ステンレスと特徴付けられる金属は、多様な材料のクラスであり、現代社会の不可欠な部分です。ステンレスは、鉄に炭素やその他の元素を組み合わせて作られる合金であり、比類なき強度を持ちます。20世紀初頭の始まり以来、ステンレスは何百種類にも増え、それぞれ独自の材料特性を持っています。これらのステンレスを整理するために、アメリカ鉄鋼協会（AISI）と自動車技術者協会（SAE）は特定のステンレス種類を区別しており、この記事では耐食性や耐錆性に優れるステンレス鋼の一種であるステンレス鋼のクラスについて探ります。このステンレス鋼クラスは440鋼として知られ、その硬度と耐摩耗性の高さから非常に人気のある材料です。この記事では、440鋼の特性、材料特性、用途について調査し、読者がどこで使用できるか、どのように最適にこの金属を適用できるかを理解できるようにします。
440ステンレス鋼とは何か？
440鋼 は、グレード440A、440B、440Cを含む高炭素マルテンサイト系ステンレス鋼のシリーズです。優れた硬度と耐摩耗性で知られ、これらの鋼は高性能ナイフや切削工具の製造によく使用されます。
440ステンレス鋼の物理的性質
440鋼は、クロムを最低10%含むステンレス鋼または合金鋼の一部であり、これらの合金に腐食に対する耐性を高める効果をもたらします。AISIは、ステンレス鋼のために三桁の命名インデックスを作成しており（通常の四桁の名前を持つ非ステンレス鋼とは異なる；詳細は鋼の種類に関する記事を参照）、最初の数字は鋼の種類と合金元素を表します。ステンレス鋼は、その分子構造に基づいても分類され、オーステナイト系、フェライト系、マルテンサイト系、デュプレックス系に分かれます。これらのタイプの違いは結晶格子構造にあり、硬度の向上、延性、耐破壊性などの有益な特性をもたらします。ステンレス鋼の詳細については、関連する記事で種類とグレードについて説明しています。
4xxクラスのステンレス鋼はクロムを含有し、フェライトまたはマルテンサイト構造を持ちます。440鋼は実際には4種類の鋼を指し：440A、440B、440C、440F鋼であり、それぞれの違いは炭素含有量によります。すべてのタイプの440鋼は人気の選択肢ですが、特に440C鋼は最も人気が高く、最も硬度が高いです。以下は各タイプの化学組成です：
すべての440鋼に共通する元素：
16-18% クロム
1% マンガン
1% ケイ素
0.75% モリブデン
0.04% リン
0.03% 硫黄
一定の炭素含有量
440A鋼
0.6-0.75% 炭素
440B鋼
0.75-0.95% 炭素
440Cおよび440F鋼
0.95-1.20%炭素
すべての440鋼は硬化可能であり、熱処理によって追加の強度を得ることができ、高炭素合金鋼と見なされます。このプロセスを用いて強化された場合、440鋼はすべてのステンレス鋼の中で最も硬くなり、耐摩耗性と耐腐食性の両方を備えています。軟らかい「アニーリング」状態では、440鋼は容易に加工、機械加工、成形が可能で、その後硬化させて強度を増すことができます。
耐腐食性と温度の影響
ほとんどのステンレス鋼は錆びにくいですが、440鋼はやや耐腐食性が劣ります。これはマルテンサイト組織の結果であり、硬度を高める一方で、オーステナイト系やフェライト系のステンレス鋼よりも腐食に対してやや脆弱です。これは440鋼が容易に錆びるわけではなく、ほとんどの鋼よりも耐腐食性が高いことを意味しますが、純粋に錆に対する耐性だけで選ぶべきではありません。
また、440鋼は極端な温度条件では適していないことも重要です。高温では過熱焼き入れにより軟化し、強度を失います。また、0度以下の温度では延性を失います。この事実は、特に過酷な環境でこの鋼を使用したい設計者にとって重要であり、440鋼は最適な選択ではない可能性があります。
機械的特性
以下の表1は、440鋼の重要な機械的性質を示しています。各合金の組成はそれぞれ固有の値を持ち、これらの値は強化処理によって変動します。表1は、最も近いAISI 440ステンレス鋼の値を示しており、これは440C鋼に最も近いものです：
表1：440鋼の機械的性質の概要。
機械的特性
単位
英語
引張強さ（Ultimate Tensile Strength）
1750 MPa
254000 psi
降伏点（Tensile Yield Strength）
1230 MPa
186000 psi
硬さ（ロックウェル）
58
58
弾性係数
200 GPa
29000 ksi
シャルピー衝撃値
19.0 J
14.0 ft-lb
440鋼は、その究極引張強さと降伏強さからも明らかなように、非常に高い強度を持っています。これらの測定値は、440鋼の試験片を軸方向に引き伸ばし、そのひずみと応力を曲線にプロットした実験応力試験から得られたものです。降伏応力は、試験片が塑性変形（永久変形）を始める前に経験できる最大の応力であり、極限強度は破断する前に試験片が経験する最大応力です。これらの測定値は、材料が激しい荷重下で永久に変形してはならない構造用途や、故障を避ける必要のある高応力用途で役立ちます。
材料の硬さは、材料の表面を傷つけたり、エッチングしたり、損傷させたりするのがどれだけ難しいかの比較的な尺度です。一般的なスケールには、ブリネル硬さ、ビッカース硬さ、モース硬さなどがありますが、鋼は主にロックウェル硬さスケールに基づいて評価されます。440鋼のロックウェル硬さは58で、かなり硬いとされています。比較のために、刃の刃先に使用される硬鋼は硬さ60であり、440鋼は表面変形に対してかなり耐性があることが明らかです。
ヤング率は、弾性変形、すなわち永久変形を伴わない変形に対する材料の応答を測る尺度です。高いヤング率は、材料を引き伸ばすのに高い応力が必要であることを意味し、剛性が増加していると考えることができます。440鋼は高いヤング率を持ち、応力に対して容易に変形しないため、全体として剛性の高い材料です。
シャルピー衝撃試験は、極端な条件下、すなわち破壊や高ひずみ状態で材料が吸収するエネルギーの量を測定します。重い振り子をノッチ付きの鋼の試験片に振り下ろし、ゲージが材料を通じて吸収されたエネルギー（ジュール単位）を示します。一般に、高強度材料はあまりエネルギーを吸収しません。なぜなら、単に破断するからです（脆さは強度とともに増加します）。その結果、ほとんどの鋼は比較的低いシャルピー衝撃値を持ち、440鋼も例外ではありません。これは、440鋼の剛性と強度のもう一つの証明であり、シャルピー試験の振り子に打たれたときに20ジュール未満のエネルギーしか吸収しないことを示しています。
440ステンレス鋼はどれほど強いのか？
440ステンレス鋼は強く、その強度と硬さで知られています。440鋼の引張降伏強さは186,000 psiであり、ロックウェル硬さは58です。
440鋼の用途
440鋼は、多くの工作機械工場で見られます。焼きなまし後は加工が容易でありながら、熱処理によって強くて耐久性があります。この素材は、比較的腐食に耐え、繰り返しの使用でも摩耗しにくい部品に非常に適しています。刃物の刃先としても優れており、その硬さと成形性がキッチン用品に最適です。その他の注目すべき用途は以下の通りです：
金型およびダイス
バルブ部品
計測器/測定装置
繊維用部品
ボールベアリング
などがあります。
概要
この記事は、440鋼の特性、強度、および用途の概要を簡潔に紹介しました。その他の製品については、追加のガイドを参照するか、XTJプラットフォームにアクセスして供給源を見つけたり、特定の製品の詳細を確認したりしてください。
