UGIMA® 4509 焼鈍材 – 優れた切削性と耐食性を兼ね備えたフェライト系ステンレス鋼

概要

UGIMA® 4509 は、約 18% のクロムを含み、ニオブとチタンで安定化された切削性向上型フェライト系ステンレス鋼です。優れた耐食性に加え、切削、冷間ヘッディング、溶接など多様な加工法に高い適性を示します。標準的な 4509 と比較し、工具摩耗の低減とチップブレーカビリティの向上により、大幅な切削生産性の向上を実現します。ニオブによる安定化で溶接時の感作リスクを排除し、チタンが溶接部の結晶粒成長を抑制します。優れた冷間ヘッディング特性を持ち、用途によってはオーステナイト系の 1.4307 や 1.4305 の経済的な代替材となります。フェライト組織により優れた強磁性、良好な酸化抵抗性 (特に熱サイクルに対して)、炭素鋼に近い熱膨張係数を発揮します。納入時の組織は完全なフェライト組織で、主要な析出物は Nb-カーボナイトライド、Ti-ナイトライド、Ti-サルファイドまたは Ti-カルボサルファイドです。

物理的特性

一般特性

特性	値
密度	7.7 g/cm³

機械的特性

特性	温度	値	備考
弾性率	20 °C	220 GPa
弾性率	100 °C	215 GPa
弾性率	200 °C	210 GPa
弾性率	300 °C	205 GPa
弾性率	400 °C	195 GPa
伸び		18 %	最小値
ブリネル硬度		200.0	最大値
引張強さ		420.0 - 620.0 MPa

熱的特性

特性	値	備考
熱膨張係数	1.0×10⁻⁵ 1/K	20〜100°C, 20〜200°C
熱膨張係数	1.05×10⁻⁵ 1/K	20〜300°C, 20〜400°C
比熱容量	460 J/(kg·K)
熱伝導率	25 W/(m·K)

電気的特性

特性	値
電気抵抗率	6×10⁻⁷ Ω·m

化学組成

元素	含有量	備考
炭素	0.03	最大値
クロム	17.5 - 18.5 %
マンガン	1.0	最大値
ニオブ	0.70	最大値、最小値: 0.30+(3×C)
窒素	0.03	最大値
リン	0.03	最大値
シリコン	1.0	最大値
硫黄	0.015	最大値
チタン	0.1 - 0.30 %

技術的特性

用途分野

• エネルギー、プロセス産業 (ソレノイドバルブ)
• 自動車: ラムダセンサーサポート、インジェクション、ソレノイドバルブ、磁気用途 (ソレノイド)

使用制限: 極低温用途 (靭性不足)、非磁性特性が要求される用途

冷間加工

UGIMA® 4509 は、冷間引抜き、成形、鍛造、冷間ヘッディングなどの従来の冷間加工プロセスに容易に使用できます。適度な加工硬化により、工具への負荷が軽減されます。

耐食性

孔食腐食: 孔食電位により評価。mV/SCE が高いほど耐孔食性が高い。中性で微塩素化した pH 環境 (塩化ナトリウム 0.02 mol/L) の上水道水を使用 (23°C)。以下は横方向に旋削した棒材サンプルで測定された孔食電位値です。UGIMA® 4509 の孔食腐食抵抗挙動は UGI 4509 と同等です。

グレード	孔食電位 (mV/SCE)	標準偏差
UGI 4509	484	3
UGIMA® 4509	447	8
UGIMA® 4511	360	20

中性塩水噴霧試験 (ISO 9227): ステンレス鋼では表面状態 (傷の有無など) に大きく依存しますが、SIC 1200 ペーパーで機械研磨した直径 15mm の棒材を縦方向に試験しました。UGIMA® 4509 と UGI 4509 の両グレードを 500 時間試験した結果、表面の 90% が孔食フリーでした。この点でも UGIMA® 4509 の耐食性は UGI 4509 と同等です。

高温酸化抵抗性: 900°C で 20 分間保持、空冷で 300 サイクルの酸化試験を実施。形成された酸化皮膜厚 (微細で密着性良好) は両グレードで同程度です。

グレード	300 サイクル (900°C, 20分/サイクル) 後の酸化皮膜厚 (mg/cm²)
UGI® 4509	1.9
UGIMA® 4509	1.7
UGIMA® 4511	1.2

一般的切削性

標準的な 1.4509 と比較し、UGIMA® 4509 は工具摩耗の低減とチップブレーカビリティの向上により、同一切削条件で大幅な生産性向上を実現します。

旋削: 数値制御旋盤で乾式 VB15/0.15 試験を実施し、チップブレークゾーン (CBZ) を測定。同等工具摩耗条件下で、UGIMA® 4509 は標準 1.4509 に対し約 6% の生産性向上とチップブレーカビリティ改善 (機械停止リスク低減) を示しました。

操作	工具	標準 1.4509	UGIMA® 4509
旋削 VB15/0.15 (ap=1.5mm, f=0.25mm/rev)	SECO TM2000 CNMG 120408 – MF4	Vc = 390 m/min	Vc = 415 m/min
旋削 CBZ (Vc=150 m/min)	SECO TM2000 CNMG 120408 – MF4	56 条件中 38 条件で良好なチップブレーク	56 条件中 43 条件で良好なチップブレーク

自動盤加工: TORNOS SIGMA 32 で試験を実施し、工具交換なしで 1000 個生産可能な最適切削条件を比較。

旋削 (荒/仕上げ): 3 種類の旋削操作で、UGIMA® 4509 は標準 1.4509 に対し最大 30% の生産性向上を実現。

操作	工具	標準 1.4509	UGIMA® 4509
荒旋削 (ap=2mm, f=0.30mm/rev)	SECO TM2000 CCMT09T308-F2	Vc = 150 m/min	Vc = 195 m/min
仕上げ旋削 (ap=0.5mm, f=0.10mm/rev)	SECO TM2000 CCMT09T304-F1	Vc = 275 m/min	Vc = 275 m/min
旋削 VB15/0.25 (ap=1.5mm, f=0.25mm/rev)	SECO TM2000 CCMT09T308-F2	Vc = 220 m/min	Vc = 265 m/min

切断: 横切断操作で、UGIMA® 4509 は標準 1.4509 に対し 80% 以上の生産性向上を達成。

操作	工具	標準 1.4509	UGIMA® 4509
横切断	SANDVIK QD-NG-0300-0001-CF 1105	Vc = 100 m/min, f = 0.07 mm/rev	Vc = 130 m/min, f = 0.10 mm/rev

熱処理

軟化焼鈍: 冷間加工後の延性回復のため、750〜900°C で処理後空冷します。

熱間成形

完全フェライト組織により、あらゆる温度で優れた鍛造性を発揮。800〜1150°C で鍛造または圧延による熱間成形が可能。1150°C を超えると過度な結晶粒成長の恐れがあるため加熱温度は 1150°C 以下に抑える必要があります。

供給形状

製品	形状	仕上げ	公差	寸法
バー	丸棒	圧延酸化皮膜除去	k13 – k12	φ 22〜71
		旋削	10 + 11	φ 22〜70
		研磨	7+8+9+オプション	φ 2〜70
		引抜き	9	φ 2〜30
		黒皮	± 1% φ	φ 23〜73

その他の製品についてはサプライヤーにお問い合わせください。

溶接

ニオブとチタンの二重安定化により、標準 1.4509 と同様に、ほとんどのアーク溶接プロセス (MIG/TIG、充填材あり/なし、被覆アーク、プラズマ)、レーザー溶接、抵抗溶接 (スポット/シーム)、摩擦溶接、電子ビーム溶接などで溶接可能。溶接前後の熱処理はフェライト結晶粒成長を防ぐため実施しないでください。

充填材を使用する場合、均質 (安定化フェライト) 充填材 (EXHAUST® F1 など) を薄板溶接に、オーステナイト系充填材 (ER308L(Si) など) を厚板溶接 (≥3mm) に推奨。MIG/TIG ともにシールドガスに水素や窒素を含めないこと。MIG では Ar (+ He) + 1〜3% O₂ または CO₂、TIG では Ar (+ He) を使用。