ステンレス鋼のくぼみ
ステンレス鋼は主に耐食性を目的として使用されますが、その耐久性と硬度により、非常に多用途に使用できる素材となっています。ステンレス鋼の硬度は、その用途を多岐にわたり左右します。
ステンレス鋼棒
鋼の用途は、工業部品、自動車部品、橋梁建設から一般消費者向け製品まで多岐にわたります。ステンレス鋼の種類を分類する方法の一つは、その組成と硬度です。
この記事では、ステンレス鋼の硬度と、硬度の向上に焦点を当ててステンレス鋼の硬度に影響を与える要因について説明します。
硬度とは何ですか?
鋼サンプルの皿穴加工
硬度とは、材料が荷重を受けた際に、局所的な塑性変形、引っかき傷、へこみなどに対して抵抗する能力のことです。ステンレス鋼の場合、硬度は材料の耐摩耗性、強度、および機械加工性に影響を与える機械的特性です。
材料の硬度は、インデンテーション試験によって決定され、貫通抵抗は所定の工具で測定されます。硬度は、硬度スケールを用いて定量化できます。
ステンレス鋼の硬度は、合金の組成、熱処理、成形方法によって大きく異なります。
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鋼の硬度はどのように測定されますか?
ステンレス鋼の硬度を試験するための標準化された方法があります。これらの試験は、ダイヤモンドまたは球状の工具による押し込みに対するステンレス鋼の耐性を測定します。
ロックウェル硬さ試験
ロックウェル硬さ試験機
ロックウェル硬さ試験では、特定の荷重と工具形状を使用します。ステンレス鋼では、ロックウェル硬さには一般的に2つの測定スケールが用いられます。1つはロックウェルC（HRC）、もう1つはロックウェルB（HRB）です。
HRBとHRCの違いはステンレス鋼の硬さにあります。HRBはより柔らかい ステンレス鋼合金グレードHRC は主に、マルテンサイト鋼などのより硬いステンレス鋼グレードに使用されます。
ロックウェル試験では、小さな荷重で圧子をステンレス鋼に押し込み、その後、より大きな荷重で圧子を押し込みます。例えば、420のようなマルテンサイト系ステンレス鋼の場合、HRC値は50以上になり、304ステンレス鋼はロックウェルB値で70～90の範囲に収まります。
ブリネル硬さ試験
ブリネル硬さ試験
ブリネル硬さ試験は、くぼみの直径を測定します。試験には硬化鋼製の丸い球を使用します。現代の試験機では、タングステンカーバイド製の球が使用されています。ブリネル硬さ試験は、比較的柔らかいステンレス鋼に適しています。
ブリネル硬度はHB値を用いています。例えば、オーステナイト系ステンレス鋼のHB値は150～200HBです。硬い材料には適していませんが、柔らかい材料には使用でき、より幅広い材料に使用できます。
ビッカース硬さ試験
ビッカース試験
ビッカース試験では、ピラミッド型のダイヤモンド圧子を用いて、制御された荷重下で圧痕を形成します。ビッカース硬度試験では、ビッカース単位（HV）を使用します。ビッカース硬度試験は、軟質ステンレス鋼と硬質ステンレス鋼の両方に適しています。
硬化ステンレス鋼にも使用でき、正確な測定が可能です。例えば、HV300を超える値を示す析出硬化ステンレス鋼にも使用でき、高い強度を示します。
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ステンレス鋼の硬度に影響を与える要因
ステンレス鋼の硬度は、その組成から熱処理、後処理方法まで、さまざまな要因によって影響を受けます。
構成
ステンレス鋼の硬度に影響を与える主な要因は化学組成です。ステンレス鋼は鉄と炭素で構成されており、クロム、ニッケル、モリブデンなどの二次合金元素が含まれています。
クロムは 10.5% ～ 30% の範囲で添加され、主に耐腐食性を高めるために添加され、ステンレス鋼を保護する酸化物層を形成します。
ニッケルは304および316グレードに多く含まれており、延性を向上させるために使用されます。ステンレス鋼の硬度に最も大きく影響するのは、合金中に含まれる炭素の量です。
粒子構造
金属合金の結晶構造
ステンレス鋼の微細構造は、合金元素と鋼の加工によって変化します。
- オーステナイト系ステンレス鋼: 304および316ステンレス鋼は面心立方構造（FCC）を有し、優れた耐摩耗性を示します。 耐食性 しかし、延性があるため硬度は低くなります。これらのFCCステンレス鋼は熱処理による硬化はできませんが、加工硬化は可能です。
- マルテンサイト系ステンレス鋼: 410や420のような鋼種は、体心正方晶構造を有しています。つまり、マルテンサイト系ステンレス鋼は、焼入れや焼戻しなどの熱処理によって硬化させることができます。
- 析出硬化鋼: これらの合金は、高い強度と硬度を実現しています。 析出硬化この方法は、熱処理後に析出物を導入する。
熱処理
熱処理はステンレス鋼の硬度を調整するプロセスです。マルテンサイト鋼や析出硬化鋼種の場合、硬度を向上させるための定番の方法です。
熱処理における焼入れ工程では、ステンレス鋼を高温から急速に冷却することで、硬化した組織を格子内に固定または固定します。ステンレス鋼を焼戻しすることで、硬度を維持しながら脆性を低減します。
304や316のようなオーステナイト系鋼種は、 CNC加工ステンレス鋼は熱処理では硬化できず、代わりに加工硬化によって強化されます。
成形工程
成形工程は、ステンレス鋼を所望の部品に成形する機械加工です。機械変形は鋼の強度と硬化にも役立ちます。
冷間加工
冷間加工プロセスは、室温での圧延、引き抜き、または曲げ（ステンレス鋼板の製造で一般的）であり、304 や 316 などのオーステナイト系ステンレス鋼グレードを加工硬化させることができます。
熱間加工
高温で行う熱間加工には多くの利点があり、その一部にはステンレス鋼の微細構造の再結晶化と応力緩和による硬度の低下などがあります。
鍛造
鍛造は、ステンレス鋼を高圧・高負荷下で成形する技術です。マルテンサイト系ステンレス鋼は鍛造後に熱処理を施すことで硬度が向上しますが、オーステナイト系ステンレス鋼の場合は中程度の加工硬化しか得られません。
ステンレス鋼の種類とその硬度、用途、特性、比較
ステンレス鋼の種類によって、成形、組成、微細構造、機械的性質によって硬度が異なります。 ステンレス鋼の特性最も一般的なステンレス鋼は化学組成に単純な変化が見られますが、これによって主な用途が変わります。
304ステンレス鋼：特性と硬度
304シリーズの300ステンレス鋼は、18%のクロムと8%のニッケルを含みます。 18-8ステンレス鋼 優れた耐食性と切削性で知られています。他のステンレス鋼に比べて硬度は比較的低いです。
304ステンレス鋼の硬度は、ロックウェル硬度Bで70～90、ブリネル硬度で150～200の範囲です。耐食性に優れているため、化学機器や食品加工機器に広く使用されています。
316ステンレス鋼：耐腐食性と硬度を向上
316Lステンレス鋼部品の特性
316 ステンレス鋼は、300 シリーズの別のオーステナイト系グレードで、耐腐食性のために 2 ～ 3% のモリブデンが含まれており、特に海洋環境や塩化物環境で使用されます。
316はロックウェルBスケールで70～90の範囲に相当します。主に船舶、海洋環境、医療機器に使用されます。 外科用ステンレス 外科用器具に使用されているためです。
420ステンレス鋼：高硬度用途
マルテンサイト系 420 ステンレス鋼は炭素含有量が高く、熱処理によって硬度が高くなります。420 はロックウェル C スケールで 50 ～ 55 の硬度に達することができます。
硬度が高いほど耐摩耗性に優れ、外科用器具やバルブなどに使用されます。ただし、耐食性は316ステンレス鋼や304ステンレス鋼に比べてはるかに低くなります。
410ステンレス鋼：硬度と靭性のバランス
410ステンレス鋼もマルテンサイト系ステンレス鋼の一種で、420よりも炭素含有量が低く、硬度は中程度です。熱処理後の硬度はHRCで30～40です。耐食性と硬化特性のバランスに優れています。
サージカルスチールとステンレススチールのどちらが良いですか?
これは、100 種類の鋼の特性と機能を検討した後の疑問かもしれません。どちらが優れているということはありません。唯一の違いは、特定の用途への適合性です。これは、XNUMX 種類以上の材料を扱ってきた長年の経験に裏打ちされた当社の考えです。
サージカルスチールとステンレススチールは、用途が広く、耐腐食性があり、耐久性に優れています。これらは類似点の一部にすぎませんが、素材には違いもあり、どのタイプを使用するかを決める際に役立ちます。
違いは、材料の特性や性質を決定づける特定の合金成分にある。
ステンレス鋼の硬度と外科用鋼の硬度の比較
外科用鋼とステンレス鋼はどちらも高い耐久性と耐食性を備えていますが、硬度は使用されるグレードや組成によって異なります。外科用鋼は、医療、産業、衛生用途向けに設計されたステンレス鋼の一種で、強度、錆びにくさ、表面性能を向上させるための添加元素が含まれていることがよくあります。一方、標準的なステンレス鋼は、建築、調理器具、製造業など、さまざまな用途に使用できる多くのグレードがあり、外科用鋼よりも柔らかいものや硬いものもあります。
両材料は異なる目的で製造されるため、どちらかが普遍的に他方よりも硬いということはなく、全体的な性能は合金の品質、熱処理、および用途によって異なります。
ステンレス鋼の硬度向上
金属加工業者はステンレス鋼の硬度を高めるためにいくつかの方法を使用します。
- 熱処理： 410 や 420 などのマルテンサイト グレードの場合、焼入れと焼戻しによって硬度が大幅に向上し、硬いマルテンサイト構造を形成できると同時に、焼戻しによって脆さが低減します。
- 加工硬化: 冷間加工によりオーステナイト系鋼の硬度と引張強度が向上します。
- 降水量: 析出硬化ステンレス鋼は、熱処理後に析出物を形成し、耐食性を犠牲にすることなく強度と硬度を高めます。
- 合金化: ステンレス鋼の炭素含有量を増やすと、硬度と耐摩耗性が大幅に向上します。Cアルボン鋼とステンレス鋼 強度が大きく異なります。モリブデンを使用することでも同様の効果が得られます。
結論
ステンレス鋼の硬度は、ステンレス鋼の用途と適合性を決定する最も重要な特性の一つです。化学組成、結晶構造、熱処理、成形など、硬度に影響を与える要因を理解することで、適切なステンレス鋼グレードを選択することができます。
熱処理などの技術によりステンレス鋼の硬度を高めることができますが、一部の熱処理方法は特定のグレードのステンレス鋼には効果がない可能性があるため、ステンレス鋼の微細構造と合金元素には注意する必要があります。
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FAQ
304ステンレス鋼の硬度はどれくらいですか?
ステンレス鋼 304 の硬度は、ロックウェル B で 70 ～ 90 です。この範囲は、硬度にばらつきが生じる可能性のある加工硬化方法によって生じます。
304 ステンレス鋼と 316 ステンレス鋼ではどちらが硬いですか?
304と316はどちらも硬度が70～90HRBとほぼ同じですが、一般的には304ステンレス鋼の方が硬いです。
304ステンレス鋼は硬いですか、それとも柔らかいですか?
304 ステンレス鋼は炭素含有量の低い軟鋼で、HRB は 70 ～ 90 です。
ステンレス鋼はどのように硬化するのでしょうか?
ステンレス鋼は、熱処理、加工硬化、析出硬化などの方法で硬化させることができます。これらの方法は、ステンレス鋼の微細構造に大きく依存します。