1. 導入
1.4021 マルテンサイト系ステンレス鋼の名称で広く知られています。 X20Cr13 一般的に相互参照されるのは、 AISI 420 サプライヤーの資料に記載されている.
熱処理により硬化できるクロムステンレス鋼の一種です。, そのため、一般的な耐食性のために使用される、より一般的なオーステナイト系グレードとは根本的に異なります。.
実際に, 1.4021 設計者が適度な耐食性の組み合わせを必要とする場合に選択されます。, 高い硬度の可能性, 最大の腐食性能ではなく有用な耐摩耗性.
カトラリーは素材が特に重要, ブレード, ポンプシャフト, 油圧コンポーネント, 機械, そして装飾パーツも, 特性バランスが良く、強度が求められる部品に適しているため, ポリッシュ可能, 中程度の腐食環境でも使用可能.
それが背後にある中心的な考え方です 1.4021: 普遍的なステンレス鋼ではありません, ただし、技術的にターゲットを絞ったもの.
2. とは何ですか 1.4021 ステンレス鋼?
1.4021 です マルテンサイトクロム ステンレス鋼 中にクロムが含まれている 12–14％ 範囲とカーボン 0.16–0.25% 範囲.
サプライヤーのデータシートでは、これを、構造用途および締結用途に焼き入れおよび焼き戻しした状態で使用される硬化性鋼と説明しています。 中程度の腐食抵抗 必要です.
刃物鋼とも言われます。, これは、熱処理後に比較的高い硬度を達成できる能力を反映しています。.
このグレードは強磁性です, 良好な機械加工性と鍛造性を持っています, までの使用に適しています 550–600°C 検討中の物件に応じて.
あるデータシートには、「最大スケール耐性がある」と記載されています。 1100 °F,』についてです。 593℃, 一方、別の研究者は、酸化性雰囲気に対する優れた耐性を指摘しています。 600℃.
これらの値は、次の考えと一致しています。 1.4021 実用的な熱間加工ステンレスです, ただし、高温腐食合金ではありません.
コアの特性
実用レベルでは, 1.4021 4つの点で評価されています:
- それは可能です 硬化 高い強度と硬度を実現,
- 1.4021 ステンレス鋼には 中程度の腐食抵抗 塩化物を含まない培地で,
- それは可能です 高光沢仕上げに研磨,
- それは 磁気, アプリケーションに応じて、役立つ場合もあれば望ましくない場合もある.
3. 化学組成と材料の正体
| 要素 | 典型的な範囲 1.4021 | 合金における役割 |
| 炭素 (C) | 0.16–0.25% | 硬化とより高い最終硬度が可能になります. |
| クロム (Cr) | 12.0–14.0% | ステンレスの特性と耐酸化性を提供します. |
| マンガン (ん) | ≤ 1.50% | 脱酸素と処理バランスをサポート. |
| シリコン (そして) | ≤ 1.00% | 製鋼を助け、強度に適度に貢献します. |
| リン (P) | ≤ 0.040% | 脆性を避けるために低く保たれます. |
| 硫黄 (S) | ≤ 0.030% | 低く保つ; 一部の製品形態では、制御された硫黄が機械加工性のために使用される場合があります. |
| 鉄 (鉄) | バランス | 鋼の母材要素. |
4. の物理的および機械的特性 1.4021 ステンレス鋼
の特性 1.4021 熱処理条件に大きく依存します. 焼きなまし状態では比較的加工しやすい; 焼き入れと焼き戻しを行うと、より硬く、より強くなります。.
以下の表は、公開されているデータシートからの代表的な室温値をまとめたものです。.
物理的特性
| 財産 | 代表値 | 注意事項 |
| 密度 | 7.70–7.73 g/cm3 | 緻密なマルテンサイト系ステンレス鋼, クロム鋼に典型的な. |
| 弾性率 | 215–216GPa | オーステナイト系ステンレス鋼に比べて比較的硬い. |
| 熱伝導率 | 30 W/m・K | ステンレス製としては適度な熱伝導. |
| 比熱 | 460 J/kg・K | このグレードファミリーの典型的な熱容量. |
| 熱膨張係数 | について 10.5 ×10⁻⁶/°C (20–100°C) | オーステナイト系ステンレス鋼よりも低い, 寸法安定性を助ける. |
| 磁気応答 | はい | 標準状態では強磁性. |
機械的性質
| 状態 | 降伏強さ | 抗張力 | 伸長 | 硬度 | 注意事項 |
| 焼き鈍し / 柔らかい状態 | —— | くらいまで 760 MPamax | —— | くらいまで 230 HB最大 | 最終硬化前の機械加工や成形に最適. |
| +QT700 | ≥ 500 MPa | 700–850MPa | ≥ 13% | —— | 良好な靭性を備えたバランスのとれた硬化状態. |
| +QT800 | ≥ 600 MPa | 800–950 MPa | ≥ 12% | —— | より高い強度/硬度, 延性がわずかに低い. |
5. 熱処理, 硬化, および微細構造
熱処理
1.4021 です マルテンサイトステンレス鋼, そのため、その性能は、受け取ったときの状態だけではなく、熱処理サイクルによって左右されます。.
焼きなまし状態で, より柔らかくて作業しやすいです; 消光と焼き戻しの後, より硬く強い材料に変わります.
この焼入性がこの材種がブレードに使用される主な理由です, シャフト, ファスナー, およびその他の摩耗しやすいコンポーネント.
公開されているデータシートには、次の温度に保持することによって得られる軟化焼きなまし状態が記載されています。 745–825℃ その後ゆっくり空冷する, 程度に加熱して硬化させながら 950–1050℃ 空冷または油中で冷却.
硬化
得られる微細構造は、焼入れ後は基本的にマルテンサイトになります。, 焼き戻しステップは、硬度と靭性のバランスを調整するために使用されます。.
実用的な生産に向けて, 焼き戻し範囲はターゲットのプロパティセットに従って選択されます: ある情報源が提供する QT700 で 650–750°C そして QT800 で 600–700°C, 一方、望ましい強度が焼き戻し温度を決定するという意見もあります。.
これは「万能」な合金ではありません; 熱処理によって最終的な挙動が意図的に設計された材料です。.
微細構造
冶金学的に重要な詳細は脆化ウィンドウです. データシートでは、次の範囲が次のとおりであると警告しています。 400°Cおよび600°C 望ましくない相が析出し、脆化が発生する可能性があるため、避ける必要があります。.
つまり、合金を非常に硬くすることができるということです, しかし、熱規律を持って対処する必要もあります.
言い換えると, 同じ熱処理感度を備えています。 1.4021 便利であると同時に、プロセスの管理が不十分な場合には容赦なくなります。.
溶接関連の微細構造挙動も同じロジックに従います. 溶接後, ワークピースはマルテンサイト開始領域以下まで冷却する必要があります, 約 120℃, テンパリング前.
これにより、亀裂のリスクが軽減され、熱影響部のより安定した特性バランスが回復されます。.
2 番目の情報源によると、この材種は空気硬化特性のため、一般的には溶接されません。, これは、入熱と冷却履歴が最終パフォーマンスに大きな影響を与えると言い換えることができます。.
熱処理の概要
| 処理状態 | 典型的な状態 | 冶金効果 | エンジニアリング上の結果 |
| 軟質焼鈍 | 745–825℃, ゆっくりとした空冷 | より柔らかいマルテンサイト前駆体構造 | 機械加工性と成形性の向上. |
| 硬化 | 950–1050℃, その後空気/油焼き入れ | マルテンサイト形成 | 硬度と強度が大幅に上昇. |
| QT700のテンパリング | 650–750°C | 脆性を軽減します, 最終的な強度レベルを設定します | バランスの取れた強度と靭性. |
| QT800のテンパリング | 600–700°C | より高い強度/硬度, 延性がわずかに劣る | より強力だがより厳しい使用条件. |
6. さまざまな環境における腐食性能
1.4021 ステンレス鋼のオファー 適度 耐食性, などのオーステナイトグレードに関連する広範な耐腐食性ではありません。 304 または 316.
あるデータシートには、中程度の腐食性環境でも良好な性能を発揮すると記載されています。, 塩化物を含まない 石鹸などの環境, 洗剤, 有機酸と, 一方、別の人は大気に対する抵抗を指摘しています, 淡水, 希酸, とアルカリ.
それは便利です, しかし普遍的ではない. この合金にも明らかな限界がある.
スイススチールは次のように述べています。 納品されたままの状態または溶接されたままの状態では粒界腐食に対して耐性がありません, そして 1.4021 したがって、溶接化学サービスでは腐食専門のステンレス鋼のように扱うべきではありません。.
表面が細かく研磨または研磨されている場合、その腐食性能は最高になります。, ある情報源は、表面を細かく研磨または研磨すると最適な耐食性が得られると明確に指摘しています。.
腐食の観点
- 雰囲気的には良い, 淡水, 希酸, アルカリ, 石鹸, 洗剤, 有機酸と.
- 塩化物を多く含むサービスや腐食性の強いサービスには適していません.
- 表面仕上げが重要: 磨かれた表面はより優れたパフォーマンスを発揮します.
- 溶接および配送状態は適切に管理されないと耐食性が低下する可能性があります.
7. 製作, 溶接, および機械加工に関する考慮事項
製造動作
1.4021 マルテンサイト系ステンレス鋼です, そのため、その製造挙動は硬度レベルと熱履歴に密接に関係しています。.
アニール状態で, 比較的実行可能です, サプライヤーのデータでは、鍛造性が良好であると記載されています, 可能な限り冷間成形, 加工性も良好.
同じデータシートには、高温環境でも使用できることも記載されています。- および冷間圧延板, ストリップ, バー, ワイヤー, セクション, そして明るい製品, これはかなり広い工業処理ウィンドウを反映しています.
実践的な考え方 1.4021 これですか: 製造上の意味では「難しい」ステンレス鋼ではありません, しかし、それは軟質オーステナイトグレードでもありません.
硬さによって加工性が大きく変わります, 最終的な特性目標は、成形または機械加工を開始する前に決定する必要があります。.
そのため, 製造計画と熱処理計画は、2 つの別々のステップではなく、1 つの結合された問題として扱う必要があります。.
鍛造と熱間加工
この材種では熱間加工が十分に確立されています. あるデータシートでは、約 100 ℃まで徐々に加熱することを推奨しています。 850℃, その後、より速く加熱して、 1150–1180℃, 間で鍛造が行われます。 1100°Cおよび900°C, その後ゆっくりと冷却して、制御された構造の発達を促進します.
別の情報源によると、このグレードは構造用途やファスナー用途でうまく使用されており、良好な鍛造性を備えています。.
これらの詳細は次のことを示しています 1.4021 鍛造によく反応します, ただし、温度管理が徹底されている場合に限ります。.
溶接
気軽に溶接練習をすることができるグレードではありません.
理由は構造的なもの: マルテンサイト鋼として, 冷却中に硬化する可能性があります, 予熱と焼き戻しを正しく使用しないと、溶接部が脆くなり、特性の不均衡が生じるリスクが高まります。.
別のデータシートはさらに率直です, それを述べている 1.4021 空気硬化特性のため「一般的に溶接されない」.
実際的なポイントは明らかです: 溶接は可能です, しかし、それは管理された冶金操作として計画されるべきです, 単なる参加ステップではなく.
機械加工
機械加工性は、 1.4021. Swiss Steel は、この材種は良好な被削性を持っていると説明しています, そしてティッセンクルップは、同じ硬度の炭素鋼と同様に加工できると述べています。.
つまり、機械加工の負担は、ステンレス鋼の異常な挙動ではなく、硬度レベルによって大きく左右されるということです。.
実際に, そのため、この合金は、最終硬化前に機械加工されることが予想される部品や、寸法制御が依然として重要な焼き戻し状態で使用される部品にとって特に魅力的です。.
表面仕上げと研磨性
表面仕上げ 単なる化粧品以上のものです 1.4021; 腐食性能にも影響します.
サプライヤーの文書には、ナイフブレードのバージョンは高光沢仕上げまで研磨でき、表面を細かく研磨または研磨すると最適な耐食性が得られると記載されています。.
これにより、表面仕上げは最終的な装飾ステップではなく、デザインの機能的な部分になります。.
これは特にカトラリーに当てはまります, 装飾部品, 目に見える機械部品.
より滑らかな表面は回転しません 1.4021 腐食に特化したステンレス鋼に, しかし、それは合金がその意図された使用範囲内で可能な限り最高のレベルに近づくのに役立ちます.
8. の長所と短所 1.4021 ステンレス鋼
利点
1.4021 ステンレスの魅力は、 ハーデン剤, 良好な機械加工性, 仕上げ可能な表面.
マルテンサイト系ステンレス鋼として, オーステナイトグレードよりもはるかに高い硬度と強度に熱処理することができます, ブレードに適したものにする, シャフト, ファスナー, 磨耗しやすい部品.
公表されたデータは、環境の硬化した状態を示しています。 QT700～QT800 引張強さの範囲はおおよそ以下です 700–950 MPa, 気質に応じて.
ステンレス鋼は機械加工も比較的容易であり、高光沢仕上げまで研磨することができます。, それが刃物に使用される理由です, 装飾部品, および精密機械部品.
その磁気応答は一部の用途にも役立ちます. 中程度に攻撃的, 塩化物を含まない環境, 許容可能な耐食性を提供します.
短所
その主な制限は次のとおりです 中程度の耐食性のみ. などのオーステナイト系グレードの代替品ではありません。 304 または 316 塩化物が豊富な環境または腐食性の強い環境での使用.
それはまた、 納品されたままの状態または溶接されたままの状態では粒界腐食に対して耐性がありません, そのため、溶接と熱履歴は慎重に管理する必要があります.
したがって、この合金は、 機械的性能を高める硬化ステンレス鋼, 一般的な耐食ステンレスではありません.
9. の産業用途 1.4021 ステンレス鋼
1.4021 ステンレス鋼は最も耐食性の高いステンレス鋼であるため、主に選択されません。.
硬化できるので選ばれます, 磨かれた, 強度が必要な部品に機械加工されます, 耐摩耗性, 中程度の攻撃的な環境でも良好なステンレス表面を維持.
典型的なユースケース
- ナイフと刃物
- 外科用および歯科用器具
- ポンプ シャフトと油圧部品
- ファスナーと機械部品
- 金型, 死ぬ, およびツール要素
- 装飾的なステンレス部品
- 自動車および石油化学ハードウェア
10. 国際規格における同等グレード
| 標準システム | 相当グレード | 注意事項 |
| で / から | 1.4021 / X20Cr13 | ヨーロッパの主な指定 |
| AISI / ASTM | 420 (420A型 / 420B) | 最も近い同等物; 構成の重なりはわずかに異なります |
| 私たち | S42000 | 統一された番号体系の指定 |
| 彼 (日本) | SUS420J1 / SUS420J2 | J2 はカーボンが多い, 高硬度バージョンに近い |
| GB (中国) | 20CR13 | 中国の標準体系における直接の同等物 |
| ISO | X20Cr13 | 調和された国際呼称 |
11. 他のステンレス鋼との比較
| 財産 | 1.4021 (X20Cr13 / 420 タイプ) | 304 (1.4301) | 316 (1.4401) | 430 (1.4016) |
| ステンレス鋼ファミリー | マルテンサイト系 | オーステナイト系 | オーステナイト系 | フェライト系 |
| キーの合金化 / 構造 | 約12～14%のCr, 0.16–0.25%C; 磁性があり熱処理可能 | だいたい 18% Cr / 8% で; 通常の意味で非硬化性 | 耐塩化物性を向上させるモリブデンを添加したクロムニッケルステンレス | ストレートクロムステンレス、約 16–18％Cr; 非硬化性 フェライト構造 |
| 硬化挙動 | 焼き入れ焼き戻しにより硬化可能 | 熱処理で硬化しない; 主に冷間加工によって強化される | 焼き入れでは硬化しない; 主に冷間加工と製品形状による強度 | 熱処理で硬化しない |
耐食性 |
適度; 雰囲気にぴったり, 淡水, 希酸・希アルカリ, 石鹸, 洗剤, 有機酸と | 良好な一般的な腐食抵抗; より良い 1.4021 ほとんどの水系サービスで | より耐塩化物性が強い 304 そしてそれよりもはるかに優れています 1.4021 湿潤/腐食サービス用 | 中程度の耐食性; 下に 304/316 積極的な環境で |
| 製作 / 溶接 | 機械加工および鍛造可能; 溶接は寛容性が低く、多くの場合予熱/事後焼き戻し制御が必要です | 優れた成形性、溶接性 | すぐに形成される, 溶接された, はんだ付け, そして切る | 良好な成形性, ただし、過酷な製造や溶接作業においてはオーステナイトグレードよりも堅牢性が劣ります。 |
| 一般的な配置 | 刃物用耐摩耗性ステンレス, シャフト, ツール, 中程度の腐食性の機械部品 | 汎用耐食ステンレス | 耐塩化腐食ステンレス | 中程度の腐食および装飾/家電用途向けの低コストのフェライト系ステンレス |
12. 結論
1.4021 ステンレス鋼, またはX20Cr13, 非常に明確な技術的目的を備えたマルテンサイト系クロムステンレス鋼です。: 焼入性を兼ね備える, 中程度の腐食抵抗, 耐摩耗性, 単一グレードで良好な研磨性.
その密度, モジュラス, 磁気応答により、堅牢なエンジニアリング金属になります。, 一方、その熱処理応答により、比較的加工可能な焼きなまされた素材から、より硬い焼き入れ焼き戻し状態まで調整することができます。.
合金の限界も同様に重要です. 万能腐食ステンレスではありません; これは、硬度が高く、中程度の腐食性環境に適したステンレス鋼として理解されるとよいでしょう。, ジオメトリ, そしてサービスパフォーマンスが重要.
その枠組みが理解できたら, 素材が置きやすくなる: 1.4021 よりエッジが必要な場合に選択するステンレス鋼の種類です, より高い耐摩耗性, オーステナイト材種よりも優れた焼入れ性が得られます。.
よくある質問
とは何ですか 1.4021 ステンレス鋼?
1.4021 としても知られるマルテンサイト系ステンレス鋼です。 X20Cr13, そしてそれは一般的に相互参照されています AISI 420 サプライヤーの資料に記載されている.
は 1.4021 ステンレススチール製磁気?
はい. サプライヤーのデータシートでは、次のように説明されています。 強磁性の 磁化性のあるグレード はい.
は 1.4021 溶接に適したステンレス鋼?
溶接可能です, しかし、ステンレスの溶接はそれほど簡単ではありません.
データシートでは予熱と溶接後の焼き戻しを推奨しています, ある情報源によると、空気硬化する性質があるため、一般的に溶接されることはありません。.
する 1.4021 ステンレス鋼は耐食性に優れています?
それは持っています 適度 耐食性, 特に石鹸などの塩化物を含まない媒体では, 洗剤, 有機酸, 淡水, および希酸/アルカリ. 高塩化ステンレスグレードではありません.
できる 1.4021 ステンレス鋼は硬化する?
はい. 焼入性の高いマルテンサイト系ステンレス鋼です, 通常約から急冷される 950–1050℃ そして焼き戻された.
