UGI® 4539 – 硫酸耐性に優れた高性能オーステナイト系ステンレス鋼
UGI® 4539は、特に硫酸環境において、幅広いプロセス（化学）環境で高い耐食性を発揮するよう設計されたオーステナイト系鋼です。高クロム・高ニッケル含有にモリブデンを添加することで、良好から優秀な耐食性を確保しています。
完全なオーステナイト微細構造を持ちます。この鋼種はあらゆる条件下で非磁性であり、優れた溶接性と成形性を有します。オーステナイト構造により、極低温まで優れた靭性を発揮します。
特性
一般特性
| 特性 | 値 |
|---|---|
| 密度 | 8 g/cm³ |
機械的特性
| 特性 | 温度 | 値 | 備考 |
|---|---|---|---|
| シャルピー衝撃値 (Vノッチ) | – | 100 J | 最小値 |
| 弾性率 | 100 °C | 190 GPa | – |
| 弾性率 | 200 °C | 180 GPa | – |
| 弾性率 | 300 °C | 172 GPa | – |
| 弾性率 | 400 °C | 165 GPa | – |
| 弾性率 | 500 °C | 158 GPa | – |
| 伸び | – | 35 % | – |
| 硬さ (ブリネル) | – | 230 HBW | 最大値 |
| 引張強さ | – | 530 – 730 MPa | – |
熱的特性
| 特性 | 温度 | 値 | 備考 |
|---|---|---|---|
| 熱膨張係数 | – | 0.000014 1/K | 20〜100℃ |
| 熱膨張係数 | – | 0.000016 1/K | 20〜200℃ |
| 熱膨張係数 | – | 0.000018 1/K | 20〜300℃ |
| 熱膨張係数 | – | 0.000020 1/K | 20〜400℃ |
| 熱膨張係数 | – | 0.000022 1/K | 20〜500℃ |
| 比熱容量 | 100 °C | 485 J/(kg·K) | – |
| 比熱容量 | 200 °C | 515 J/(kg·K) | – |
| 比熱容量 | 300 °C | 545 J/(kg·K) | – |
| 比熱容量 | 400 °C | 570 J/(kg·K) | – |
| 比熱容量 | 500 °C | 590 J/(kg·K) | – |
| 熱伝導率 | 100 °C | 14 W/(m·K) | – |
| 熱伝導率 | 200 °C | 16 W/(m·K) | – |
| 熱伝導率 | 300 °C | 18 W/(m·K) | – |
| 熱伝導率 | 400 °C | 20 W/(m·K) | – |
| 熱伝導率 | 500 °C | 22 W/(m·K) | – |
電気的特性
| 特性 | 温度 | 値 |
|---|---|---|
| 電気抵抗率 | 100 °C | 9.9×10⁻⁷ Ω·m |
| 電気抵抗率 | 200 °C | 1.07×10⁻⁶ Ω·m |
| 電気抵抗率 | 300 °C | 1.13×10⁻⁶ Ω·m |
| 電気抵抗率 | 400 °C | 1.15×10⁻⁶ Ω·m |
| 電気抵抗率 | 500 °C | 1.17×10⁻⁶ Ω·m |
化学組成
| 元素 | 含有量 | 備考 |
|---|---|---|
| 炭素 | 0.02 % | 最大 |
| クロム | 19.0 – 21.0 % | – |
| 銅 | 1.0 – 2.0 % | – |
| マンガン | 2.0 % | 最大 |
| モリブデン | 4.0 – 5.0 % | – |
| ニッケル | 23.0 – 28.0 % | – |
| 窒素 | 0.1 % | 最大 |
| リン | 0.035 % | 最大 |
| ケイ素 | 0.70 % | 最大 |
| 硫黄 | 0.015 % | 最大 |
技術的特性
用途分野
- 化学・石油化学産業
- 硫酸取扱い装置
- 腕時計・宝飾部品
- 医療・製薬用途
- パルプ・製紙産業
冷間成形
UGI® 4539は十分な延性を持ち、容易に成形可能です。高窒素・高モリブデン含有UGI® 4539の高強度は、この鋼種の応力-ひずみ曲線を標準的なオーステナイト系製品304/304Lと比較すると明確に示されます。
耐食性
もともと硫酸に対する均一腐食抵抗性のために開発されましたが、幅広い環境に対しても非常に高い耐性を持ちます。PREN*（孔食抵抗当量数）が33〜38の間にあることから、温海水やその他の高塩化物環境に対する良好な孔食抵抗性を示します。
均一腐食： 均一腐食は不動態皮膜がすべて破壊される際に発生し、通常は酸や高温アルカリ溶液で起こります。以下の表は、腐食速度 < 0.1 mm/年となる温度限界を様々な溶液で示しています：
| 酸/アルカリ濃度 (質量%) | H₂SO₄ 20% | H₂SO₄ 40% | H₂SO₄ 60% | HCl 1% | HCl 2% | HCl 3% | NaOH 20% | NaOH 40% | NaOH 60% |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 温度限界* ℃ (<0.1mm/y) | 70℃ | 55℃ | 40℃ | 60℃ | 30℃ | 20℃ | 170℃ | 125℃ | 160℃ |
*温度限界は表面状態（粗さ等）の影響も受けます。
局部腐食：
孔食腐食： 中性または酸性環境中の塩化物イオンは不動態皮膜の局部的破壊を促進し、孔食や隙間腐食が進行して腐食破損を引き起こします。PREN値で概略比較可能ですが、より信頼性が高いのは臨界孔食温度（CPT）による順位付けです。ASTM G150（1M NaCl溶液、35,000ppm塩化物イオン）によるCPT値は以下の通り：
| 鋼種 | UGI 4404 | UGI® 4539 | UGI 4462 |
|---|---|---|---|
| CPT* ℃ (ASTM G150) | 18℃ | 60℃ | 50℃ |
*(%Cr + 3.3×%Mo + 16×%N) **CPTも表面状態の影響を受けます。
粒界腐食： UGI® 4539は炭素含有量が非常に低いため、通常の熱処理や溶接に伴う炭化物析出リスクがほとんどなく、粒界腐食リスクは実質的に排除されます。
応力腐食割れ： 高ニッケル・高モリブデン含有により、UGI® 4539は塩化物溶液、濃縮水酸化物溶液、硫化水素豊富環境（石油・ガス市場）における応力腐食割れに対して高い耐性を持ちます。右側のグラフ（材料ページ参照）では、温度とH₂S圧力の関数としての割れ抵抗範囲が示され、UGI® 4539の限界は青色で表示されています。
一般的な切削性
他のオーステナイト系鋼と同様、UGI® 4539はタフで加工硬化しやすく、かつ硫黄含有量が低く抑えられています。これらにより410や304鋼種より切削性は劣りますが、適切な工具と切削条件を選択すれば、十分満足のいく加工結果が得られます。
熱処理
固溶化焼鈍： 1060〜1150℃の温度範囲で固溶化焼鈍し、空気または水で急冷することで、最適な機械的特性と加工特性が得られます。600〜900℃の温度範囲への曝露は、脆性で耐食性の劣る金属間化合物相の生成を防ぐため最小限に抑える必要があります。
硬化： UGI® 4539は熱処理では硬化できませんが、冷間加工による硬化は可能です。
熱間成形
鍛造： UGI® 4539は通常1150〜1180℃で予熱し、1180〜950℃で鍛造を行います。鍛造後、変形の危険がない場合は空気または水で急冷します。
供給形状
| 製品 | 形状 | 仕上げ | 公差 | 寸法 |
|---|---|---|---|---|
| 棒鋼 | 丸棒 | 引抜 | h9 | 2〜28 mm |
| 丸棒 | 研磨 | h7〜h9 | 2〜80 mm | |
| 丸棒 | 旋削研磨 | h10〜h11 | 22〜130 mm | |
| 丸棒 | 酸洗 | k12〜k13 | 22〜130 mm | |
| 六角棒 | 引抜 | – | 3〜55 mm | |
| 線材 | 丸線 | 酸洗 | – | 5〜32 mm |
| 引抜線 | 丸線 | 無光沢 | – | 0.8〜14 mm |
| 形鋼 | 光沢 | – | 2〜70 mm² |
その他の形状についてはサプライヤーにお問い合わせください。
表面処理
酸洗： 加熱時に酸化皮膜が生じた場合に必要です。塩酸、硫酸、または混合硝酸・フッ酸浴を使用します。浴を温める（例：50℃）と浸漬時間を短縮できます。最後に表面を徹底的に洗浄することが絶対に必要です。
不動態化： 特に高Cr/Mo鋼種のステンレス鋼は、不動態皮膜が空気中で自然に形成され、24時間で一定の安定性を得るため、一般的に不動態化処理は不要です。しかし、炭素鋼や低合金鋼との接触により鉄汚染（フェライト汚染）が生じることがあります。この場合、常温で30分間の硝酸不動態化処理が必要です。最終処理として表面洗浄または中和処理が不可欠です。
電解研磨： 一般的なモリブデン含有オーステナイト系鋼の電解研磨条件をUGI® 4539にも適用できます。
溶接
UGI® 4539は完全オーステナイト凝固構造を持つため、溶接時にホットクラック傾向を示します。しかし、オーステナイト系ステンレス鋼の標準的な溶接プロセスで容易に溶接可能です。充填材なしの溶接はホットクラック形成を促進するため推奨しません。同質充填材を使用する場合、融合不良を招く過度に低い熱入力は避ける必要があります。
溶接時のウィービング（横揺れ）も熱入力を最小限に抑えるため避けるべきです。溶接後熱処理は不要で、低炭素含有により大肉厚部でも溶接後は粒間腐食に耐性があります。
金属
- UGI® HT605 – 高温用コバルト・クロム・ニッケル・タングステン合金、優れた耐酸化性
- UGI® 4116N：高炭素・高窒素で耐食性と硬度を両立したステンレス鋼
- UGI® 4313 +A - 高性能低炭素Ni添加マルテンサイト系ステンレス鋼
- UGI® 4121：耐食性と切削性に優れた高性能マルテンサイト系ステンレス鋼
- UGI® 4512：高性能用途向けプレミアム・フェライト系ステンレス鋼
- UGI® 316Ti ステンレス鋼 – 高温用、非磁性、固溶焼鈍材
- UGI® 316Ti – 高温用途向けプレミアムチタン安定化ステンレス鋼
- UGI® 4362 引抜きバー — 高強度と優れた耐食性
- UGI® 4545 AIR焼鈍材 — プレミアム航空宇宙グレード析出硬化型ステンレス鋼
- UGI® 446 焼鈍材：極限温度対応の高性能フェライト系ステンレス鋼 (23-24% Cr)
- UGI® 4062 ブライトバー – コスト効率に優れた高性能デュプレックスステンレス鋼