UGI® 4545 AIR – 航空宇宙用プレミアム 15-5PH マルテンサイト系ステンレス鋼

UGI® 4545 AIR の概要

UGI® 15-5PH AIR または UGI® 4545 AIR は、主に航空宇宙用途向けに設計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、疲労破壊に対する優れた耐性も備えています。本材料は、この分野で最も先進的な技術を用いた電渣溶解材（AMS 5659 タイプ2 準拠）です。この製造プロセスにより、組織の優れた均質性と等方性が確保され、縦方向だけでなく横方向においても高い機械的特性が得られます（強磁性）。

微細組織の特徴

光学顕微鏡で観察される微細組織は、均質なマルテンサイト基地にニオブ炭窒化物の析出物（SEM で白色粒子として確認可能）と残留オーステナイトから構成され、残留オーステナイトの分率は冶金条件によって異なります。銅リッチなナノメートルオーダーの析出相は TEM で観察可能です。UGI® 15-5PH AIR の δ フェライト分率は 1% 未満（UGI® 17-4PH AIR より低い、AMS 2315 準拠）で、前オーステナイト粒度は 6 級以下と微細です。

高い清浄度

消耗電極式 ESR 法で製造されるため、残存介在物は非常に微小で断面内に均一に分布しています。ASTM E45 法 A によるミクロ清浄度は以下の通り保証されます：

• A, B, C, D 類（薄板）< 1.5
• A, B, C, D 類（厚板）< 1

物理的・化学的特性

一般特性

特性	値
密度	7.8 g/cm³

機械的特性（代表値・最小保証値）

特性	温度	値	備考
ヤング率	20 °C	200 GPa
	100 °C	195 GPa
	200 °C	185 GPa
	300 °C	170 GPa
	300 °C	175 GPa
伸び		13 %	最小値
ブリネル硬さ		311	最小値
ロックウェル C 硬さ		32.0 HRC	最小値
絞り		45.0 %	最小値
引張強さ		1000 MPa	最小値

熱的特性

特性	値	条件・備考
線膨張係数	10.5 × 10⁻⁶ 1/K	20～100 °C
	11.1 × 10⁻⁶ 1/K	20～200 °C
	11.5 × 10⁻⁶ 1/K	20～300 °C
	11.9 × 10⁻⁶ 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

化学成分（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
ケイ素 (Si)	0.60	最大
硫黄 (S)	0.005	最大

技術的特性・加工性

用途分野

• 航空宇宙：プレミアム航空機品質（Aircraft Quality）
• センサ製造：圧力センサなど
• 医療関連部品
• シャフト、ギヤ
• 継手、フィッティング
• 構造部品 など

耐食性

UGI® 15-5 PH AIR は優れた耐食性を示し、場合によっては 18Cr-8Ni 系オーステナイト鋼と同等の性能を発揮します。

環境	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（塩水噴霧試験）	良好
湿気	優秀
海水	制限付き使用
油・ガス	制限付き使用

孔食： 古典的な 12% Cr マルテンサイト系ステンレス鋼より大幅に高い孔食耐性を持ち、ピッティング ポテンシャルは超マルテンサイト鋼 1.4418 やオーステナイト鋼 1.4301 (AISI 304) と同等レベルです。
粒界腐食： 炭素含有量が極めて低く（その一部は Nb と結合）、適切な熱処理を行えば粒界腐食に対して不感になります。
その他： 疲労腐食および応力腐食割れに対しても、特定の環境・条件下で耐性があります。高い機械的特性と耐食性の両立により、腐食摩耗に対する優れた耐性も期待できます。

切削加工性

硫黄含有量が低くミクロ清浄度が極めて高いため、チップブレーカ性が悪く、特にドリル加工や仕上げ旋削で困難が生じることがあります。可能な限り、最終部品形状への機械加工は A 状態（固溶焼鈍）で行い、工具摩耗を抑制することを推奨します。析出硬化熱処理後の機械加工は、材料の機械的特性が高いほど工具摩耗が大きく（生産性が低下するため）推奨しません。A 状態での粗旋削試験（ap = 1.5 mm, f = 0.25 mm/rev）では、STELLRAM SP4019 CCGT 09T308E-62 チップを用いて 15 分間実切削で後面摩耗 0.15 mm に達する切削速度は約 145 m/min であり、切削性向上鋼 UGIMA® 4542（約 160 m/min）より 10～30% 生産性が低くなります。

熱処理

UGI® 15-5PH AIR の熱処理は 2 段階で構成されます：

1. オーステナイト化（固溶処理）： 合金元素、特に Cu を過飽和マルテンサイト中に固溶させる目的で、1030～1050℃で実施。油焼入れ、または小径材では空冷で中断します。この状態（A 状態）では Cu 析出硬化が効いておらず硬度は中間的です。機械加工や冷間成形を行う場合、焼入れ後 300℃×1 時間の応力除去焼鈍を行い、材料を安定化させ焼入れ割れを防止することを推奨します。
2. 時効処理（エージング）： 固溶処理後に Cu リッチ相を析出させ、機械的特性を調整します。時効後は「H 状態」と呼ばれます。時効温度は 480℃（H900）～ 620℃（H1150）の範囲で、温度により強度と靭性のトレードオフが調整されます。
   H900 は最大硬度（ピーク硬化）を示し、温度を上げると析出物の成長により硬度・強度は低下します。580℃以上では逆変態オーステナイトが生成し靭性は向上しますが強度は低下します。H1025（550℃×4 時間）は強度と靭性の最適バランスとして多く採用されます。
   最も低強度・低硬度を得るには H1150M サイクル（固溶処理 → 760℃×2 時間焼戻し → 620℃×4 時間時効）を行い、UTS = 780 MPa, YS = 710 MPa, HRC < 32 となります。

状態記号	熱処理条件
A 状態	1030/1050℃ 焼鈍
H900	1030/1050℃ 焼鈍・空冷または油冷 ＋ 480℃×1 時間時効・空冷
H925	1030/1050℃ 焼鈍・空冷または油冷 ＋ 495℃×4 時間時効・空冷
H1025	1030/1050℃ 焼鈍・空冷または油冷 ＋ 550℃×4 時間焼戻し・空冷
H1075	1030/1050℃ 焼鈍・空冷または油冷 ＋ 580℃×4 時間焼戻し・空冷
H1100	1030/1050℃ 焼鈍・空冷または油冷 ＋ 590℃×4 時間焼戻し・空冷
H1150	1030/1050℃ 焼鈍・空冷または油冷 ＋ 620℃×4 時間焼戻し・空冷

熱間成形（鍛造）

鍛造適性あり。再加熱 1150～1200℃、鍛造温度 1200～950℃。鍛造後は空冷または油冷し、その後固溶焼鈍および必要に応じて時効処理を実施します。

検査・規格適合・供給形態

磁粉探傷・マクロ組織試験： AMS 2300 準拠（頻度/重大度 0/0）。マクロ組織は AMS 5659 準拠（クラス 1～4、一般的に ASTM A604 による重大度 A）。

供給可能な棒鋼製品（丸棒）

製品	形状	表面仕上げ	公差	サイズ範囲 (mm)
棒鋼	丸棒	旋削肌	k12 - k13	22 - 115
		ピーリング・研磨	h11 - h10 - h9	22 - 115
		センタレス研磨	h9 - h8 - h7	5 - 115
		冷間引抜き	h9	5 - 21

その他の製品形状についてはお問い合わせください。

表面処理

酸洗い： 630 系鋼と同様の手順で実施。
脱鉄処理（鉄粉除去等が必要な場合）：

• 52% 硝酸（36° Bé） 1/4 体積
• 水 3/4 体積
• 常温
• 時間は条件に応じて調整
• 処理後は十分水洗

※ ステンレス鋼の耐食性は、腐食環境の組成（塩化物濃度、酸化剤の有無、温度、pH、攪拌の有無等）および材料の表面状態（異種金属粒子の非付着、表面仕上げ、硬化・研磨等）に大きく依存します。塩水噴霧試験（ISO 9227）などでは、試験片にマーキングラベルを貼らない等の注意が必要です。

溶接性

予熱なしで、GMAW、GTAW（フィラーワイヤあり/なし）、レーザー、抵抗溶接、電子ビーム溶接など各種工法で溶接可能です。
溶接部の機械的特性を母材と同等にする場合は、フィラーメタルなし（自溶）または同質フィラーメタル（AWS E/ER 630）を用い、溶接後に析出硬化熱処理（上記 H 状態熱処理）を実施します。溶接部の特性が母材レベル不要の場合は、ER308LSi (19 9 L Si) 等のフィラーメタルが使用可能です。
溶接後に析出硬化処理を行わない場合、250～300℃の応力除去焼鈍を行うことで HAZ の靭性向上と、溶接時マルテンサイト組織由来の冷間割れリスク低減が図れます。高耐力鋼特有の留意点として、ノッチや断面急変を避けた溶接設計が重要です。
シールドガスは GMAW で Ar+1%CO₂ または 1-2%O₂ を推奨。GMAW/GTAW ともに H₂、N₂ 含有ガスは避けてください。