21NiCrMoS2 鋼：フェライト・パーライト処理 & 冷間引抜 - DIN 1652-3 認証材
DIN 1652-3 規格の 21NiCrMoS2 は、硫黄 (S) を 0.02–0.035% 添加し切削性を向上させたニッケル・クロム・モリブデン合金鋼です。フェライト・パーライト組織に制御された軟焼鈍材として供給され、冷間引抜により寸法精度と表面品質を高めています。中程度の芯部強度、優れた靭性、高い疲労強度を備え、自動車・機械工学分野の耐摩耗部品（ギア、シャフト、アクスル）に最適です。使用温度下限は -60℃、最適適用サイズは公称径 60mm までです。
本鋼種のメリット
- 優れた切削性：硫黄添加により MnS 介在物が形成され、チップ分断性・工具寿命が向上
- 安定した機械的特性：フェライト・パーライト組織制御により、硬度バラツキを抑制（145–292 HB）
- 高疲労強度・高靭性：Ni-Cr-Mo 系の合金設計で、繰り返し衝撃荷重に強い
- 低温特性：-60℃ までチャピー衝撃値を確保可能
物理的・機械的・熱的・電気的特性
一般特性
機械的特性
| 特性 | 温度 | 値 |
|---|
| ヤング率（弾性率） | -100.0 ℃ | 217 GPa |
| 20.0 ℃ | 212 – 212.78 GPa |
| 100.0 ℃ | 207 GPa |
| 200.0 ℃ | 199 GPa |
| 300.0 ℃ | 192 GPa |
| 400.0 ℃ | 184 GPa |
| 500.0 ℃ | 175 GPa |
| 600.0 ℃ | 164 GPa |
| ブリネル硬度 | 20.0 ℃ | 145 – 292 HB |
| ポアソン比 | 20.0 ℃ | 0.29 |
| 剛性率（せん断弾性率） | 20.0 ℃ | 82.8 GPa |
熱的特性
| 特性 | 温度 | 値 | 備考 |
|---|
| 線膨張係数 | -100.0 ℃ | 1.05×10⁻⁵ 1/K | |
| 20.0 ℃ | 1.15×10⁻⁵ 1/K | |
| 100.0 ℃ | 1.21×10⁻⁵ 1/K | |
| 200.0 ℃ | 1.27×10⁻⁵ 1/K | |
| 300.0 ℃ | 1.32×10⁻⁵ 1/K | |
| 400.0 ℃ | 1.36×10⁻⁵ 1/K | |
| 500.0 ℃ | 1.40×10⁻⁵ 1/K | |
| 600.0 ℃ | 1.44×10⁻⁵ 1/K | |
| 長期使用最高温度 | – | -60 ～ 0 ℃ | |
| 融点 | – | 1382 – 1529 ℃ | Ni-Cr-Mo鋼として典型的 |
| 比熱容量 | -100.0 ℃ | 423 J/(kg·K) | |
| 20.0 ℃ | 461 J/(kg·K) | |
| 100.0 ℃ | 479 J/(kg·K) | |
| 200.0 ℃ | 499 J/(kg·K) | |
| 300.0 ℃ | 517 J/(kg·K) | |
| 400.0 ℃ | 536 J/(kg·K) | |
| 500.0 ℃ | 558 J/(kg·K) | |
| 600.0 ℃ | 587 J/(kg·K) | |
| 熱伝導率 | 20.0 ℃ | 46.3 W/(m·K) | |
| 100.0 ℃ | 47.1 W/(m·K) | |
| 200.0 ℃ | 46.2 W/(m·K) | |
| 300.0 ℃ | 44.1 W/(m·K) | |
| 400.0 ℃ | 41.3 W/(m·K) | |
| 500.0 ℃ | 38.6 W/(m·K) | |
| 600.0 ℃ | 35.9 W/(m·K) | |
| 熱拡散率 | 20.0 ℃ | 12.8 mm²/s | |
| 100.0 ℃ | 12.1 mm²/s | |
| 200.0 ℃ | 11.1 mm²/s | |
| 300.0 ℃ | 10.0 mm²/s | |
| 400.0 ℃ | 8.8 mm²/s | |
| 500.0 ℃ | 7.4 mm²/s | |
| 600.0 ℃ | 4.7 mm²/s | |
電気的特性
| 特性 | 温度 | 値 |
|---|
| 電気抵抗率 | 20.0 ℃ | 2.25×10⁻⁷ Ω·m |
| 100.0 ℃ | 2.72×10⁻⁷ Ω·m |
| 200.0 ℃ | 3.42×10⁻⁷ Ω·m |
| 300.0 ℃ | 4.26×10⁻⁷ Ω·m |
| 400.0 ℃ | 5.26×10⁻⁷ Ω·m |
| 500.0 ℃ | 6.40×10⁻⁷ Ω·m |
| 600.0 ℃ | 7.73×10⁻⁷ Ω·m |
化学成分（質量%）
| 元素 | 含有範囲 |
|---|
| 炭素 (C) | 0.17 – 0.23 % |
| クロム (Cr) | 0.40 – 0.70 % |
| マンガン (Mn) | 0.65 – 0.95 % |
| モリブデン (Mo) | 0.15 – 0.25 % |
| ニッケル (Ni) | 0.40 – 0.70 % |
| リン (P) | ≤ 0.04 % |
| ケイ素 (Si) | ≤ 0.40 % |
| 硫黄 (S) | 0.02 – 0.035 % |
供給状態と加工性
| 項目 | 詳細 |
|---|
| 供給状態 | フェライト・パーライト軟焼鈍 (+A) 後、冷間引抜 (+C) または剥皮 (+P) |
| 典型硬度 | 145 – 292 HB（ロット・サイズにより変動） |
| 切削性指数 | 約 130–150%（S 無添加鋼を 100% とした相対値） |
| 推奨切削条件（旋削） | 超硬 P10-P20、vc = 150–220 m/min、f = 0.2–0.4 mm/rev |
| 溶接性 | 予熱 150–200℃、焼後焼戻し推奨（水素誘発割れ防止） |
典型的用途
- 大量生産されるトランスミッション・ギア、シンクロナーハブ、スプラインシャフト
- 自動車用ステアリング・コラム部品、ピニオンシャフト
- 油圧・空圧機器のバルブボディ、スプール、ピストンロッド
- 工作機械・産業用ロボットの駆動軸、ウォームホイール
熱処理ガイドライン
| 工程 | 温度範囲 | 備考 |
|---|
| 軟焼鈍（球状化） | 680 – 720 ℃ | 炉冷、硬度 145–207 HB 目標 |
| 正火 | 860 – 890 ℃ | 空冷、組織微細化 |
| 浸炭 | 880 – 950 ℃ | ケース深さ 0.5–1.5 mm、C ポテンシャル 0.9–1.1% |
| 焼入れ（浸炭後） | 780 – 820 ℃ | 油冷、芯部硬度 35–45 HRC |
| 焼戻し | 150 – 200 ℃ | 2 時間以上、残留応力除去 |
21NiCrMo2 との比較
21NiCrMoS2 は、21NiCrMo2 に硫黄を添加した「快削鋼」版です。靭性・疲労特性はほぼ同等ながら、切削工具寿命が 20–50% 延長し、仕上げ面粗さも向上します。一方、硫黄系介在物の影響で横方向靭性・延性がわずかに低下するため、高い衝撃靭性が要求される安全关键部品（アクスルシャフト等）では 21NiCrMo2 が優先されます。
