二相ステンレス鋼鋳造とは、二相ステンレス鋼合金から複雑な部品を形成するプロセスを指します。, オーステナイト構造とフェライト構造の両方を組み合わせたもの.
二相ステンレス鋼のユニークな特性により、現代の製造において非常に貴重な素材となっています。, 特に高い強度が要求される産業では, 耐食性, そして耐久性.
その二相微細構造は、他の材料では達成することが難しい特性のバランスを提供します。, 幅広い用途に最適な選択肢となっています.
このブログでは, 二相ステンレス鋼鋳造の複雑さを探ります, その特性, 鋳造プロセス, そしてそれがさまざまな業界にどのように適用されているか.
1. 二相ステンレス鋼とは?
二相構造
二相ステンレス鋼は、そのユニークな二相構造にちなんで名付けられました。, オーステナイト粒子とフェライト粒子を組み合わせたもの.
オーステナイト相は優れた耐食性で知られています, 一方、フェライト相は強度と応力腐食割れに対する耐性を強化します。.
この構造により、二相ステンレス鋼は過酷な環境に特に適しています。, 強度と耐食性の両方が重要な場合.
二相ステンレス鋼の代表的な化学組成
| 学年 | UNS番号 | 炭素 (C) | マンガン (ん) | シリコン (そして) | リン (P) | 硫黄 (S) | クロム (Cr) | ニッケル (で) | モリブデン (モー) | 窒素 (N) | その他 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 2205 | S31803/S32205 | ≤ 0.030 | ≤ 2.00 | ≤ 1.00 | ≤ 0.030 | ≤ 0.020 | 21.5 – 23.5 | 4.5 – 6.5 | 2.5 – 3.5 | 0.14 – 0.22 | – |
| 2507 | S32750 | ≤ 0.030 | ≤ 2.00 | ≤ 1.00 | ≤ 0.030 | ≤ 0.020 | 25 – 27 | 3.5 – 4.5 | 3.5 – 4.5 | 0.25 – 0.35 | – |
| 2304 | S32304 | ≤ 0.030 | ≤ 2.00 | ≤ 1.00 | ≤ 0.030 | ≤ 0.020 | 22 – 23 | 1.5 – 2.5 | 1.5 – 2.5 | 0.10 – 0.20 | – |
| 2101 | S32101 | ≤ 0.030 | ≤ 1.50 | ≤ 1.00 | ≤ 0.030 | ≤ 0.020 | 19 – 21 | 0.8 – 1.2 | 0.3 – 0.7 | 0.08 – 0.12 | – |
| 2707H | S32707 | ≤ 0.030 | ≤ 2.00 | ≤ 1.00 | ≤ 0.030 | ≤ 0.020 | 26 – 28 | 4.0 – 5.0 | 3.5 – 4.5 | 0.25 – 0.35 | – |
| 2825 | S32825 | ≤ 0.030 | ≤ 2.00 | ≤ 1.00 | ≤ 0.030 | ≤ 0.020 | 24 – 26 | 4.0 – 5.0 | 3.0 – 4.0 | 0.20 – 0.30 | – |
| 32760 | S32760 | ≤ 0.030 | ≤ 2.00 | ≤ 1.00 | ≤ 0.030 | ≤ 0.020 | 24 – 26 | 6.0 – 7.0 | 3.5 – 4.5 | 0.20 – 0.30 | 銅: 0.5 – 1.5% |
| 329J4L | S32948 | ≤ 0.020 | ≤ 2.00 | ≤ 1.00 | ≤ 0.030 | ≤ 0.020 | 22 – 24 | 3.0 – 4.5 | 3.0 – 4.0 | 0.20 – 0.30 | W: 0.5 – 1.5% |
相当グレード
標準二相ステンレス鋼 (例えば, 2205)
- 私たち: S31803 / S32205
- astm/aisi: 2205
- で: 1.4462
- 彼: SUS329J3L
- AFNOR: Z3 CND 22-05 の
スーパー二相ステンレス鋼 (例えば, 2507)
- 私たち: S32750 / S32760
- astm/aisi: 2507
- で: 1.4410
- 彼: SUS329J4L
- AFNOR: Z3CN 25-06 の
2. 二相ステンレス鋼の鋳造プロセス
キャスティングとは?
鋳造とは、溶かした金属を型に流し込んで固める製造工程です。. 基本的な手順には次のものが含まれます:
- 溶融: 二相ステンレス鋼を炉で溶かします。.
- 注ぐ: 溶かした金属をあらかじめ用意しておいた型に流し込みます。.
- 凝固: 金属は金型内で冷えて固まります。, 型の形を取る.
- 仕上げ: 鋳造部品を金型から取り外し、研削などの仕上げ工程を経ます。, 機械加工, そして熱処理.
二相ステンレス鋼鋳造の特別要件
二相ステンレス鋼の鋳造には特有の課題があります:
- 位相バランスの維持: 冷却速度と温度の制御は、オーステナイト相とフェライト相の間の正しいバランスを維持するために重要です。.
- 相分離の回避: 急速冷却は望ましくない相の形成につながる可能性があります, シグマフェーズなど, 延性と靭性が低下する可能性があります.
- 微細構造の制御: 望ましい微細構造と機械的特性を達成するには、鋳造パラメータを正確に制御する必要があります.
一般的な鋳造方法
| 方法 | 説明 | 利点 |
|---|---|---|
| インベストメント鋳造 | 滑らかな表面を持つ複雑で精密な部品の製造に最適. | 高精度, 滑らかな表面仕上げ, 複雑なデザインに適しています. |
| 砂型鋳造 | より大きな部品やより複雑な形状に適しています, プロトタイピングや小規模生産によく使用されます. | 小規模から中規模の生産にコスト効率が高い, 設計の柔軟性. |
| ダイカスト | 二相ステンレス鋼ではあまり一般的ではありませんが、より小型のステンレス鋼の大量生産に使用できます。, より単純な部品. | 高い生産速度, 一貫した品質, 大量のコスト効率が高い. |
二相ステンレス鋼鋳造のメリット
- 複雑な形状: 鋳造法により、複雑で緻密な形状を実現, 多くの場合、機械加工が困難または不可能です.
- 費用対効果が高い: 大規模な生産の場合, 鋳造により、安定した品質を維持しながら製造コストを削減.
- 高精度: 二相ステンレス鋼の鋳造により、正確な寸法のコンポーネントが可能になります, 大規模な後処理の必要性を最小限に抑える.
3. 二相ステンレス鋼の主な特性
二相ステンレス鋼は次のグループに分類されます。 ステンレス鋼 フェラ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微細構造的特徴を組み合わせたもの.
このユニークな組み合わせにより、二相ステンレス鋼が幅広い用途に非常に望ましい特性のバランスが得られます。,
特に強度が高い環境では, 耐食性, そしてタフさが求められる.
化学的性質
耐食性
- 耐孔食性および耐隙間腐食性: 二相ステンレス鋼は孔食や隙間腐食に対して優れた耐性を示します。, 塩化物を含む環境では一般的な問題です.
これは、標準的なオーステナイト系ステンレス鋼と比較してクロムとモリブデンの含有量が高いためです。. - 応力腐食割れ (SCC) 抵抗: 二相ステンレス鋼は応力腐食割れに対する優れた耐性を備えています, 特に塩化物環境では.
この特性は、高温を伴うアプリケーションでは非常に重要です。, 生理食塩水, オフショアの石油およびガスプラットフォームで見られるものなど. - 一般的な耐食性: 二相ステンレス鋼のバランスのとれた微細構造により、優れた一般的な耐食性が得られます。,
さまざまな腐食性媒体に適しています, 酸およびアルカリ溶液を含む.
粒界腐食
- 低炭素含有量: 二相ステンレス鋼は通常、炭素含有量が低いです, 粒界腐食のリスクを最小限に抑えます.
これは、炭素含有量を以下のレベルに制御することによって達成されます。 0.03%, これは粒界でのクロム炭化物の形成を防ぐのに役立ちます。.
溶接性
- 溶接特性: 高い強度にもかかわらず、, 二相ステンレス鋼は従来の技術を使用して溶接可能.
しかし, 望ましくない相の形成を避けるために、入熱と冷却速度の制御に注意を払う必要があります。,
シグマフェーズなど, 延性と靭性が低下する可能性があります.
環境の安定性
- 塩化物環境: 二相ステンレス鋼は、塩化物が豊富な環境に特に適しています。,
海水や塩水など, 塩化物による腐食に対して優れた耐性を発揮します。.
物理的特性
密度
- 価値: 約 7.8 g/cm3
- 意義: 二相ステンレス鋼の密度は他のステンレス鋼の密度と同様です, 重量が重要な要素ではない用途に適しています。.
しかし, 高い強度対重量比は、特定の用途において依然として利点をもたらします.
機械的性質
- 降伏強さ: 二相ステンレス鋼は、通常、オーステナイト系ステンレス鋼の 2 倍の降伏強度を持っています。.
例えば, の降伏強さ 2205 二相ステンレス鋼の範囲は次のとおりです。 450 に 750 MPa. - 抗張力: 二相ステンレス鋼の引張強度もオーステナイト系ステンレス鋼よりも高い, 多くの場合～～の範囲に及ぶ 550 に 850 MPa.
- 伸長: 高い強度にもかかわらず、, 二相ステンレス鋼は適度な伸びを維持します, 通常は周りに 25-30%, 優れた延性と成形性を提供します.
- 衝撃靱性: 二相ステンレス鋼は優れた衝撃靱性を示します, 低温でも, 極低温用途に適したものにする.
熱特性
- 熱伝導率: 二相ステンレス鋼はオーステナイト系ステンレス鋼よりも高い熱伝導率を持っています, 範囲は次のとおりです 15 に 30 W/m・K.
この特性は、効率的な熱伝達が必要な用途に有益です。. - 熱膨張: 二相ステンレス鋼の熱膨張係数は、オーステナイト系ステンレス鋼の熱膨張係数よりも低い, 通常は周りに 10.5 に 12.5 μm/m・℃.
この特性により、高温用途における熱応力と変形が軽減されます。.
電気的特性
- 電気抵抗率: 二相ステンレス鋼の電気抵抗率は炭素鋼よりも高く、オーステナイト系ステンレス鋼よりは低い.
通常は次の範囲にあります 70 に 80 μΩ・cm, これは電気用途への適合性に影響します.
磁気特性
- 強磁性の挙動: オーステナイト系ステンレス鋼とは異なり、, 二相ステンレス鋼はフェライト相のため強磁性です.
この特性は特定の用途では有利になる場合があります, 磁気分離プロセスなど, ただし、非磁性材料が必要な場合には不利になる可能性があります。.
| 財産 | 代表値 | 説明とアプリケーションの利点 |
|---|---|---|
| 降伏強さ | 450-550 MPa | オーステナイト系ステンレス鋼の約2倍の降伏強さ 304 そして 316, 二相鋼を構造用途や耐荷重用途に最適にします. |
| 密度 | ~7.8 g/cm3 | 他のステンレス鋼と同様, 高い強度重量比を必要とするコンポーネントに適しています. |
| 弾性率 | 190-210 GPa | 剛性を提供します, これは、負荷がかかった状態での構造的完全性が必要な用途に有益です。. |
| 熱伝導率 | ～25W/m・K | オーステナイト系ステンレス鋼よりも高い, 化学処理およびエネルギー産業における熱伝達用途に有利. |
| 熱膨張 | 13.5 × 10⁻⁶ /°C | オーステナイトグレードよりも低い熱膨張率, 温度変動のある用途に最適で、熱応力や変形のリスクを軽減します。. |
4. 二相ステンレス鋳鋼の用途
石油およびガス産業
- オフショアプラットフォーム: バルブ, パイプライン, 海水や過酷な化学物質に対する優れた耐食性が必要な圧力容器など.
- 陸上施設: 精製および加工プラントのコンポーネント, 熱交換器や貯蔵タンクなど.
海洋用途
- 造船: 船体コンポーネント, プロペラ, その他海水にさらされる部分.
- 海水淡水化プラント: 水処理および淡水化プロセス用の装置, 耐食性が重要な場合.
化学処理とパルプ & 製紙産業
- 反応器と熱交換器: 攻撃的な化学物質や高圧を扱うコンポーネント.
- 貯蔵タンク: 腐食性物質の保管・輸送用容器.
発電
- 高圧システム: 蒸気タービン用部品, ボイラー, および熱交換器.
- 原子力発電所: 放射線環境下で高い強度と耐食性が求められる部品.
飲食業界
- 加工設備: パンプス, バルブ, 洗浄剤や食品関連物質による腐食に耐える必要がある機械部品.
- 貯蔵タンク: 食品や飲料を保管および輸送するためのコンテナ.
5. 二相ステンレス鋳物の利点
優れた耐食性
- 大気および水中環境: オーステナイト相とフェライト相の組み合わせにより、大気環境と水中環境の両方で材料の耐食性が向上します。.
- 塩化物が豊富な環境: 塩化物が豊富な環境における孔食および隙間腐食に対する優れた耐性, 海水や塩水など.
より高い強度対重量比
- 高い機械的強度: 二相ステンレス鋼鋳造により、高い引張強度と降伏強度を実現, 軽量化が重要な用途に最適です。.
- 軽量設計: 高い強度対重量比により、より軽量で効率的なコンポーネントの設計が可能になります。.
大規模生産のコスト効率に優れた
- 効率的な生産: 鋳造プロセスにより、他の製造方法と比較して低コストで複雑な形状の部品を効率的に大量に生産できます。.
- 機械加工の削減: ニアネットシェイプを生成できるため、大規模な機械加工の必要性が軽減されます。, 時間と材料を節約する.
耐久性の向上
- 長期的なパフォーマンス: 強度が高く、応力腐食割れに強いため, 二相ステンレス鋼は重要な用途に最適です, 過酷な環境での長期使用に耐えるアプリケーション.
6. 二相ステンレス鋼鋳造における課題
鋳造欠陥
- 気孔率と収縮: これらの欠陥は鋳物の品質と完全性に影響を与える可能性があります.
- 内包物: 異物や不純物は材料を弱め、性能を低下させる可能性があります。.
溶接と製造の問題
- 特別な手続き: 二相ステンレス鋼の溶接には、耐食性と機械的特性の低下を避けるために特別な手順と溶加材が必要な場合があります。.
- 熱処理: 溶接後の熱処理は、溶接継手の微細構造と特性を最適化するために必要な場合があります。.
生産における複雑さ
- 正確な制御: 鋳造中のフェライト相とオーステナイト相のバランスを管理するには、温度や冷却速度などの鋳造パラメータを正確に制御する必要があります.
- 品質保証: 最終製品が要求される仕様と性能基準を確実に満たすためには、厳格な品質管理措置が不可欠です.
7. 二相ステンレス鋼 vs スーパー二相ステンレス鋼
二相ステンレス鋼 そして スーパー二相ステンレス鋼 異なる合金です, いくつかの類似点を共有していますが、.
どちらも二相微細構造で設計されています, ～の混合物からなる オーステナイト系 そして フェライト系 フェーズ, これにより、優れた機械的特性と高い耐腐食性が得られます。.
しかし, それらは組成が異なります, パフォーマンス, および適切なアプリケーション.
| 特徴 | 二相ステンレス鋼 | スーパー二相ステンレス鋼 |
|---|---|---|
| 相組成 | だいたい 50% オーステナイトと 50% フェライト | 約 40-50% オーステナイトと 50-60% フェライト |
| 元素の合金化 | スーパー二相よりもモリブデンとクロムの含有量が少ない | 高レベルのクロム, モリブデン, そして窒素 |
| 耐食性 | 孔食および隙間腐食に対する良好な耐性, 特に塩化物環境では | 優れた耐孔食性, 隙間腐食, より過酷な環境での応力腐食割れ |
| 抗張力 | 一般にスーパーデュプレックスよりも低い | より多くの合金元素の添加により引張強度が向上 |
| 降伏強さ | その周り 450 MPa | その周り 550-720 MPa, より高い降伏強度 |
| アプリケーション | マリンに適しています, 化学薬品, および食品産業 | 海洋石油およびガスプラットフォームなどのより過酷な環境で使用されます, 淡水化プラント, そして化学処理 |
| 料金 | スーパーデュプレックスに比べて安価 | 合金含有量が多いため高価になる |
スーパー二相ステンレス鋼
スーパー二相ステンレス鋼, のような 学年 2507, より高いレベルの～が含まれています クロム, モリブデン, そして 窒素 二相ステンレス鋼との比較.
これらの追加要素により、極限環境に対する耐性が向上します。, 特に腐食性が高く高圧の用途においては.
スーパー二相鋼が提供するもの 優れた耐食性, 特に塩化物や酸性物質を含む環境では.
海洋石油およびガスプラットフォームなど、より要求の厳しい産業で使用されています。, 淡水化プラント, および化学反応器, 過酷な条件でより強力な強度が必要な場合, より耐食性の高い材料.
8. 結論
デュプレックス ステンレス鋼鋳物 優れた機械的特性を備えた材料を必要とする業界に堅牢なソリューションを提供します, 高い耐食性, そして耐久性.
オーステナイト相とフェライト相の独自の組み合わせにより、多くの利点がもたらされます。, 強度と応力腐食割れに対する耐性の強化を含む.
鋳造プロセスを理解する, 利点, 二相ステンレス鋼の用途は、次のプロジェクトに適切な材料を確実に選択するのに役立ちます。, パフォーマンスとコスト効率の両方を最大化する.
二相ステンレス鋼の加工ニーズがある場合, お気軽にどうぞ お問い合わせ.
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二相ステンレス鋼の主要な合金元素
クロム
大気腐食から守る安定した酸化クロム不動態皮膜を形成します。, 鋼には少なくとも次のものを含める必要があります 10.5% クロム. クロム含有量を増やすとステンレス鋼の耐食性が向上します.
クロムは体心立方体の形成を促進します (BCC) フェライト, フェライト形成元素. クロムレベルが高くなると、オーステナイトまたは二相を実現するためにより多くのニッケルが必要になります (フェライト・オーステナイト) 構造物.
クロム含有量が高いと金属間相の形成も促進されます. オーステナイト系ステンレス鋼は通常、少なくとも 16% クロム, 一方、二相ステンレス鋼は少なくとも 20%.
クロムは高温酸化耐性も向上します, 熱処理や溶接後の酸化スケールや焼き戻し色の形成と除去に重要です。.
二相ステンレス鋼の場合、オーステナイト系ステンレス鋼に比べて、酸洗いと焼き戻し色の除去がより困難になります。.
モリブデン
モリブデンはステンレス鋼の耐孔食性と耐すきま腐食性を大幅に向上させます. 塩化物環境では, 鋼に少なくともモリブデンが含まれている場合、モリブデンはクロムよりも 3 倍効果的です。 18% クロム.
モリブデン, フェライト形成元素, 金属間相を形成する傾向も増加します.
したがって, オーステナイト系ステンレス鋼には通常、以下の量が含まれています。 7.5% モリブデン, 一方、二相ステンレス鋼には以下の含有量が含まれます。 4%.
窒素
窒素は、オーステナイト系および二相ステンレス鋼の耐孔食性および隙間腐食性を向上させ、強度を大幅に向上させます。.
最も効果的な固溶強化元素であり、低コストの合金元素です。.
窒素含有二相ステンレス鋼の靱性の向上は、オーステナイト含有量の増加と金属間化合物相の形成の減少によるものです。.
窒素は金属間相の析出を妨げませんが、, それはそれを遅らせる, 処理と製造に十分な時間を与える.
σ相の形成傾向を抑制するために、クロムとモリブデンの含有量が高い高耐食性のオーステナイト系および二相ステンレス鋼に窒素が添加されます。.
窒素, 強力なオーステナイト形成元素, オーステナイト系ステンレス鋼の一部のニッケルを置き換えることができます.
積層欠陥エネルギーを低減し、オーステナイトの加工硬化率を高めます。.
また、固溶強化によりオーステナイト強度も向上します。.
二相ステンレス鋼には通常窒素が含まれており、適切な相バランスを達成するためにニッケル含有量が調整されています。.
フェライト形成元素のバランスをとる (クロムとモリブデン) オーステナイト形成元素を含む (ニッケルと窒素) 二重構造を実現するために不可欠です.
ニッケル
ニッケルはオーステナイトを安定化します, 体心立方晶からの結晶構造の変換を促進する (BCC) フェライトから面心立方晶へ (FCC) オーステナイト.
フェライト系ステンレス鋼にはニッケルがほとんどまたはまったく含まれていません, 一方、二相ステンレス鋼には低から中程度のニッケル含有量が含まれています。, 通常 1.5% に 7%.
オーステナイト系ステンレス鋼 300 シリーズには少なくとも次の内容が含まれます 6% ニッケル.
ニッケルを添加すると、オーステナイト系ステンレス鋼における有害な金属間相の形成が遅れます。, ただし、この効果は窒素に比べて二相ステンレス鋼ではそれほど顕著ではありません。.
面心立方体 (FCC) オーステナイト系ステンレス鋼に優れた靭性を与える構造.
二相ステンレス鋼の組織のほぼ半分はオーステナイトであるため、, 二相鋼はフェライト系ステンレス鋼よりもはるかに靭性が高い.
