マルテンサイト系ステンレス鋼：定義、組成、特性、グレード、用途など

マルテンサイト系ステンレス鋼とは？

マルテンサイト系ステンレス鋼は、フェライト系ステンレス鋼とともに 400 シリーズに含まれる、体心正方晶 (BCT) 結晶構造を持つステンレス鋼の一種です。主に 12 ～ 18% のクロムと 0.1 ～ 1.2% の炭素で構成されています。マルテンサイト系ステンレス鋼は熱処理によって硬化および強化され、性能が向上しますが、耐食性は一般にオーステナイト系ステンレス鋼よりも低くなります。

高い強度と耐摩耗性が求められる刃物、手術器具、バルブ、ベアリング、タービンブレードなどに広く使用されています。マルテンサイト系ステンレス鋼は、オーステナイト系、フェライト系、二相系、析出硬化系を含むステンレス鋼ファミリーの一部です。

マルテンサイト系ステンレス鋼の化学成分

マルテンサイト系ステンレス鋼は、主に鉄、クロム、炭素でできています。通常、12% ～ 17% のクロム (Cr) が含まれており、錆や腐食に強いです。炭素 (C) の量は、0.1% ～ 1.2% の範囲です。 

0.4%までの炭素鋼は、その強度から、ポンプ、バルブ、シャフトなどの部品によく使用されます。0.4%以上の炭素鋼は、ナイフ、外科用刃、金型など、耐摩耗性が求められる用途に適しています。

本質的にクロムニッケル合金であるオーステナイト型とは異なり、マルテンサイト系ステンレス鋼には、いくつかの特定のグレードを除いて、通常ニッケル (Ni) は含まれていません。たとえば、431 (1.4057) では靭性と延性を高めるためにニッケルが追加され、1.4418 では耐食性を高めるためにニッケルが追加されています (これもマルテンサイト系グレードの中で最高です)。 

高温での性能を向上させるために、ホウ素 (B)、コバルト (Co)、ニオブ (Nb)、チタン (Ti) などの他の元素を追加することもできます。

マルテンサイト系ステンレス鋼の特性

マルテンサイト系ステンレス鋼は非常に特殊なステンレス鋼である。マルテンサイト系ステンレス鋼の特徴である3つの主な理由は以下の通りである：

1. 熱処理後の強度と硬度が非常に高くなります。
2. オーステナイト系ステンレス鋼とは異なり、磁性があります。
3. 耐摩耗性に優れ、耐腐食性も中程度です。

マルテンサイト系ステンレス鋼の主な特性については、以下の表を参照してください。

マルテンサイト系ステンレス鋼の長所と短所

マルテンサイト系ステンレス鋼の長所と利点は以下の通りである：

1. 高い強度と硬度。
2. 耐摩耗性に優れています。
3. 穏やかな環境での腐食に耐性があります。
4. 熱処理により特性を向上できます。
5. 切削工具や刃物に適しています。

デメリットと限界は以下の通り：

1. 溶接性が悪い。
2. 低温では脆くなりやすい。
3. 過酷な環境では耐腐食性が限られます。
4. 割れを防ぐために精密な熱処理が必要です。
5. 他のステンレス鋼よりも延性が低い。

熱処理とステンレス鋼のマルテンサイト組織の形成方法 

ステンレス鋼のマルテンサイト構造は、鋼を加熱してオーステナイトを形成し、その後急速に冷却（焼入れ）して、オーステナイトを硬くて脆いマルテンサイトに拡散なしで変化させることによって形成されます。 

それは次のように起こります:

1. 加熱してオーステナイトを形成する（オーステナイト化）

鋼を高温に加熱する。通常は 925°C – 1070°C (1700°F – 1950°F)この温度では：

• 鋼の構造はオーステナイト化し、鉄原子が 面心立方格子 (FCC) 格子。
• 炭素原子 溶解する この格子内で均一に。

2. 急速冷却（焼入れ）

所望の温度に達した後、鋼は 急速に冷却されるあるいは 急冷された通常は、次のようになります。

• 油
• 空気
• 水

焼入れ媒体の選択は、特定の合金と望ましい特性によって異なります。

3. マルテンサイトの形成

焼入れ中：

• 急速冷却により 炭素原子 から 拡散する 鉄格子。
• 気温が マルテンサイト開始温度（Ms）、通常は 300°C ～ 400°C (570°F ～ 750°F)オーステナイトFCC構造は、 体心正方晶（BCT） 構造として知られている マルテンサイト.
• 温度が下がって行くにつれて変化は続く。 マルテンサイト仕上げ温度（Mf）、これは 室温以下時には 150°C ～ 200°C (300°F ～ 390°F) Ms温度以下。
• この変革は 拡散なしのプロセスつまり、原子は長距離拡散なしで位置をシフトします。

4. 靭性を向上させるための焼き入れ

軽減するために 脆さ:

• 鋼は焼き戻しを受け、低温（通常は 200℃～600℃).
• 焼き戻しにより、格子応力が緩和され炭化物が析出するため、硬度が大幅に低下することなく靭性が向上します。

マルテンサイト系ステンレス鋼

マルテンサイト系ステンレス鋼ファミリーの一般的なグレードを見てみましょう。

*1.4418 上記の表に記載されていないマルテンサイト系ステンレス鋼の中で最も耐食性が高いです。

最も一般的なマルテンサイト系ステンレス鋼種とは？

グレード 410 は、優れた耐腐食性、高強度、硬度のバランスが取れているため、最も一般的なマルテンサイト系ステンレス鋼です。また、広く入手可能でコスト効率も高いため、幅広い用途に適しています。

マルテンサイト系ステンレス鋼の用途

マルテンサイト系ステンレス鋼の一般的な業界と用途は次のとおりです。

マルテンサイト系ステンレス鋼はナイフに適しているか？ 

はい、マルテンサイト系ステンレス鋼は、硬度、耐摩耗性、鋭い刃先を保つ能力に優れているため、ナイフに適しています。

マルテンサイト系 vs. オーステナイト系 vs. フェライト系 vs. 二相系 vs. 析出硬化型ステンレス鋼

以下の表でステンレス鋼の 5 つのクラスを比較してください。

気になる情報

マルテンサイト系ステンレス鋼について理解を深めていただけたと思うが、まだ注意すべき点がいくつかある。

マルテンサイト系ステンレス鋼は錆びるか？

はい、マルテンサイト系ステンレス鋼はクロムの含有量が少ないため、特に適切なメンテナンスを行わないと錆びることがあります。 

マルテンサイト系ステンレス鋼はなぜ常に焼き入れされるのですか?

マルテンサイト系ステンレス鋼は、脆性を低減し、靭性を向上させるため、常に焼戻しが行われる。焼戻しによって内部応力が緩和され、機械的特性が向上するため、より実用に適した鋼となる。

マルテンサイト系ステンレス鋼の溶接は可能か？

マルテンサイト系ステンレス鋼の溶接は可能で あるが、亀裂が入りやすく、強度が低下しやす いので難しい。これらの問題に対処するには、適切な予熱と 溶接後の熱処理が必要である。

マルテンサイト系ステンレス鋼は磁性を持つか持たないか？

マルテンサイト系ステンレス鋼は、鉄の含有量が多く、磁性を保持するマルテンサイト結晶構造を持つため、磁性を持ちます。磁性を低下させるニッケルやその他の元素が十分に含まれていないため、磁性が維持されます。

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ステンレス鋼は磁性を持つか？

マルテンサイト系ステンレス鋼とオーステナイト系ステンレス鋼の違いは？

マルテンサイト系ステンレス鋼は硬く強度があり、熱処理も可能なため工具や刃物に最適です。一方、オーステナイト系ステンレス鋼は非磁性で耐腐食性が高く、溶接性や成形性に優れているため食品加工や医療機器に広く使用されています。

マルテンサイトとオーステナイトのどちらが強いか？

マルテンサイトは、急速冷却（焼入れ）によって形成されるより硬く脆い体心正方晶（BCT）構造のためオーステナイトよりも強度が高く、一方オーステナイトはより柔らかく延性があります。

まとめ＆さらに

この記事では、マルテンサイト系ステンレス鋼の定義、組成、特性、構造形成、グレード、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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