JIS G4304 SUS309S ステンレス鋼：固溶化処理材の特性と高温耐酸化グレード
JIS G4304 SUS309S ステンレス鋼の概要
SUS309Sは、22%クロム・12%ニッケルを含む高合金オーステナイト系ステンレス鋼で、優れた高温酸化抵抗性と高温強度を有します。JIS G4304規格準拠、固溶化処理状態の特性を示します。「S」は低炭素（C ≤ 0.08%）を示し、溶接性と耐粒界腐食性を向上させたグレードです。炉部品、熱処理治具、排気系部品など高温環境で広く使用されます。
主な特徴
- 高Cr（22–24%）・高Ni（12–15%）で優れた高温酸化抵抗性（〜1050℃連続）
- 低炭素（Sグレード）で溶接性良好、感作化抵抗性向上
- 固溶化処理後は非磁性
- 室温機械的特性はSUS304並み、高温では優位
- σ相脆化（600–900℃長期曝露）に注意必要
- 熱疲労抵抗性に優れる（熱膨張係数やや小さい）
物理的・機械的・熱的・電気的特性
一般物性（23℃）
| 特性 | 値 | 備考 |
|---|---|---|
| 密度 | 7.9 – 8.2 g/cm³ | オーステナイト系として典型的 |
機械的特性（23℃、固溶化処理後）
| 特性 | 値 | 備考 |
|---|---|---|
| ヤング率（弾性率） | 195 GPa | オーステナイト系として典型的 |
| 引張強さ | 520 MPa | JIS最小値：520 MPa以上 |
| 0.2%耐力 | 205 MPa | JIS最小値：205 MPa以上 |
| 伸び（A5） | 40 % | JIS最小値：40%以上 |
| ブリネル硬度 | 187 HB | 最大値：187 HB以下 |
| ロックウェルB硬度 | 90 HRB | 最大値：90 HRB以下 |
| ビッカース硬度 | 200 HV | 最大値：200 HV以下 |
| ポアソン比 | 0.30 | オーステナイト系として典型的 |
| せん断弾性率 | 77 GPa | オーステナイト系として典型的 |
高温機械的特性（参考値、固溶化処理材）
| 温度 | 引張強さ (MPa) | 0.2%耐力 (MPa) | 伸び (%) |
|---|---|---|---|
| 200℃ | 440 | 160 | 35 |
| 400℃ | 380 | 130 | 30 |
| 600℃ | 320 | 110 | 25 |
| 800℃ | 220 | 80 | 20 |
| 1000℃ | 100 | 45 | 30 |
熱的特性
| 特性 | 温度 | 値 | 備考 |
|---|---|---|---|
| 線膨張係数 | 23℃ | 1.7–1.9 × 10⁻⁵ 1/K | 20–100℃平均、高温で増大 |
| 融点 | — | 1230–1480 ℃ | オーステナイト系として典型的 |
| 比熱容量 | 23℃ | 440 J/(kg·K) | オーステナイト系として典型的 |
| 熱伝導率 | 23℃ | 11–21 W/(m·K) | 温度上昇で増大傾向 |
電気的特性（23℃）
| 特性 | 値 | 備考 |
|---|---|---|
| 電気抵抗率 | 8.5 × 10⁻⁷ Ω·m | オーステナイト系として典型的 |
製造履歴
処理状態：固溶化処理済み（1050–1150℃急冷）
酸化抵抗性・高温特性
| 項目 | SUS309S | SUS310S | SUS304 |
|---|---|---|---|
| 連続使用限界温度（酸化雰囲気） | 1050℃ | 1150℃ | 870℃ |
| 断続使用限界温度 | 980℃ | 1035℃ | 815℃ |
| 酸化皮膜保護性 | 優（Cr₂O₃豊富） | 最優 | 良 |
| carburization耐性 | 良 | 優 | 劣る |
| σ相析出感受性 | 中 | 中高 | 低 |
化学成分（代表値、質量%）
| 元素 | SUS309S | SUS310S |
|---|---|---|
| C | ≤0.08 | ≤0.08 |
| Si | ≤1.00 | ≤1.50 |
| Mn | ≤2.00 | ≤2.00 |
| P | ≤0.045 | ≤0.045 |
| S | ≤0.030 | ≤0.030 |
| Ni | 12.00–15.00 | 19.00–22.00 |
| Cr | 22.00–24.00 | 24.00–26.00 |
主要用途
- 工業炉部品：炉ロール、レディアルバー、バーナー、マフル、コンベアベルト
- 熱処理治具：バスケット、トレイ、フィクスチャー、ワイヤーメッシュ
- 排気・燃焼系：自動車排気マニホールド、ターボチャージャーハウジング、焼却炉ダクト
- 石油化学：改質炉チューブ、パイロリシスコイル、高温反応器内部品
- 電力・エネルギー：ボイラー過熱器チューブ、熱交換器（高温側）
SUS309S vs SUS310S 選定指針
- 〜1050℃連続、コスト重視 → SUS309S
- 1050–1150℃連続、最高酸化抵抗性必要 → SUS310S
- 炭化雰囲気（カーバライゼーション対策） → SUS310S優位
- 熱疲労繰り返し（急熱急冷） → 両グレード対応可、設計寿命評価必須
- 溶接構造物：両グレードともSグレード（低炭素）推奨、フィラーSUS309L/310L
設計上の注意点
- σ相脆化：600–900℃で長期使用時、靭性低下。使用温度・時間評価必要
- 高温クリープ：600℃以上ではクリープ強度考慮、ASME Code Case等参照
- 熱膨張差：異種金属接合時、熱膨張係数差による熱応力評価必要
- 磁性：冷間加工で弱磁性化、非磁性要求時は最終焼鈍実施
金属
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