JIS G4303 SUS420F 高硬度快削マルテンサイト系ステンレス鋼：特性・熱処理・用途
JIS G4303 SUS420F の概要
JIS G4303 に規定される SUS420F は、SUS420J1（高炭素マルテンサイト系）に硫黄（S）を添加し、高硬度・高強度を維持しつつ切削性を向上させた快削マルテンサイト系ステンレス鋼です。焼入れ・焼戻しにより硬度 400〜550 HB（HRC 43〜55 相当）の高硬度を得られ、耐摩耗性と切削性を両立します。刃物、金型部品、耐摩耗機械部品、精密計測部品などに使用されます。
化学成分（代表値、質量%）
| 元素 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 基準値 | 0.26〜0.40 | 1.00 以下 | 1.00 以下 | 0.040 以下 | 0.15 以上 | 12.00〜14.00 | 0.60 以下 |
物理的・機械的・熱的・電気的特性（焼入れ焼戻し材）
一般特性
| 特性 | 温度 | 値 | 備考 |
|---|---|---|---|
| 密度 | 23.0 °C | 7.6 〜 7.7 g/cm³ | マルテンサイト系として典型的 |
機械的特性（常温・QT材、高硬度焼戻し）
| 特性 | 温度 | 値 | 備考 |
|---|---|---|---|
| ヤング率（弾性率） | 23.0 °C | 220 GPa | マルテンサイト系として典型的 |
| 伸び（A5） | 23.0 °C | 8 % | 高硬度のため低い |
| ブリネル硬さ | 23.0 °C | 217 HB | 焼戻し条件により 400〜550 HB まで上昇 |
| ポアソン比 | 23.0 °C | 0.30 | マルテンサイト系として典型的 |
| 絞り（断面収縮率） | 23.0 °C | 35 % | |
| 剛性率（せん断弾性率） | 23.0 °C | 77 GPa | マルテンサイト系として典型的 |
| 引張強さ | 23.0 °C | 740 MPa | |
| 降伏強さ（Rp0.2） | 23.0 °C | 540 MPa |
熱的特性
| 特性 | 温度 | 値 | 備考 |
|---|---|---|---|
| 線膨張係数 | 23.0 °C | 1.0E-5 〜 1.5E-5 1/K | マルテンサイト系として典型的 |
| 融点 | — | 1370 〜 1530 °C | マルテンサイト系として典型的 |
| 比熱容量 | 23.0 °C | 460 J/(kg·K) | マルテンサイト系として典型的 |
| 熱伝導率 | 23.0 °C | 14 〜 31 W/(m·K) | マルテンサイト系として典型的 |
電気的特性
| 特性 | 温度 | 値 | 備考 |
|---|---|---|---|
| 電気抵抗率 | 23.0 °C | 6.0E-7 Ω·m | マルテンサイト系として典型的 |
熱処理条件（高硬度・耐摩耗重視）
| 工程 | 温度 | 時間 | 冷却 | 狙い硬度 |
|---|---|---|---|---|
| 焼入れ | 950〜1000°C | 適時 | 油冷・空冷 | マルテンサイト化・最大硬度 |
| 焼戻し（高硬度） | 150〜300°C | 1〜2h × 2回 | 空冷 | 50〜55 HRC / 500〜550 HB |
| 焼戻し（靭性確保） | 350〜450°C | 1〜2h × 2回 | 空冷 | 40〜50 HRC / 380〜500 HB |
| 焼鈍（軟化・加工用） | 800〜900°C | 適時 | 炉冷 | ≤235 HB（機械加工用） |
切削性と加工性
- 切削性：SUS420J1 比で大幅向上。高硬度材の切削加工が可能（CBN工具・コーティング超硬推奨）。
- 工具寿命：非快削 SUS420J1 比 2〜3倍延長。
- 切りくず：微細・分断良好。高硬度材特有の発熱・工具摩耗を S 添加で緩和。
- 研削・仕上げ加工：焼入れ焼戻し後の研削仕上げが主流。研削性良好。
- EDM（放電加工）：高硬度材の複雑形状加工に適す。
溶接性
- 溶接不可に近い：高C・高Sにより溶接割れ感受性極大、溶接部脆化不可避。
- 機械的接合（ボルト・プレスフィット・溶接以外の接合）を設計で採用すべき。
- やむを得ない場合はレーザー溶接・電子ビーム溶接等の低熱入力工法で最小限に留め、後熱処理必須。
耐食性
- 高C・S添加によりマルテンサイト系中で最も劣る。
- 大気・乾燥環境：実用可
- 湿潤・塩化物・酸性環境：錆発生リスク高。表面処理（パシベート・メッキ・コーティング）必須。
- 耐食性要求用途には SUS420J2（非快削・高Cr）または SUS440C（最高耐食・高硬度）を検討。
主な用途
- 刃物・切削工具：医療用メス、産業用ナイフ、シュレッダー刃、食品加工用刃物
- 金型部品：プラスチック金型インサート、ダイカスト金型部品、エンボスロール
- 耐摩耗機械部品：バルブシート、プランジャ、ピストンリング、ベアリングローラ、ノズルチップ
- 精密部品：計測用スタイラス、ガイドピン、精密軸受部品
- 航空宇宙：高硬度・耐摩耗要求の小型精密部品
SUS420 系・快削高硬度グレード比較
| グレード | C% | S% | 最大硬度 (HRC) | 切削性 | 耐食性 | 主用途 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| SUS420J1 | 0.16〜0.25 | ≤0.03 | 50〜55 | ★★☆☆☆ | ★★★☆☆ | 汎用高硬度、刃物、軸受 |
| SUS420J2 | 0.26〜0.40 | ≤0.03 | 55〜60 | ★★☆☆☆ | ★★★★☆ | 高耐食・高硬度、医療刃物 |
| SUS420F | 0.26〜0.40 | ≥0.15 | 50〜55 | ★★★★★ | ★★☆☆☆ | 快削高硬度、量産刃物・金型 |
| SUS420F2 | 0.26〜0.40 | ≥0.15 | 55〜60 | ★★★★★ | ★★☆☆☆ | 最高硬度快削、超精密金型 |
| SUS440C | 0.95〜1.20 | ≤0.03 | 58〜62 | ★★☆☆☆ | ★★★★★ | 最高硬度・耐食、ベアリング、高級刃物 |
関連規格
- ASTM A582 Type 420F / A276 Type 420F
- AISI 420F / UNS S42020
- ISO 683-13 / EN 10088-3
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