SUS302(ステンレス鋼)密度、比重、質量、機械的性質

オーステナイト系ステンレス | 2021年01月26日

SUS302は耐食性が高く、高強度のステンレス鋼です。代表的なステンレス鋼であるSUS304とほぼ同等の化学成分を持ちますが、炭素量だけはSUS304の2倍程度含有しています。そして、この炭素量の多さによって加工硬化しやすく、高強度のステンレス鋼です。

しかし、SUS302は炭素の含有量が増えたことにより、高温下で粒界腐食と呼ばれる局所的な腐食が起きやすくなっています。そのため、溶接を行うには向いておらず、高温環境下での使用にはあまり適していない材料です。

cta

SUS302の特徴と用途

SUS302は、ステンレス鋼において優れた耐食性を持つオーステナイト系に属する合金で、冷間加工によって高い強度が得られます。オーステナイト系は、クロム(Cr)とニッケル(Ni)の含有率が大きい合金です。

SUS302は、耐食性だけでなく耐熱性にも優れており、延性・靭性が高く冷間加工に向いていることから、曲げ・絞り・プレスなど板金加工の材料として用いられます。

SUS302は、オーステナイト系において比較的炭素の含有量が特に多い鋼種で、SUS304に比べて約2倍の炭素を含有しています。そのため、SUS304よりも加工硬化が生じやすく、冷間加工の仕方によって機械的性質を向上させることが可能です。しかし、SUS304に比べると耐食性が若干劣ります。

SUS302の用途には、ネジやボルト、ばね、食器、刃物、微細機械部品などが挙げられます。強度の向上が期待できるため、冷間加工によって製造するネジやボルトといった製品の材料に向いています。

なお、SUS302に類似した鋼種としてSUS302Bがあります。SUS302Bは、SUS302に微量のシリコン(Si)を添加したステンレス鋼で、SUS302よりも耐熱性に優れます。

参考:SUS302B(ステンレス鋼)機械的性質、化学成分

粒界腐食(耐食性と耐酸化性)

SUS302は、上述したようにSUS304よりも耐食性が劣りますが、特に溶接を行ったり高温環境下で使用したりする場合には粒界腐食が問題となります。

粒界腐食は、金属組織の境界(結晶粒界)で特に起こる腐食現象です。オーステナイト系ステンレス鋼では、600~800℃程度に加熱されると、結晶粒界にクロム炭化物が析出。周囲のクロム濃度が不足して耐食性が低下し、腐食しやすくなるとともに、亀裂や割れの原因となります。

炭素含有量が多いほど粒界腐食が起きやすく、SUS302は、炭素含有率が大きい分、SUS304よりも溶接性や耐粒界腐食性に劣ります。下の写真は、結晶粒界に析出したクロム炭化物(黒色部分)を示したものです。

引用元:ステンレス協会

SUS302とSUS304は、共通してクロムの含有率が大きく(18%程度)、耐酸化性(高温で酸化に耐える性質)に優れたステンレス鋼ですが、シリコンを加えたSUS302Bは、さらに高い耐酸化性を持ちます。

オーステナイト系の高い耐酸化性は、表面の不動態皮膜によって実現されています。シリコンは、この不動態皮膜の直下に酸化ケイ素(SiO2)として層を形成。不動態皮膜を強固にする役割を果たします。そのため、SUS302Bは、SUS310Sと同様に耐熱性の材料として選ばれることがあります。

比較のため、添加されたシリコンの作用以外、SUS302と同等の性質を持つSUS302Bについても併せて説明します。

冷間加工と磁性

引用元:東洋磁気工業株式会社

SUS302は、本来非磁性の材料ですが、冷間加工によって微弱な磁性を持つことがあります(上図参照)。これは、SUS304にも共通する性質です。

磁性は、溶体化処理(加熱・保持後に急冷する処理)などの熱処理で消失させることが可能です。しかし、それによってSUS302は軟化し、高強度というSUS302の利点はなくなってしまいます。そのため、SUS302は、磁性を不可とする製品の材料には向いていません。

SUS302相当材

SUS302の相当材は、以下の通りです。

・国際規格 ISO:X9CrNi18-9

・欧州規格 EN:1.4325

・アメリカ規格 UNS:S30200

・アメリカ規格 AISI:302

・中国規格 GB:S30120


また、SUS302Bの相当材は、次のようになっています。

・国際規格 ISO:X12CrNiSi18-9-3

・欧州規格 EN:1.4325

・アメリカ規格 UNS:S30215

・アメリカ規格 AISI:302B

・中国規格 GB:S30240


なお、相当材とは、JIS規格が規定する材料と同等の化学成分、性質を持った国際規格及び外国規格における材料の名称又は番号です。相当材は、図面上に表記がある場合に使用が可能です。その場合、「SUS302相当材」や「SUS302 or equivalent」などと図面に表示されています。



SUS302の化学成分

鋼種名

C(%)

Si(%)

Mn(%)

P(%)

S(%)

Ni(%)

Cr(%)

SUS302

0.15

以下

1.00

以下

2.00

以下

0.045

以下

0.030

以下

8.00〜10.00

17.00〜19.00

SUS302B

0.15

以下

2.00〜3.00

2.00

以下

0.045

以下

0.030

以下

8.00〜10.00

17.00〜19.00

SUS304

0.08

以下

1.00

以下

2.00

以下

0.045

以下

0.030

以下

8.00〜 

10.50

18.00〜 

20.00

SUS302の化学成分は、上表のように、棒材として「JIS G 4303:2012」に、線材として「JIS G 4308:2013」に定められています。一方、SUS302Bは、板材として「JIS G 4305:2012」において上表のように規定されています。比較として、SUS304の化学成分も掲載しました。

SUS302は、SUS304と比べると上述の通り炭素の含有率が約2倍となっており、ニッケルとクロムの含有率がSUS304よりもわずかに低くなっています。ニッケルとクロムは耐食性を向上させる効果があるため、それを反映してSUS302の耐食性はSUS304に劣ります。

また、SUS302Bは、シリコンが2〜3倍の含有率を持つほかはSUS302と全く同じ化学成分となっています。



SUS302の機械的性質

鋼種名

耐力

MPa

引張強さ

MPa

伸び

絞り

硬さ

HBW

HRBS
又は
HRBW

HV

SUS302

205

以上

520

以上

40

以上

60

以上

187

以下

90

以下

200

以下

SUS302B

205

以上

520

以上

40

以上

207

以下

95

以下

218

以下

SUS304

205

以上

520

以上

40

以上

60

以上

187

以下

90

以下

200

以下

SUS302とSUS302Bの機械的性質は、JIS規格によって上表の値を満足することが規定されています。比較のため、SUS304の機械的性質も記載しました。

上表では、SUS302は、SUS304と同等の機械的性質となっていますが、これは未加工又は焼なまし状態に限ります。つまり、加工の度合いが大きくなるほど、SUS302の硬さはSUS304の硬さを上回っていきます。

また、302Bの硬さがSUS302よりも高くなっていますが、これは、SUS302Bのシリコンの含有率が高いことに起因しています。ステンレス鋼へのシリコン含有率を増やすと、通常硬度が上昇します。しかし、脆くなるとともに、加工性もわずかに低下します。



SUS302の物理的性質

鋼種名

密度

g/cm3

比重

質量

比熱

J(kg・K)

線膨張係数

(0~100℃)

10-6/℃

熱伝導率

W/(m・K)

電気抵抗率

μΩ・cm

ヤング率

MPa

SUS302

7.93

7.93

0.00793

kg/(mm2・m)

503

17.3

16.3

72

193,000

SUS302B

7.93

7.93

7.93

kg/(mm・m2)

16.2

SUS304

7.93

7.93

7.93

kg/(mm・m2)

503

17.3

16.3

72

193,000

SUS302とSUS302B、SUS304の物理的性質は、上表の通りです。

質量について、SUS302は「JIS G 4303:2012」に、SUS302BとSUS304は「JIS G 4305:2012」に記載されている「基本質量」を示したものです。

SUS302は棒・線材として規格化されていることから断面積が1mm2の質量を1m単位で、SUS302BとSUS304は板材として規格化されていることから板厚1mmの質量を1m2単位で表示します。JIS規格に準拠した材料の質量は、この基本質量を基に算出されています。

SUS302とSUS304の物理的性質は、ほぼ同一です。一方、SUS302Bの熱膨張係数はわずかに小さくなっています。熱膨張係数が小さいほど、加熱されたときの寸法の変動が小さく、耐熱性が高くなる傾向があります。

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