引張強度 | 621 MPa (90.1 ksi) | 中程度。304 (515 MPa) などの一般的なオーステナイト グレードよりもわずかに高く、高強度の用途に適しています。 |
| 降伏強度 | 276 MPa (40.0 ksi) | 二相ステンレス鋼 (例: 2205、450 MPa) よりも低いですが、中程度の応力の用途には適しています。 |
| ロックウェル硬度 | 80 HRB | 中程度。低炭素鋼よりも硬度が高いが、440C (~60 HRC) などのマルテンサイト系ステンレス鋼よりも柔らかいため、機械加工や成形が容易です。 |
| 破断伸度 | 45%（2インチ） | 非常に高い、優れた延性があり、成形や溶接に最適で、より硬い鋼種の伸びをはるかに上回ります。 |
| ヤング率 | 193 GPa（28.0 msi） | 標準的な剛性。他のオーステナイト系ステンレス鋼と同様に、変形に対する優れた耐性を備えています。 |
化学的性質
321 ステンレス鋼の主要な化学的性質については、以下の表を参照してください。
| 化学的性質 | 説明 | パフォーマンス |
| 耐食性 | さまざまな環境下での腐食に耐える能力。 | 特に高温での酸化環境において 304 よりも優れています。 |
| pH感度 | 酸性または塩基性環境に対する感受性。 | pH 4～9 の間で安定していますが、塩酸などの酸性度の高い環境にはあまり適していません。 |
| 反応性 | 化学反応を起こす傾向。 | 炭素鋼よりも反応性は低いですが、316 のような高合金ステンレスよりも反応性は高いです。 |
| 耐酸化性 | 高温環境下でも酸化に強い。 | 304 より優れており、炭素鋼よりもはるかに優れた 870°C (1600°F) まで耐えます。 |
| 不動態化 | 腐食を防ぐための保護酸化層の形成。 | 強度は 304 に匹敵しますが、チタン安定化によりさらに強化されています。 |
| 可燃性 | 熱源にさらされると発火する能力。 | 不燃性 |
| 引火性 | 物質が発火する容易さ。 | 不燃性 |
321、309、310ステンレス鋼の違い
321、309、310 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 | 321 | 309 | 310 |
| 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 |
| 結晶構造 | FCC (面心立方) | FCC (面心立方) | FCC (面心立方) |
| 化学組成 | C ≤ 0.08%、Cr 17-19%、Ni 9-12% | C ≤ 0.20%、Cr 23%、Ni 14% | C ≤ 0.25%、Cr 24-26%、Ni 19-22% |
| 耐食性 | グッド | より良い | 最高 |
| 引張強度 | 620 MPa (89.9 ksi) | 620 MPa (89.9 ksi) | 620 MPa (89.9 ksi) |
| 降伏強度 | 240 MPa (34.8 ksi) | 310 MPa (45 ksi) | 310 MPa (45 ksi) |
| 硬度 | 80 HRB | 85 HRB | 85 HRB |
| 溶接性 | グッド | グッド | グッド |
| コスト | 中程度 | より高い | 最高 |
| アプリケーション | 航空機排気マニホールド、化学処理 | 炉部品、熱交換器、窯ライニング | 熱処理装置、石油精製部品 |
321、304、316ステンレス鋼の違い
321、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 | 321 | 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 |
| 結晶構造 | FCC (面心立方) | FCC (面心立方) | FCC (面心立方) |
| 化学組成 | Cr：17-19%、Ni：9-12%、Ti：≦0.70% | Cr：18-20%, Ni: 8-10.5% | Cr: ≤18%, Mo: ≤3%, Ni: ≤14% |
| 耐食性 | 特に高温時に良好 | 良好だが塩化物の影響を受けやすい | 塩化物や海洋環境に最適 |
| 引張強度 | 620 MPa (89.9 ksi) | 505 MPa (73.2 ksi) | 580 MPa (84.1 ksi) |
| 降伏強度 | 240 MPa (34.8 ksi) | 215 MPa (31.2 ksi) | 290 MPa (42.1 ksi) |
| 硬度 | 80 HRB | 70 HRB | 79 HRB |
| 溶接性 | グッド | 素晴らしい | グッド |
| コスト | 高い | 低い | 304より高いが321より低い |
| アプリケーション | 航空機排気マニホールド、化学処理 | 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
321ステンレス鋼は錆びますか?
ステンレス鋼 321 は、特に高温環境では錆びに非常に強いですが、強力な化学物質や海水にさらされるなど、極端な条件下では腐食する可能性があります。
関連記事
321ステンレス鋼は磁性がありますか?
ステンレス鋼 321 は、一般に焼きなまし状態では非磁性ですが、冷間加工後にわずかに磁性を帯びる場合があります。
関連記事
321ステンレス鋼は食品に安全ですか?
はい、321 ステンレス鋼は食品に安全です。耐腐食性に優れており、特に高温環境の食品加工機器に使用できます。
304 ステンレス鋼を 321 ステンレス鋼に溶接できますか?
はい、SS 304 を SS 321 に溶接できます。ただし、高温での安定性を維持するために、347 ステンレス鋼などの充填材を使用することをお勧めします。
321 ステンレス鋼と 321H ステンレス鋼の違いは何ですか?
321 ステンレス鋼と 321H ステンレス鋼の主な違いは炭素含有量です。321H は炭素含有量が高く、321 に比べて高温での強度が向上します。
まとめ＆さらに
この記事では、321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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