SUS 321（JIS G4303）固溶化処理材 – チタン安定化オーステナイト系ステンレス鋼の特性と高温用途

SUS 321（JIS G4303）固溶化処理材の概要

SUS 321は、チタン（Ti: 5×C%〜0.70%）を添加して炭化物（Cr₂₃C₆）の析出を抑制し、溶接熱影響部および高温使用時の粒界腐食感受性を低減させたオーステナイト系ステンレス鋼です（JIS G4303）。18Cr-9Ni系の基本組成にTiを添加することで、450〜850℃の感作化温度域でのクロム炭化物析出を防ぎ、高温酸化抵抗性とクリープ強度に優れます。固溶化処理（1010〜1150℃急冷）後は、チタン炭化物（TiC）として炭素が固定化され、耐食性と高温強度を両立します。

化学成分（代表値、質量%）

元素	C	Si	Mn	P	S	Ni	Cr	Ti
基準値	≤0.08	≤1.00	≤2.00	≤0.045	≤0.030	9.0〜12.0	17.0〜19.0	5×C%〜0.70

物理的特性（室温・23℃）

特性	値	備考
密度	7.9〜8.2 g/cm³	オーステナイト系ステンレス鋼の典型値
融点	1,230〜1,480 ℃	オーステナイト系ステンレス鋼の典型値
比熱容量	440 J/(kg·K)	オーステナイト系ステンレス鋼の典型値
熱伝導率	11〜21 W/(m·K)	オーステナイト系ステンレス鋼の典型値
線膨張係数	(1.7〜1.9)×10⁻⁵ 1/K	オーステナイト系ステンレス鋼の典型値
電気抵抗率	8.5×10⁻⁷ Ω·m	オーステナイト系ステンレス鋼の典型値

機械的特性（室温・23℃、固溶化処理後）

特性	値	備考
引張強さ	520 MPa	最小値
0.2%耐力 (Rp0.2)	205 MPa	最小値
伸び (A5)	40 %	優れた延性
絞り	50 %	良好な成形性
ブリネル硬さ	187 HB	参考値
ロックウェル硬さ (HRB)	90 HRB	参考値
ビッカース硬さ	200 HV	参考値
ヤング率（弾性率）	195 GPa	オーステナイト系ステンレス鋼の典型値
せん断弾性率	77 GPa	オーステナイト系ステンレス鋼の典型値
ポアソン比	0.30	オーステナイト系ステンレス鋼の典型値

高温特性とクリープ性能

SUS 321の最大の特長は、450〜850℃の高温域での優れたクリープ強度と酸化抵抗性です。チタンによる炭素固定化効果により、長時間高温曝露後も粒界腐食感受性が低く、ASME BPVC Section II Part Dでは650℃までの高温許容応力値が規定されています。SUS 304/304Lと比較して、500℃以上でのクリープ破断強度・耐酸化性が優れています。

SUS 304 / 304L / 321 / 347 の高温強度比較（参考）

鋼種	500℃ クリープ強度	650℃ クリープ強度	酸化抵抗性	主用途温度域
SUS 304	△	×	標準	〜450℃
SUS 304L	△	×	標準	〜450℃
SUS 321	○	○	良好	450〜850℃
SUS 347	○	○	良好	450〜850℃

耐食性と主な用途

• 高温酸化抵抗性: 850℃程度まで連続使用可能。断続使用なら900℃まで対応。
• 粒界腐食抵抗性: Ti安定化により、溶接後・高温曝露後の感作化を防止。ただし、強い酸化性酸（硝酸高濃度等）ではSUS 347に劣る場合あり。
• 主な用途: 排気マニホールド・ターボチャージャハウジング、航空機エンジン排気系、石油精製・石油化学プラント高温配管・熱交換器、ボイラ・圧力容器高温部品、触媒担体・反応器内部部品、自動車排気系部品。

加工・熱処理・溶接のポイント

• 固溶化処理: 1010〜1150℃急冷。TiC析出を固溶させ、炭素を固定化。冷却速度が遅いとTiC粗大化で延性低下の恐れ。
• 安定化処理（オプション）: 870〜900℃/2〜4h 空冷。残留炭素をTiCとして完全固定化し、感作化耐性を最大化。
• 溶接: TIG/MIG/SAW対応。溶接材はSUS 347（Nb安定化）を推奨。SUS 321溶接材はTiが溶接金属で酸化・窒化しやすく、溶接性が劣るため。溶接後熱処理は通常不要。
• 機械加工: SUS 304と同等レベル。加工硬化対策（低速・重切削・鋭い工具）を適用。
• 研磨・表面仕上げ: TiCが硬質微粒子として存在するため、鏡面研磨時はダイヤモンドペースト等の硬質研磨材が有効。

SUS 321 vs SUS 347 の使い分け

観点	SUS 321 (Ti安定化)	SUS 347 (Nb安定化)
安定化元素	チタン (Ti)	ニオブ/コロンビウム (Nb/Cb)
溶接性	溶接材はSUS 347推奨	自材溶接材で良好
高温クリープ強度	優秀（〜850℃）	優秀（〜850℃）、やや上回る
酸化性酸耐食性	標準	優秀（Nb効果）
入手性・コスト	広く流通、標準的	やや高価、在庫限定的

関連規格・同等グレード

規格	グレード	備考
JIS	SUS 321	JIS G4303 / G4304 / G4305
ASTM/ASME	321 / UNS S32100	A240, A312, A403, SA-240等
EN	1.4541 / X6CrNiTi18-10	EN 10088-2
DIN	X6CrNiTi18-10	旧規格 1.4541

まとめ

SUS 321固溶化処理材は、チタン安定化により450〜850℃の高温環境下で優れたクリープ強度・酸化抵抗性・粒界腐食抵抗性を発揮する、高温用途の代表的オーステナイト系ステンレス鋼です。溶接にはSUS 347溶接材を使用するのが標準的です。航空機・自動車排気系、石油精製高温配管、ボイラ部品など、熱応力と腐食の複合環境で実績豊富な信頼性の高い材料です。設計時は高温許容応力値、熱膨張係数、熱伝導率の温度依存性を考慮した熱応力解析を行うことを推奨します。