炭素鋼とステンレス鋼

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炭素鋼は実際にはどういう意味ですか？

「炭素鋼」には、技術的な定義とより一般的な分類という2つの意味があります。技術的な定義は非常に明確です。AmericanIronandSteelInstitute（AISI）によると、鋼は炭素鋼の技術的な定義と一致するために次の基準を満たす必要があります。

1. クロム、コバルト、コロンビウム[ニオブ]、モリブデン、ニッケル、チタン、タングステン、バナジウム、ジルコニウム、またはその他の元素を追加して、目的の合金効果を得るには、最小含有量が指定または要求されていません。
2. 指定された銅の最小値が0.40パーセントを超えない場合
3. 次の元素のいずれかに指定された最大含有量が記載されたパーセンテージを超えない場合：マンガン1.65、シリコン0.60、銅0.60。
   

技術的な定義は複雑ですが、要約すると1つの単純な制約になります。真の炭素鋼には合金元素がほとんど含まれていてはならず、主に鉄と炭素の2つの材料で構成されています。炭素の量はさまざまであり、許容できる合金材料はいくつかありますが、これらの鋼は単純です。

正確な定義に加えて、炭素鋼という用語は、ステンレス鋼ではない合金鋼の幅広いグループを指すためにも使用されます。炭素鋼とは異なり、低合金鋼は少量の多種多様な合金元素を含むことができるため、さまざまな用途に合わせてカスタマイズすることができます。これらの鋼は、炭素鋼の技術的要件を満たしていませんが、ステンレス鋼と他のすべてのものとの鋼の大きな隔たりを意味します。

炭素鋼（定義による）

簡単に言えば、炭素鋼は定義上非常に単純です。いくつかの炭素と限られた合金元素を含む鉄です。さらに、合金元素（たとえば、4140や4340など）を必要とする鋼は ありません。 炭素鋼。炭素鋼の定義では、材料は低炭素鋼または高炭素鋼のいずれかとして定義できます。低炭素鋼は非常に一般的ですが、高炭素鋼は高強度で非腐食性の環境でのみ使用されます。低炭素鋼である1020鋼は、今日生産されている最も人気のある鋼の1つです。

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炭素鋼は、炭素含有量に基づいてさまざまな機械的特性を持っています。低炭素鋼は弱くて柔らかいですが、機械加工や溶接が簡単にできます。一方、高炭素鋼はより強力ですが、処理が非常に困難です。すべての炭素鋼は錆びやすいため、さまざまな最終用途での使用には適していません。全体として、炭素鋼は低コストの金属を探している場合は優れていますが、一般的に高品質または高精度の製造作業には適していません。

低合金鋼（炭素鋼と呼ばれることもあります）

低合金鋼は、1つまたは複数の合金元素（クロム、コバルト、ニオブ、モリブデン、ニッケル、チタン、タングステン、バナジウム、またはジルコニウムなど）を統合して、従来の炭素鋼の材料特性を改善します。多くの場合、従来の炭素鋼よりも強度が高く、剛性が高く、耐食性がわずかに高くなっています。

合金鋼は、（炭素に加えて）主要な合金材料によって定義されます。最も一般的な合金鋼の1つである4140は、クロム-モリブデン合金鋼です。これは、主要な合金元素がクロム（耐食性を高める）とモリブデン（靭性を高める）であることを意味します。その結果、4140は摩耗の激しい用途や高温で使用されます。

合金鋼は、今日の業界で最も広く使用されている鋼の1つです。それらは機械加工可能で、手頃な価格で、すぐに入手でき、優れた機械的特性を備えています。部品が耐食性である必要がない場合、低合金鋼はあなたの支出に見合う最高の価値を提供します。

合金鋼を従来の方法で製造するのに有利にする特性により、3Dプリントの価値が低くなります。金属3D印刷は機械加工が簡単で安価に入手できるため、固有の部品コストが高いため、経済的に印刷できません。いくつかの金属印刷会社は4140のような低合金鋼を提供していますが、それらは一般的にまれです。

ステンレス鋼

ステンレス鋼は、1つの重要な材料特性の周りに統合されています。それは、高いクロム含有量（> 10.5質量％）と低い炭素含有量（<1.2質量％）に起因する優れた耐食性です。耐食性を超えて、これらの鋼の機械的特性は大きく変化する可能性があります。

オーステナイト系ステンレス鋼は、最も一般的なタイプのステンレス鋼です。それらは耐食性があり、熱処理はできませんが、簡単に機械加工および溶接することができます。 303と304はオーステナイト系ステンレス鋼の最も一般的なタイプであり、316Lは耐食性を最大化するバリアントです。これらの鋼はさまざまな操作で使用されます。耐候性があるため、ほぼどこでも機能します。コストが高いため、金属3D印刷は、これらの部品の実行可能な製造方法になり得ます。

マルテンサイト系ステンレス鋼は、延性を犠牲にしてオーステナイト系鋼よりも優れた機械的特性を提供します。グループとして、オーステナイト鋼の一般的な汎用性はありませんが、低合金鋼よりもはるかに優れた耐食性と組み合わせた高強度硬度により、酸化環境にあるあらゆる高強度部品に適合します。さらに、マルテンサイト鋼を熱処理して、硬度、強度、および剛性をさらに高めることができます。

17-4 PHは、さまざまな材料特性に適合するように熱処理できる、特に有用なタイプのマルテンサイト系ステンレス鋼です。硬度が高く、機械加工性が非常に低いため、3D印刷は、入念に機械加工するよりも安価であることがよくあります。金属部品の3D印刷について詳しく知りたい場合は、Markforged MetalXをご覧ください。

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炭素鋼とステンレス鋼：最終評決

炭素鋼とステンレス鋼の議論は、当初考えられていたよりも少し複雑です。炭素鋼は、従来の炭素鋼と低合金鋼の2種類の鋼を指す場合があるためです。

低炭素鋼と比較して、ステンレス鋼は強度、硬度、そして最も重要な耐食性の大幅な向上を提供します。高炭素鋼は、ステンレス鋼に匹敵し、時にはそれを超える強度を提供しますが、製造業界では主にニッチな材料です。他の炭素鋼とは異なり、ステンレス鋼は、腐食性または湿度の高い環境で、酸化せずに生き残り、繁栄することができます。とはいえ、炭素鋼はステンレス鋼よりもはるかに安価であり、チューブ、梁、圧延鋼板などの大きな構造部品に適しています。

低合金鋼は、ほとんどの点で炭素鋼より優れていますが、それでも耐食性に欠けています。ステンレス鋼の材料特性に効果的に適合させることができます。その結果、4140や4340のような合金は、わずかな酸化が害を及ぼさない多くの用途で機械加工され、使用されることがよくあります。ステンレス鋼は、部品の品質を損なうことがない産業活動でよりよく使用される高品質の材料です。