UGI® 4545 AIR (15-5PH) – 高強度・耐疲労性に優れた航空宇宙グレード析出硬化型ステンレス鋼

UGI® 15-5PH AIR (別名 UGI® 4545 AIR) は、主に航空宇宙用途向けに開発されたプレミアム品質の PH (析出硬化型) マルテンサイト系ステンレス鋼です。高強度と高靭性の組み合わせが要求される部品に使用され、優れた耐疲労特性も備えます。電渣再溶解材 (AMS 5659 Type 2 準拠) であり、最先端技術により構造の均質性・等方性が確保され、縦方向だけでなく横方向でも高い機械的特性を発揮します (強磁性)。

光学顕微鏡組織は均質なマルテンサイト基地にニオブ炭窒化物析出物 (SEM で白色粒子として観察) と残留オーステナイトからなり、その分率は冶金状態に依存します。ナノメートルオーダーの Cu 濃厚相は透過電子顕微鏡 (TEM) で観察可能です。デルタフェライト分率は 1% 未満 (UGI® 17-4PH AIR より低い、AMS 2315 準拠)、前オーステナイト粒度は 6 級以下です。

消耗電極式 ESR 法で製造されるため、残存介在物は微小かつ均一に分布。ASTM E45 法 A によるミクロ清浄度は、A,B,C,D (薄) < 1.5、A,B,C,D (重) < 1 を保証します。

主な特性

一般特性

特性	値
密度	7.8 g/cm³

機械的特性

特性	温度	値	備考
弾性係数	20 °C	200 GPa	-
弾性係数	100 °C	195 GPa	-
弾性係数	200 °C	185 GPa	-
弾性係数	300 °C	170 GPa	-
弾性係数	300 °C	175 GPa	-
伸び	-	10 %	最小値
ブリネル硬度	-	388	最小値
ロックウェル C 硬度	-	40.0	最小値
絞り	-	40.0 %	最小値
引張強さ	-	1310 MPa	最小値

熱的特性

特性	値	備考
熱膨張係数	1.05×10⁻⁵ 1/K	20–100°C
熱膨張係数	1.11×10⁻⁵ 1/K	20–200°C
熱膨張係数	1.15×10⁻⁵ 1/K	20–300°C
熱膨張係数	1.19×10⁻⁵ 1/K	20–400°C
比熱容量	500 J/(kg·K)	-
熱伝導率	16 W/(m·K)	-

電気的特性

特性	値
電気抵抗率	7.1×10⁻⁷ Ω·m

化学組成 (質量%)

元素	含有量	備考
炭素 (C)	0.07	最大
クロム (Cr)	14.5–15.3 %	-
銅 (Cu)	2.5–4.0 %	-
マンガン (Mn)	1.0	最大
モリブデン (Mo)	0.5	最大
ニッケル (Ni)	4.5–5.5 %	-
ニオブ (Nb)	0.45	最大、最小: 5×C%
リン (P)	0.025	最大
シリコン (Si)	0.60	最大
硫黄 (S)	0.005	最大

技術的特性・加工性

項目	評価・詳細
主な用途	航空宇宙 (プレミアム航空機品質)、センサ製造 (圧力センサ等)、医療補助部品、シャフト、ギア、継手、構造部品など
耐食性	18Cr-8Ni オーステナイト系鋼と同等の耐食性を示す場合あり。環境別挙動: 硝酸(良好)、リン酸(制限付き使用)、硫酸(制限付き使用)、酢酸(普通)、炭酸ナトリウム(普通)、NaCl 噴霧試験(良好)、湿気(優良)、海水(制限付き使用)、油/ガス(制限付き使用)。孔食耐性: 古典的 12%Cr マルテンサイト系より大幅に優れ、超マルテンサイト系 1.4418 やオーステナイト系 1.4301 (AISI 304) と同等レベル。粒界腐食: 低炭素 (一部は Nb と結合) であり、適切な熱処理後は粒界腐食に不感。その他: 疲労腐食・応力腐食に対する耐性も一部環境・条件で良好。高強度と耐食性の両立により侵食腐食耐性も良好。
一般切削性	低硫黄・高ミクロ清浄度のためチップブレーカ性が悪く、ドリル加工や仕上げ旋削で困難を伴う。可能な限り A 状態 (固溶焼鈍) で機械加工を行い、析出硬化後の加工は工具摩耗大で非推奨。A 状態での荒旋削試験 (ap=1.5mm, f=0.25mm/rev) で、UGIMA® 4542 (切削性改良 17-4PH) より生産性 10–30% 低い。
熱処理	2 段階: (1) オーステナイト化 (1030–1050°C、油焼入れまたは小径材は空冷) → A 状態 (中間硬度、機械加工・冷間成形に適す)。応力除去 (300°C/1h) 推奨。(2) エージング (480°C H900 ~ 620°C H1150) で Cu 析出硬化と靭性調整。H1025 (550°C/4h) が強度・靭性の最適バランス。軟化処理 H1150M (760°C/2h + 620°C/4h) で UTS=780MPa, YS=710MPa, HRC<32 達成。詳細条件表記載。
熱間成形	鍛造適性あり。再加熱 1150–1200°C、鍛造 1200–950°C、鍛造後空冷または油冷、その後固溶焼鈍+エージング必要。
その他	磁粉探傷・マクロ組織検査: AMS 2300 準拠 (頻度/重大度 0/0)、AMS 5659 準拠 (クラス 1–4、一般に重大度 A)。供給形状: 丸棒 (スムース旋削仕上 k12–k13、ピール研磨仕上 h11–h9、サイズ 22–115mm)。その他形状は要問合せ。
表面処理	酸洗い: 630 系鋼と同様。脱汚処理 (鉄粉除去等) は硝酸 52% (36°Bé) 1/4 + 水 3/4、常温、時間調整、完了後十分水洗。ステンレス鋼の耐食性は環境因子 (塩化物濃度、酸化剤、温度、pH、攪拌) と材料表面状態 (金属粒子除去、仕上げ、熱処理) に依存。塩水噴霧試験 (ISO 9227) 等ではラベルによる流れ腐食に注意。
溶接性	予熱なしで GMAW、GTAW (フィラーあり/なし)、レーザー、抵抗、電子ビーム溶接等可能。溶接部機械的特性を母材レベルにする場合は同質フィラー (AWS E/ER 630) 使用し溶接後析出硬化熱処理実施。同等で不要なら ER308LSi 等使用可。溶接後析出硬化しない場合、250–300°C 応力除去で HAZ 靭性向上・冷間割れ防止。高証明応力鋼特有の設計配慮 (切欠き・断面急変回避) 必要。GMAW シールドガスは Ar+1%CO₂ または 1–2%O₂ 推奨、H₂・N₂ 含有ガスは不可。

AA 2219-T6 アルミニウム合金 – 高温用途向け高強度プレミアム合金 UGI® 4545 AIR H925 – 航空宇宙グレード析出硬化型ステンレス鋼（プレミアム品質）

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