52100 鋼: 特性、用途、利点

52100 鋼は、優れた強度、硬度、耐摩耗性で知られる高炭素クロム合金鋼です。 52100 鋼はさまざまな産業用途で広く使用されており、その信頼性と耐久性で定評があります。この記事では、52100 鋼の組成、特性、用途、利点を調査し、XNUMX 鋼が多くのエンジニアリングおよび製造分野で好まれる材料である理由を包括的に理解します。

52100スチールとは何ですか？

AISI 52100 合金鋼、52100 炭素鋼、または ASTM 52100 軸受鋼としても知られる 52100 鋼は、主に軸受やその他の高摩耗用途に使用される高炭素クロム合金鋼の一種です。その名前は、米国鉄鋼協会 (AISI) の命名システムに由来しており、「52」は軸受鋼シリーズを示し、「100」は炭素含有量 1.00% を示します。

52100 鋼の炭素含有量は通常 0.98% ～ 1.10% の範囲です。この高い炭素含有量は鋼の硬度と耐摩耗性に大きく寄与し、ベアリング、切削工具、自動車部品など、これらの特性が重要な用途に適しています。

高い炭素含有量に加えて、約 1.5% のクロムが含まれています。クロムの添加により鋼の焼入れ性が向上し、熱処理後に均一で高い硬度特性が得られ、耐食性も向上します。

52100スチールの起源

52100 鋼は、ベアリング用に 20 世紀初頭に開発され、1905 年に初めて導入されました。その組成は、高い炭素含有量とクロムを特徴としており、優れた硬度と耐摩耗性を備えています。有利な特性とベアリングスクラップから入手できるため、ナイフ製造ですぐに人気になりました。現在でも、その性能と多用途性が評価され、両方の業界で広く使用されている素材です。

52100鋼の組成と特性

このセクションでは、52100 鋼の組成と特性の簡潔な概要を示し、その用途と利点をより深く理解するための基礎を築きます。

化学組成

この表は、52100 鋼の主要な化学成分を簡潔にまとめています。

素子	パーセンテージ範囲
炭素（C）	0.98 - 1.10％
クロム（Cr）	1.30 - 1.60％
マンガン（Mn）	0.25 - 0.45％
シリコン（Si）	0.15 - 0.35％
リン（P）	≤0.025％
硫黄（S）	≤0.025％

高い炭素含有量は鋼の硬度と強度に寄与し、クロムは耐摩耗性と焼入性を高めます。マンガンとシリコンは靭性と強度を向上させます。

物理的および機械的性質

これらの要素は鋼の微細構造と全体的な特性に寄与します。

プロパティ	メートル単位	インペリアル単位
伝導度	7.98×10^6S/m	4.63 × 10^6 モー/m
破壊靭性	15.4～18.7MPa・mXNUMX/XNUMX	14.0 – 17.0 ksi·inXNUMX/XNUMX
熱膨張係数	12.1×10^-6 1/℃	6.72 x 10^-6 1/°F
熱伝導率	46.6W / m°C	323 BTU・インチ/(hr・ft²・°F)
耐食性	穏健派	穏健派
密度	7.81 g /cm³	0.282ポンド/インチ
被削性	40％	40％
耐摩耗性	すごく高い	すごく高い
硬度	64 HRC	64 HRC
バルクモジュラス	140GPa	20300ksi
弾性率	190〜210 GPa	27557-30458ksi
せん断弾性係数	80GPa	11600ksi
ポアソン比	0.27-0.30	0.27-0.30
高い引張強さ	325,000 psi（2241 MPa）	/
降伏強さ	295,000 psi（2034 MPa）	/
磁気的性質	ハイ	ハイ
伸長	5 インチで約 10 ～ 2%	/
被削性評価	40〜60	40〜60

これらの特性により、52100 鋼は耐久性と耐摩耗性に優れており、高精度と耐久性が必要な用途に最適です。

熱特性

以下に、52100 鋼の熱特性を示す表を示します。

プロパティ	値	ユニット
熱伝導率	44.5	W /（m・K）
比熱	0.46	J/(g・K)
膨張係数	11.1	μm/m・K
融点	1425	℃で
最高使用温度	250	℃で

同等品

以下の表は、さまざまな国で使用されているさまざまなグレードまたは呼称としても知られる、52100 鋼の世界中の同等品を示しています。

スタンダード	国/地域	同等のグレード
ASTM A295/A295M	米国	52100
DIN EN ISO 683-17	欧州	100CR6
JIS G4805	日本	SUJ2
BS970-1	イギリス	535A99
GB / T 18254	中国	GCr15
AFNOR NF A35-565	フランス	100C6
UNI 3097	イタリア	100CR6
CSN 42 3166	チェコ	100CR6
6417は、IS	インド	100CR6
PN 64/H-84035	ポーランド	100CR6
SS 2258	Sweden	102CR6
MSZ 6216	ハンガリー	K100
JIS G4103	日本	SAE 52100

これらの同等のグレードにより、異なる規格や仕様間でのシームレスなコミュニケーションと理解が可能になり、52100 鋼の使用における国際貿易と協力が促進されます。

52100 鋼の製造プロセス

52100 鋼の製造プロセスには、溶解、精錬、鋳造、熱間加工、熱処理、仕上げなどのいくつかの段階が含まれます。

各ステップの概要を次に示します。

1. 合金化: 52100 鋼の原材料 (通常は鉄、炭素、クロム、マンガン、その他の合金元素) は、目的の化学組成を達成するために慎重に選択され、ブレンドされます。鋼に望ましい機械的および冶金的特性を与えるには、正確な組成が非常に重要です。
2. 溶融： このプロセスは、電気炉または誘導炉で原料を溶解することから始まります。主な成分には、鉄鉱石、炭素、クロム、マンガン、その他の合金元素が含まれます。炉は材料を高温 (通常は 1,600°C (2,912°F) 以上) に加熱して、溶融金属を形成します。
3. 精製： 溶解した金属は精製を受けて不純物が除去され、目的の化学組成が得られます。これには、炭素、クロム、その他の元素のレベルを正確に制御するための、脱ガス、脱硫、合金化などのプロセスが含まれる場合があります。
4. キャスト： 溶鋼が所望の組成と温度に達したら、鋳型に注入して凝固させ、インゴットまたはビレットを形成します。の 鋳造プロセス 所望の製品仕様および製造能力に応じて、連続鋳造または従来のインゴット鋳造が含まれる場合があります。
5. 熱間作業： 鋳造されたインゴットは高温に再加熱され、鍛造、圧延、押出などのプロセスを通じて熱間加工されます。熱間加工では、鋼を棒、ビレット、シートなどの望ましい形状に成形すると同時に、結晶粒構造を微細化し、機械的特性を向上させます。
6. 熱処理： 52100 鋼の製造における重要なステップの XNUMX つは、望ましい機械的特性を達成するための熱処理です。これには通常、鋼を高温に加熱してオーステナイト化し、続いて室温まで急冷して硬化したマルテンサイト構造を形成することが含まれます。その後、硬度を維持しながら脆性を軽減し、靭性を向上させるために焼き戻しプロセスが実行されます。
7. 仕上げ： 熱処理後の鋼材には、機械加工、研削、研磨、研磨などのさまざまな仕上げ加工が施されます。 表面仕上げ 最終製品仕様と望ましい表面品質を達成するために。これらのプロセスには、ベアリングコンポーネントの精密機械加工、ナイフブランクの研削、または腐食防止のための表面コーティングが含まれる場合があります。

製造プロセス全体を通じて、52100 鋼の品質と一貫性を監視および維持するために、厳格な品質管理措置が導入されています。これには、化学分析、機械試験、最終製品が必要な規格や仕様を満たしていることを確認する検査が含まれます。

52100 鋼の熱処理

52100 鋼の熱処理は、硬度、強度、靱性などの望ましい機械的特性を達成するために非常に重要です。

52100 鋼の一般的な熱処理プロセスの詳細な概要は次のとおりです。

1.アニーリング（軟化）：

• 52100 鋼の熱処理の最初のステップは焼きなましです。これには、鋼を 815°C ～ 925°C (1500°F ～ 1700°F) の温度に加熱し、完全に硬化するのに十分な時間この温度に保持することが含まれます。オーステナイト化。
• このプロセスにより、内部応力が緩和され、結晶粒構造が微細化され、鋼が柔らかくなり、より機械加工しやすくなり、加工が容易になります。

2.焼き入れ（硬化）：

• 焼きなまし後、鋼は油や水などの適切な焼入れ媒体で急冷され、マルテンサイト変態が達成されます。
• 焼き入れプロセスは、鋼に高い硬度と耐摩耗性を与えるために重要です。焼入れ媒体と冷却速度の選択は、鋼の最終特性に大きな影響を与える可能性があります。

3.焼き戻し（強化と強化）：

• 焼き入れに続いて、硬化した鋼は通常 150°C ～ 200°C (300°F ～ 400°F) の範囲の温度に再加熱することで焼き戻されます。
• 焼き戻しは、十分な硬度を維持し、靭性を向上させながら、焼き入れプロセスによってもたらされる脆性を軽減するために不可欠です。
• 焼き戻し温度と焼き戻し時間は、特定の用途に応じた硬度と靭性の望ましいバランスを達成するために慎重に制御されます。

4.オプションの極低温処理:

• 用途によっては、焼き戻し鋼を超低温 (通常約 -75 °C ～ -120 °C、または -100 °F ～ -150 °F) に長期間さらすことを含む追加の極低温処理の恩恵を受ける場合があります。
• 極低温処理は鋼の微細構造をさらに微細化し、耐摩耗性、寸法安定性、疲労強度を向上させます。

5.オプションの表面処理:

• 用途の要件に応じて、52100 鋼には浸炭、窒化、コーティングなどの追加の表面処理が施され、耐摩耗性、耐食性、またはその他の特定の特性がさらに強化される場合があります。

熱処理プロセスの正確なパラメーターは、望ましい特性、52100 鋼の特定のグレード、用途の要件などの要因に応じて変わる可能性があることに注意することが重要です。

52100 鋼の一般的な形状

52100 鋼は、さまざまな製造プロセスや用途に合わせてさまざまな形状で入手できます。

以下に 8 つの一般的な形式を示します。

1.丸棒:

• 丸棒は、52100 鋼の最も一般的な形状の XNUMX つです。これらはさまざまな直径と長さがあり、通常はベアリング、シャフト、留め具などのコンポーネントの鍛造、機械加工、製造に使用されます。

2.平らな棒：

• フラットバーは、表面が平らな長方形の棒です。これらは、キーストック、機械部品、およびスラストワッシャーやスペーサーなどの平面を必要とするコンポーネントの製造によく使用されます。

3.ビレット:

• ビレットは、通常は正方形または長方形の半完成鋼製品です。これらは、最終部品への鍛造、圧延、または機械加工の原材料として機能します。 52100 鋼ビレットは、さまざまな機械部品やコンポーネントの製造に使用されます。

4.鍛造リング:

• 鍛造リングは、鍛造加工により製造される円形の金属部品です。これらは、高い強度と耐久性を必要とするベアリングアセンブリ、ギア、その他の用途によく使用されます。 52100 鋼鍛造リングは優れた靭性と耐摩耗性を備えています。

5.シート/プレート:

• 52100 鋼のシートおよびプレートの形状は、さまざまな厚さとサイズで入手できます。ワッシャー、スペーサー、精密部品の製造など、平面が必要な用途によく使用されます。

6.チューブ/パイプ:

• 52100 鋼管およびパイプは、自動車部品、油圧システム、精密機械など、さまざまな機械および構造用途に使用されています。高い強度と耐摩耗性、耐疲労性を備えています。

7.ワイヤー：

• 52100 鋼のワイヤ フォームは、スプリング、ファスナー、ワイヤ ロープなど、高い引張強度と耐疲労性が必要な用途によく使用されます。さまざまな直径が用意されており、絞りや冷間成形によってさらに加工することもできます。

8.精密アースバー:

• 精密研磨バーは、厳密な寸法公差と滑らかな表面仕上げを実現するために精密研磨を施した 52100 鋼の丸棒です。精密機械のベアリングやシャフトの製造など、正確な真円度、真直度、表面品質が要求される用途に使用されています。

これらの一般的な形状の 52100 鋼は、自動車、航空宇宙、機械、ベアリング製造などの業界にわたる幅広い製造要件に対応し、さまざまな用途におけるその多用途性と有用性を際立たせています。

52100 スチールを使用するメリットとデメリット

これらの長所と短所は、さまざまな用途での 52100 鋼の使用に関連する特性と考慮事項の包括的な概要を示しています。

Advantages	デメリット
高い硬度と耐摩耗性	限られた耐食性
優れた靭性と耐衝撃性	一部の鋼材に比べて比較的高価
良好な切削性	最適な特性を得るには慎重な熱処理が必要
複数の業界にわたる多彩なアプリケーション	炭素含有量が多いと機械加工性に影響を与える可能性がある
優れた耐疲労性	適切な熱処理を行わないとひび割れが発生する可能性があります
高負荷用途に最適	特定の形式またはサイズでは在庫に限りがあります
良好な寸法安定性	/
容易に溶接可能	/

52100 スチールの一般的な用途

52100 鋼は、その卓越した硬度、耐摩耗性、多用途性により、幅広い業界で応用されています。典型的な使用例をいくつか示します。

1. ベアリング： 52100 鋼は、自動車、航空宇宙、産業機械、その他の用途の精密ベアリングの製造に広く使用されています。高い硬度と耐摩耗性により、回転機械における長寿命と信頼性の高い性能が保証されます。
2. 切削工具： 52100 鋼は、その優れた刃保持力と靭性により、ナイフ、かみそりの刃、はさみ、工業用切断器具などの切断工具の製造に使用されています。 52100鋼で作られた刃は鋭い切れ味を長期間維持し、さまざまな切断作業に最適です。
3. 自動車部品: 自動車産業では、52100 鋼はアクスル シャフト、ギア、カムシャフト、ベアリングなどの重要な部品に使用されています。その高い強度、耐疲労性、耐摩耗性により、車両のドライブトレインやサスペンション システムで遭遇する厳しい条件に耐えるのに適しています。
4. 弾道用途: 52100 鋼の並外れた強度と耐衝撃性により、銃器機構や装甲を貫通する発射体のベアリング アセンブリなど、特定の弾道コンポーネントに適した材料となっています。極度の応力下でも構造の完全性を維持する能力は、弾道性能を確保するために不可欠です。
5. 手術器具: 医療分野では、52100 鋼はメス、鉗子、整形外科用インプラントなどの外科器具の製造に使用されます。その生体適合性と硬度および耐食性の組み合わせにより、外科手術における精度、耐久性、無菌性が保証されます。
6. 転動体ベアリング: この鋼は、工業用ポンプ、電動モーター、農業機械などの幅広い機械や装置の転動体軸受の製造に一般的に使用されています。
7. バルブコンポーネント: 52100 鋼は、優れた耐摩耗性と流体制御システムの高圧および高温に耐える能力により、バルブ部品に使用されています。
8. 航空機の着陸装置: 52100 鋼は高い強度と耐疲労性を備えているため、反復荷重下での信頼性と性能が重要となる航空機の着陸装置コンポーネントに適しています。

これらの典型的な用途は、さまざまな業界における 52100 鋼の多用途性と重要性を強調しており、その特性の独自の組み合わせが数多くの用途の効率、信頼性、安全性に貢献しています。

他の合金鋼との比較

52100 鋼を 1095、D2、S30V、4101 などの他の合金鋼と比較すると、さまざまな用途におけるそれぞれの長所と短所を理解できます。比較分析は次のとおりです。

プロパティ	52100	1095	D2	S30V	4101
炭素含有量 (%)	0.98-1.10	0.90-1.03	1.40-1.60	1.45-2.00	0.40-0.70
クロム含有量 (%)	1.30-1.60	–	11.00-13.00	13.00-14.00	12.00-14.00
バナジウム含有量 (%)	–	–	0.50-1.10	2.00-4.00	–
マンガン含有量 (%)	0.25-0.45	–	0.20-0.60	–	1.00-1.50
硬度（HRC）	60-66	55-58	58-62	58-62	26-36
耐摩耗性	素晴らしい	グッド	素晴らしい	素晴らしい	グッド
靭性	グッド	穏健派	穏健派	穏健派	穏健派
耐食性	穏健派	最低	普通から良い	素晴らしい	素晴らしい
被削性	グッド	グッド	最低	普通から良い	グッド
費用	穏健派	ロー	穏健派	ハイ	穏健派

52100 鋼:

• Advantages: 硬度、耐摩耗性、靱性に優れています。加工性が良い。複数の業界にわたる多用途のアプリケーション。
• 短所： 耐食性には限界があります。一部の鋼材に比べて比較的高価です。

1095 鋼:

• Advantages: 低コスト。優れた靭性とエッジ保持力。
• 短所： 耐食性が悪い。 52100鋼と比較して硬度が低い。

D2 スチール:

• Advantages: 優れた耐摩耗性とエッジ保持力。中程度の耐食性。
• 短所： 機械加工性が悪い。他の合金と比較して中程度の靭性。

S30V スチール:

• Advantages: 耐摩耗性、エッジ保持性、耐食性に優れています。バナジウムを配合し、靭性を高めています。
• 短所： 高コスト。他の合金に比べて機械加工が難しい場合があります。

4101 鋼:

• Advantages: 適度な硬度と耐摩耗性を備えています。耐食性に優れています。比較的低コスト。
• 短所： 他の合金に比べて靭性が低い。

最適な鋼の選択は、用途の特定の要件、硬度、耐摩耗性、靱性、耐食性、機械加工性、コストなどの要素のバランスによって決まります。

まとめ：

この記事では、主な特性、用途、製造プロセスなど、52100 鋼の包括的な概要を説明しました。高炭素とクロムの合金組成で知られる 52100 鋼は、その並外れた硬度、耐摩耗性、靭性で知られています。高荷重ベアリングで重荷重に耐える場合でも、外科用器具で精度と耐久性を実現する場合でも、52100 鋼は一貫して優れた性能を発揮します。

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