アイシ 420 ステンレス鋼: プロパティ, 利点, & アプリケーション

1. 導入

アイシ 420 ステンレス鋼 (x20cr13 / 1.4021) 中炭素マルテンシトーティックです ステンレス鋼 それは400シリーズのステンレス鋼に属します.

このシリーズは、そのマルテンサイト微細構造で知られています, これらの鋼に特徴的な硬度と強さを与えます.

他のステンレス鋼の種類と比較して, ステンレス鋼Aisi 420 耐食性と硬度のユニークなバランスを提供します.

そのようなオーステナイトステンレス鋼の腐食抵抗と一致しないかもしれませんが 304 または 316, それははるかに高くすることができます, 耐摩耗性が非常に重要なアプリケーションに理想的にする.

この記事の目的は、AISIを包括的かつ詳細に見ることです 420 ステンレス鋼.

その化学組成を探ります, 物理的および機械的特性, 腐食と耐熱性パフォーマンス,

熱処理プロセス, 製造と機械性, アプリケーション, 利点, 制限, 他の関連する鉄鋼グレードと比較分析を実施します.

2. AISIの化学組成 420 ステンレス鋼

アイシ 420 ステンレス鋼はに属します マルテンサイト 400シリーズのブラン​​チ, ハードを形成する能力によって定義されます, クエンチングの針状のマルテンサイト相.

その名目上の構成 (wt％で) 中心:

3. 物理的な & AISIの機械的特性 420 ステンレス鋼

アイシ 420 ステンレス鋼は、高強度と中程度の延性と優れた耐摩耗性を組み合わせています.

重要なプロパティを以下にまとめます, SiとImperialユニットの両方を使用して、エンジニアリングの汎用性を使用します.

4. 腐食 & 耐熱性パフォーマンス

一般的な腐食抵抗

アイシ 420 ステンレス鋼は、穏やかな環境で良好な一般的な腐食抵抗を提供します. 屋内の雰囲気で, それは大幅な腐食なしで長期間の完全性を維持することができます.

また、多くの非攻撃的な化学物質や溶液の腐食効果に抵抗することができます,

食品加工や軽量製造などの業界でのさまざまなアプリケーションに適しています.

クロムによって形成される受動的酸化物層は、酸化と一般的な腐食に対する効果的な保護を提供します.

しかし, この保護は、より積極的な環境で侵害される可能性があります.

ピッティングと隙間抵抗

ステンレス鋼AISIの制限の1つ 420 比較的低い孔食と隙間抵抗です, 特に塩化物を含む環境で.

塩化物イオンは、受動的な酸化物層に浸透する可能性があります, 局所故障と鋼の表面にピットの形成を引き起こす.

隙間, ガスケットで見つかったものなど, ボルト, または重複する金属表面, このプロセスをさらに加速できます.

これらの領域で, 塩化物イオンは濃縮される可能性があります, より深刻な腐食につながります.

アイシ 420 適切な保護対策なしに海水またはその他の高塩素化溶液への継続的な曝露にはお勧めしません, 表面処理や腐食阻害剤の使用など.

高温スケーリングと酸化

アイシ 420 ステンレス鋼は、大幅なスケーリングや酸化なしで、約400°Cまでの高温に耐えることができます.

これらの温度で, 受動的な酸化物層は安定したままであり、基礎となる金属を保護し続けています.

しかし, 温度が400°Cを超えると, 酸化速度が加速します, そして、鋼は厚い酸化物のスケールを形成し始めるかもしれません.

このスケールは剥がれる可能性があります, 新鮮な金属をさらなる酸化にさらします, また、鋼の機械的特性にも影響を与える可能性があります.

より高い温度が関係するアプリケーションで, 代替材料または熱耐性コーティングが必要になる場合があります.

腐食性能を向上させるための表面処理

AISIの耐食性を改善するため 420 ステンレス鋼, いくつかの表面処理を適用できます:

• 危険性: このプロセスには、鋼の表面から汚染物質を除去し、より均一で保護的な受動的酸化物層の形成を促進する化学洗浄が含まれます.
  不動態化は、AISIの腐食抵抗を大幅に向上させることができます 420, 特に軽度から適度に腐食性の環境で.
• 電気めっき: 電気めっきAISI 420 ニッケルやクロムなどの腐食耐性金属を備えたステンレス鋼は、追加の保護層を提供できます.
  メッキ層は障壁として機能します, 下にある鋼が腐食性物質と接触するのを防ぐ.
• コーティング: 有機または無機コーティングの塗布, 塗料やセラミックコーティングなど, また、AISIの耐食性を改善することもできます 420.
  これらのコーティングは物理的な障壁を提供することができ、腐食も含まれている可能性があります - 阻害色素.

5. AISIの熱処理 420 ステンレス鋼

アニーリングおよびストレスリリーフサイクル

アニーリングは、AISIにとって重要な熱処理プロセスです 420 ステンレス鋼. アニーリングの目的は、鋼を柔らかくすることです, その機密性を向上させます, 内部ストレスを緩和します.

• プロセス: スチールはの範囲の温度に加熱されます 800 - 900°C, この温度で保持されます 1-2 完全な再結晶を可能にする時間, そして、炉でゆっくりと冷却されました.
  この遅い冷却速度は、内部ストレスの形成を防ぐのに役立ちます.
• 利点: アニールされたステンレス鋼Aisi 420 機械と形成が簡単です, その後の製造業に適しています.
  また、より均一な微細構造もあります, 全体的な機械的特性を改善できます.

ストレスリリーフサイクルは、機械加工などのプロセスの後にしばしば実行されます, 溶接, またはコールドワーク.

鋼は低温に加熱されます (通常は周りに 600 - 700°C), しばらく開催されます, そしてゆっくりと冷却しました.

このプロセスは、これらの操作中に生成された内部ストレスを緩和するのに役立ちます, コンポーネントの寸法安定性を割ることと改善のリスクを減らす.

メディアと冷却速度の効果を消光します

クエンチングは、AISIの熱処理における重要なステップです 420 その高い硬度を達成するためのステンレス鋼.

クエンチングメディアの選択は、スチールの特性に大きな影響を与える可能性があります:

• オイル消光: オイルは、AISIに一般的に使用される消光媒体です 420.
  中程度の冷却速度を提供します, これは、過度の内部ストレスや亀裂を避けるのに役立ちます.
  オイル消光は、ほとんどのAISIに適しています 420 ステンレス鋼のコンポーネントと、高い硬度と良好な機械的特性をもたらす可能性があります.
• 空気消光: エアクエンチングは、AISIの薄いセクションに使用できます 420.
  しかし, その結果、オイルの消光と比較して冷却速度が低くなります, これは、硬度が低く、微細構造が異なる場合があります.
  エアクエンチーズAISI 420 ステンレス鋼は、わずかに低い硬度とより良い靭性が望まれるアプリケーションにより適している場合があります.

消光中の冷却速度は、マルテンサイトの形成に影響します.

より速い冷却速度は、マルテンサイトのより高い割合とより高い硬度につながります, しかし、それはまた、内部ストレスの発生によりひび割れのリスクを高めます.

さまざまな温度での抑制

AISIの硬度と靭性のバランスをとるために、消光後に焼き戻しが行われます 420 ステンレス鋼:

• 低温焼き込み (150 - 200°C): これは主に内部ストレスを緩和し、高レベルの硬度を保持しながら、消費された鋼の脆性をわずかに減らすのに役立ちます.
  低温焼きaisi 420 最大の硬度と耐摩耗性が必要なアプリケーションによく使用されます, 切削工具など.
• 高温抑制 (300 - 400°C): 高温での和解は、鋼の硬さをさらに低下させますが、その靭性と延性を大幅に改善します.
  高温焼きaisi 420 強度の組み合わせであるアプリケーションに適しています, タフネス, そして、良い耐衝撃性が必要です,
  動的荷重にさらされた構造コンポーネントや部品など.

6. 製造 & AISIの加工性 420 ステンレス鋼

溶接の考慮事項

溶接ステンレス鋼Aisi 420 急な状態での硬度と延性が低いために挑戦的になる可能性があります. ここにいくつかの重要な考慮事項があります:

• 予熱: 材料をの範囲の温度に予熱する 200 - 溶接前の300°Cが不可欠です.
  これは、溶接プロセス中に溶接領域と塩基金属間の温度勾配を最小限に抑えることにより、亀裂のリスクを減らすのに役立ちます.
• インターパス温度: 周囲のインターパス温度を維持します 200 - 溶接中の300°Cも重要です.
  これにより、溶接領域が適切な温度にとどまり、亀裂の可能性が低下することが保証されます.
• フィラー金属選択: AISIと同様の化学組成を持つフィラー金属 420 ステンレス鋼, ER410やER420など, 通常使用されます.
  これらのフィラーメタルは、溶接の品質とベースメタルとの互換性を確保するのに役立ちます.

加工性

• 加工性評価: アイシ 420 ステンレス鋼の機械加工性評価は約です 60% B1112の, つまり、機械加工が適度に困難です, 特に熱処理された状態で.
  その硬度が高いと、迅速なツールの摩耗を引き起こし、切断操作をより困難にする可能性があります.
• ツールの推奨事項: AISIの機械加工には、高速スチールまたは炭化物先端のツールをお勧めします 420.
  炭化物ツールは高速加工により適しており、切断プロセス中に発生した高温に耐えることができます.
• 切断パラメーター: Aisiを機械加工するとき 420 ステンレス鋼, 適切な切断速度とフィードを選択する必要があります.
  例えば, 炭化物ツールで回転するとき, の切断速度 60 - 90 m/minとの供給速度 0.1 - 0.2 MM/Revがよく使用されます.
  より正確な機械加工操作には、より低い切断速度とフィードが必要になる場合があります.

形成と曲げ

• 制限: アイシ 420 ステンレス鋼は、オーステナイトのステンレス鋼と比較して延性が低い, 特に硬化した状態で.
  これにより、形成して曲がるのがより困難になります. 薄いセクションでは、適切な潤滑剤でコールドフォーミングが可能です, しかし、厚いセクションの場合, ホットフォーミングが必要になる場合があります.
• ホットフォーミング: ホットフォーミングアイシ 420 再結晶温度を超える温度に鋼を加熱することを伴います (通常は周りに 800 - 900°C) そして、それを形作ります.
  このプロセスは、より大きな形成性を可能にしますが、鋼の機械的特性に影響を与えるのを避けるために、温度と冷却速度を慎重に制御する必要があります.

表面仕上げ

• 研削: 研削は、在庫を削除し、AISIの望ましい形状と寸法精度を達成するために使用されます 420 ステンレス鋼コンポーネント.
  材料と必要な表面仕上げに応じて、さまざまな種類の研削輪を使用できます.
• 研磨: 滑らかな表面仕上げを得るために、研磨が行われます, これは、カトラリーなどのアプリケーションにとって重要です, 医療機器, または装飾コンポーネント.
  さまざまな研磨技術, バフやエレクトロポリッシングなど, 使用できます.
• 危険性: 前述のとおり, 不動態化は、AISIの耐食性を高めるのに役立つ表面仕上げの一種でもあります 420.
  表面をきれいにし、保護酸化物層の形成を促進するための化学処理が含まれます.

7. AISIのアプリケーション 420 ステンレス鋼

カトラリー産業

• アプリケーションパーツ: 包丁, フォーク, スプーン, そしてステーキナイフ.
  これらの調理器具は、AISI 420の鋭いエッジを保持し、定期的に使用中に食物酸からの腐食に抵抗する能力の恩恵を受けます.

医療分野

• アプリケーションパーツ: メス, 鉗子, 閉じ込め, 外科的ハサミ.
  アイシの高い硬度 420 正確な切断エッジを可能にします, その腐食抵抗は、機器が繰り返しの滅菌プロセスに耐えることができることを保証しますが.

食品および飲み物

• アプリケーションパーツ: バルブ, パンプス, 混合ブレード, コンベアコンポーネント.
  アイシ 420 酸性ジュースのような食品からの腐食に耐えます, 乳製品, そして塩辛い塩水, そして、その耐摩耗性は、食物粒子と接触する部品に適しています.

化学処理

• アプリケーションパーツ: パンプス, バルブ, 非高度に腐食性の化学物質を処理するためのフィッティング.
  加工環境における軽度の酸とアルカリの化学攻撃に耐えることができます.

産業機械

• アプリケーションパーツ: ベアリング, ギア, カム, スライド, パッドを着用します.
  アイシの高い硬度 420 ステンレス鋼では、これらの部品が高負荷に耐えることができます, 摩擦, 建設や製造機器などの頑丈な機械を着用する.

自動車コンポーネント

• アプリケーションパーツ: 小さなエンジン部品, クラッチコンポーネント, そしていくつかの留め具.
  強度の組み合わせ, 硬度, 中程度の腐食抵抗により、さまざまな自動車用途に適しています.

テキスタイル機械

• アプリケーションパーツ: ガイドバー, 刃を切る, 紡錘.
  AISI 420の耐摩耗性は、これらの部品が繊維生産プロセスでの長期間の使用にわたって機能を維持するのに役立ちます.

8. 利点 & AISIの制限 420 ステンレス鋼

アイシ 420 ステンレス鋼は、独自の組み合わせを提供します 硬度, 耐摩耗性, そして 中程度の腐食保護, 必要なアプリケーションに人気のあるマルテンサイトグレードにします 耐久性とエッジ保持.

しかし, その使用には、重要なコンポーネントを選択する際にエンジニアとメーカーが考慮しなければならない特定のトレードオフが付属しています.

AISIの利点 420 ステンレス鋼

高い硬度

熱処理後, アイシ 420 ステンレス鋼は、HRC 50–55のロックウェルC硬度レベルを達成できます, 切削工具に理想的にします, 部品を着用します, とカビ.

優れた耐摩耗性

その高い炭素含有量とマルテンサイト構造のおかげです, アイシ 420 耐摩耗性と表面の劣化に対する強い抵抗を提供します, ハイウィア環境に適しています.

優れた機械性

周囲の加工性評価を備えています 60% (AISI B1112と比較), アイシ 420 多くの高合金ステンレス鋼よりも機械加工が簡単です, 生産効率に魅力的にします.

ポリッシュ性

このグレードは、鏡のような仕上げに磨くことができます, これは、手術ツールなどの用途で特に重要です, カトラリー, および装飾的な部分.

中程度の腐食抵抗

オーステナイトグレードほど耐性耐性ではありませんが, アイシ 420 ステンレス鋼は、軽度の雰囲気でうまく機能します, 淡水, そして、特に磨かれた、またはパッシブ化された場合、軽く腐食性の産業設定.

費用対効果

アイシ 420 一般に、高度な合金ステンレス鋼よりも手頃な価格です 316 または440c, 予算とパフォーマンスをバランスをとる必要があるときに実用的な選択にする.

AISIの制限 420 ステンレス鋼

低腐食抵抗

などのオーステナイトのステンレス鋼と比較して 304 または 316, アイシ 420 塩化物に対する耐性は少ない, 酸, および海洋環境, 孔食と隙間の腐食が発生する可能性があります.

硬度が高くなる靭性が低下しました

硬度が増加するにつれて, 鋼はより脆くなります. これにより、重い衝撃や突然の負荷を含むアプリケーションには適していません.

熱感度

上記の温度への長時間の曝露 400 °Cは、粒子の成長と表面スケーリングにつながる可能性があります, 機械的および腐食性能の両方を減らします.

限られた溶接性

マルテンサイト構造のため, アイシ 420 ステンレス鋼では、溶接操作中の亀裂や特性の劣化を避けるために、予熱と溶接後の熱処理が必要です.

腐食性の高い環境には理想的ではありません

特別なコーティングや治療なし, アイシ 420 攻撃的な化学環境や塩化物との長期接触が予想される場合は使用しないでください.

9. AISIの国際ブランド 420 ステンレス鋼

10. AISIの比較分析 420 ステンレス鋼

11. 結論

アイシ 420 ステンレス鋼はaを提供します 汎用性, 硬化性, そして 費用対効果 中程度の腐食抵抗と高摩耗性能を交差させる場所はどこでも.

それを理解することによって 化学メイク, 処理要件, そして アプリケーションニッチ, エンジニアは展開できます 420 切削工具のパフォーマンスと予算の両方を最適化する, バルブ, コンポーネントを着用します.

添加剤の製造と高度なコーティングが進化するにつれて, アイシ 420 ステンレス鋼の役割は、さらに厳しいサービス環境に拡大する可能性があります.

 

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