DIN 17221 Grade 55Cr3 鋼: 球状化セメンタイト焼鈍と性能向上
鋼種 55Cr3 は、板ばね、ねじりばね、渦巻ばねなどの熱間成形ばね、自動車工学用途、さらには特殊用途の大型引張・圧縮ばねに使用されるクロム合金鋼です。本稿では、球状化セメンタイト組織を得るための焼鈍プロセスと、温度依存性を含む包括的な物性データを解説します。
主な特性データ
一般特性
| 特性 | 温度 | 値 |
|---|
| 密度 | 20.0 °C | 7.83 g/cm³ |
機械的特性
| 特性 | 温度 | 値 |
|---|
| ヤング率（弾性率） | -100.0 °C | 217 GPa |
| 20.0 °C | 212 GPa |
| 100.0 °C | 207 GPa |
| 200.0 °C | 199 GPa |
| 300.0 °C | 192 GPa |
| 400.0 °C | 184 GPa |
| 500.0 °C | 175 GPa |
| 600.0 °C | 164 GPa |
| ポアソン比 | 20.0 °C | 0.28 [-] |
熱的特性
| 特性 | 温度 | 値 | 備考 |
|---|
| 線膨張係数 | -100.0 °C | 1.05E-5 1/K | |
| 20.0 °C | 1.15E-5 1/K | |
| 100.0 °C | 1.21E-5 1/K | |
| 200.0 °C | 1.27E-5 1/K | |
| 300.0 °C | 1.32E-5 1/K | |
| 400.0 °C | 1.36E-5 1/K | |
| 500.0 °C | 1.40E-5 1/K | |
| 600.0 °C | 1.44E-5 1/K | |
| 長期最高使用温度 | - | -30 〜 100 °C | |
| 融点 | - | 1382 - 1529 °C | クロム鋼として典型的 |
| 比熱容量 | -100.0 °C | 423 J/(kg·K) | |
| 20.0 °C | 461 J/(kg·K) | |
| 100.0 °C | 479 J/(kg·K) | |
| 200.0 °C | 499 J/(kg·K) | |
| 300.0 °C | 517 J/(kg·K) | |
| 400.0 °C | 536 J/(kg·K) | |
| 500.0 °C | 558 J/(kg·K) | |
| 600.0 °C | 587 J/(kg·K) | |
| 熱伝導率 | 20.0 °C | 45.1 W/(m·K) | |
| 100.0 °C | 45.1 W/(m·K) | |
| 200.0 °C | 44.1 W/(m·K) | |
| 300.0 °C | 41.9 W/(m·K) | |
| 400.0 °C | 39.4 W/(m·K) | |
| 500.0 °C | 36.9 W/(m·K) | |
| 600.0 °C | 34.4 W/(m·K) | |
| 熱拡散率 | 20.0 °C | 12.5 mm²/s | |
| 100.0 °C | 11.6 mm²/s | |
| 200.0 °C | 10.6 mm²/s | |
| 300.0 °C | 9.5 mm²/s | |
| 400.0 °C | 8.4 mm²/s | |
| 500.0 °C | 7.1 mm²/s | |
| 600.0 °C | 5.8 mm²/s | |
電気的特性
| 特性 | 温度 | 値 |
|---|
| 電気抵抗率 | 20.0 °C | 2.31E-7 Ω·m |
| 100.0 °C | 2.84E-7 Ω·m |
| 200.0 °C | 3.58E-7 Ω·m |
| 300.0 °C | 4.48E-7 Ω·m |
| 400.0 °C | 5.52E-7 Ω·m |
| 500.0 °C | 6.71E-7 Ω·m |
| 600.0 °C | 8.06E-7 Ω·m |
化学組成（質量%）
| 元素 | 含有量 |
|---|
| 炭素 (C) | 0.52 - 0.59 % |
| クロム (Cr) | 0.7 - 1.0 % |
| マンガン (Mn) | 0.7 - 1.1 % |
| リン (P) | 0.03 % |
| ケイ素 (Si) | 0.25 - 0.50 % |
| 硫黄 (S) | 0.03 % |
技術的特性
球状化焼鈍のポイント
55Cr3の冷間加工性向上には球状化焼鈍が標準的に適用されます。54SiCr6と比較してケイ素含有量が低く（0.25-0.50%）、クロム含有量が高い（0.7-1.0%）のが特徴です。推奨プロセス：
- 温度: 700-740°C（Ac1付近、54SiCr6よりやや高め）
- 保持時間: 断面寸法に応じて3-8時間
- 冷却: 炉冷で600°Cまで（20-50°C/h）、以降空冷
クロムの効果で焼入れ性が高く、大断面でもマルテンサイト変態が容易です。熱間成形後の焼入れ・焼き戻しで高い降伏強度と耐疲労特性を発揮します。マンガン0.7-1.1%が脱硫と焼入れ性向上に寄与しています。自動車懸架系ばねの代表的材料として長い実績があります。
