チタン vs. ステンレススチール: 適切な素材の選択

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一見すると、なぜこれらの金属が一緒にぶら下がっているのが頻繁に見られるのかは明らかではないかもしれません。ステンレス鋼は高度に合金化されているのに対し、チタンはほとんど単体の状態で使用されることが多く、同じ寸法の 2 つの部品を比較すると、ステンレス鋼の重量がチタンの 50% 近くを上回ります。次に、コストの違いがあります。同一の板金部品でも、チタンとステンレスでは 5 倍のコストがかかる場合があります。

これらの違いはさておき、この 2 つの用途が重複することは非常に一般的です。医療分野と歯科分野では、より高い生体適合性と強度対密度特性によりチタンが置き換えられ始めた 1980 年代までステンレス鋼が主流でした。--。どちらも、ジェット エンジンからコックピット、着陸装置に至るまで、航空業界で使用されています。製造および機械加工では、用途に適したいずれかの材料の合金を選択できます。溶接、機械加工、耐熱性など。ステンレスとチタンはどちらも耐衝撃性、耐久性、耐食性に優れています。{{6}それでは、各マテリアルを個別に詳しく調べて、その情報を使用して、どれを使用するべきかをよりよく理解してみましょう。

軟鋼と同様、ステンレス鋼も鉄と炭素から始まります。その独特の特性は主にクロムとニッケルの添加によるもので、マンガン、シリコン、窒素、リン、硫黄がさまざまなグレードに添加されています。

非常に多くの異なる合金元素が添加されているため、ステンレス鋼には 5 つの異なる族にまたがる幅広いグレードがあることを意味します。

ステンレス鋼の種類

各ステンレスファミリーは、その独自の結晶構造とその結果として生じる材料特性によって定義されます。

フェライト系ステンレスはクロムを12～18％含み、その名の通り磁性を持ちます。

フェライト系グレードは他の同種のグレードよりもニッケル含有量が低いため、最も安価に製造できるグレードの 1 つです。

フェライトグレード 409 および 430 は、耐食性が必要な排気システムや部品によく使用されますが、主要なものではありません。

マルテンサイト系ステンレス鋼は比較的「高炭素」で、その元素を最大 1.2% 含みます。

合金 410 は、優れた耐食性を示し、熱処理が可能な一般的な例です。

マルテンサイト系ステンレスは炭素含有量が高いため、刃物、はさみ、医療器具に使用されています。

オーステナイト系ステンレスは一般に 300 シリーズ ステンレスとして知られており、18% のクロムと 8% のニッケルを含んでおり、非常に耐食性が優れています。

300 シリーズ ステンレスは世界の総生産量の 70% 以上を占めています。

グレード 304 だけでステンレス鋼市場シェアの 50% を占めています。これは、経済的で溶接可能であり、非常に耐食性が高いためです。-

304 は、食品サービス、外装設備、摩耗しやすい場所、配管、タンクなどで使用されています。-

さらに高い耐食性を得るには、グレード 316 を使用できます。

SendCutSend では、304 ステンレスと 316 ステンレスの両方を幅広い厚さで提供することでそれに貢献したいと考えています。

二相ステンレスは均一な微細構造を持ち、半分がフェライト、半分がオーステナイトで構成されており、極限強度や引張強度などの優れた機械的特性を備えています。

最大 28% のクロムと、「スーパー」二相グレードのモリブデンの存在により、二相ステンレスにほぼ比類のない耐食性が与えられます。

究極の高強度、高硬度が用途にとって重要であるが、それでも強固な耐食性が必要な場合は、析出硬化型ステンレスが最適です。

料金
ステンレスは軟鋼と比較すると高価に見えますが、組み込みの耐腐食性仕上げに伴うコスト削減の方が、多くの場合その差を上回ります。{0}{1}スケールメリットにより、ステンレス製の部品を納入する実際のコストは、低コストの未加工合金製の同じ部品よりも安くなることがよくあります。-カーボンファイバーやチタンと比較すると、ステンレスのコスト削減は明らかです。

被削性
タイプ 303 ステンレスは「自由加工」合金とみなされます。つまり、切削工具の刃先にかじりや汚れが発生せず、代わりに簡単に除去できる切りくずが生成されます。 304 や 316 などの最も一般的な合金でも、工具の鋭利な状態と十分な潤滑が保たれていれば、良好な結果を得ることができます。

溶接性
あらゆるアーク溶接プロセス (TIG、MIG、MMA、または SA) はステンレス鋼に適しており、ER308L や ER 309 などのフィラー ロッドはすべてのステンレス アセンブリで一般的です。- E70S2 または 312 フィラー ロッドを使用すると、軟鋼とステンレス鋼の間に優れた溶接強度が得られます。

耐熱性
カーボンファイバー、チタンなどのより高価な素材とは異なり、ステンレスは最大動作温度が非常に高く、304 は 1600 度 (870 度) まで使用できますが、310 などの特殊合金は 1895 度を超える温度耐性があります。

何千年もの間、炭素を使用して還元されてきた多くの一般的な金属とは異なり（あらゆる鋼鉄の製造に使用される鉄の精錬を考えてください）、チタンが商業的に実用化されるようになったのは 1940 年代になってからです。現在、チタンは多くのグレードで比較的入手可能ですが、融点が高く、チタンの製造に使用される化学的還元プロセスは時間と化学薬品を大量に必要とするため、コストが高くなります。

ステンレス鋼は合金化された場合にのみその独特の特性を獲得しますが、チタンは「商業的に純粋な」形で使用できる要素であり、多くの場合実際に使用されます。ただし、チタンも一般に合金化されており、商業的に純粋な名称の中でもいくつかのグレードがあり、他のすべての有用な金属と同様に、その特性を特定の用途に合わせて調整できることを意味します。

チタンのグレード

チタンは通常、商業用純度 (CP) グレードまたは合金指定のいずれかに分類され、一般に機械的特性はグレード番号とともに増加します。

CP グレード 1 ～ 2
これらは最小限の酸素と微量鉄で製造されており、柔らかく延性があります。これは、グレード 1 がパイプやチューブ、または溶接用途でよく使用されることを意味します。当社が 0.04 インチのシートとして供給するグレード 2 は、より高度に加工されたグレードと比較して、手頃な価格を維持しながら、より高い引張強度と降伏強度を備えています。

CP グレード 3 ～ 4
これらのグレードは 1 および 2 よりも大幅に強力であり、4 が最も強い CP グレードですが、そのため延性がある程度犠牲になります。グレード 3 とグレード 4 は両方とも溶接可能であり、非常に耐久性があり、外科用機器、高価値の熱交換器、化学処理、航空宇宙でよく使用されています。{6}}

Ti 6Al-4V (グレード 5)
最も一般的なチタン合金であり、全チタングレードの全世界需要の約半分を占めています。 CP グレードに含まれる鉄に加えて、グレード 5 には約 6% のアルミニウムと約 4% のバナジウムも含まれており、これにより耐熱性が向上し、最大引張強度がほぼ 3 倍の 150 ksi になります。基本的にほぼすべての基準で金属の王様としての地位を確立しているため、当社では Ti 6Al-4V、グレード 5 チタンを 5 つの異なる厚さで提供しています。航空機用途、エンジンやレースカーのコンポーネント、船舶用途、その他究極のパフォーマンスと軽量化が重要なあらゆる場所で使用してください。

耐食性
空気中の酸素にさらされると酸化してバリアを形成する他の耐食性材料と同様、-チタンの表面はすぐに酸化し始め、酸化チタンが形成されて薄い不動態層を形成し、材料の残りの部分をさらなる腐食から保護します。他の酸化物層とは異なり、二酸化チタン層は時間の経過とともに厚くなり続け、数年後には最大 25 nm に達し、プラチナとほぼ同等の耐食性をもたらします。

強度-対-密度の比
チタンは最高の意味で軽量です。あらゆる金属元素の中で最も高い強度対重量比を備えています。合金化されていない状態でも (これはグレード 5 の究極強度の 1/3 であることを覚えておいてください)、まだ重量は 40% で、一部の鋼と同等の強度を誇ります。

生体適合性
チタンは非常に冷たい男です。常温では何かと反応させることはほとんど不可能です。これを低密度と組み合わせることで、関節、骨の修復、その他の敏感な身体と接触する用途で現在医療業界で使用されている最も一般的な低アレルギー性金属のレシピが得られます。

チタンとステンレス鋼は、機械工にとって多くの同じ課題に直面しています。両方の一般的な合金は、カッターエッジで切りくずがきれいに折れるのではなく、簡単にこぶができます。どちらも熱伝導率が低いため、局所的な加工硬化が起こりやすく、工具の早期摩耗が促進されます。チタンには、硬度に比べてほとんどの機械加工された材料よりも柔軟性があるという追加の課題があるため、できるだけしっかりと固定するように注意する必要があります。

ただし、これらの懸念事項が解決されると、チタンとステンレスは機械加工時に優れた結果をもたらします。チタンの場合は、可能であれば高圧クーラントを使用するとともに、温度の上昇を抑えるために工具が低速かつ高送りで一定の動きを維持するようにしてください。

ステンレスの場合は、合金元素の 1 つとして硫黄を含むグレード 303 を選択して、合金の自由加工特性を向上させます。

いつものように、板金部品がお客様の用途に求められるものである場合、当社の専門家チームはレーザー (およびウォータージェット、CNC、バリ取り機、ベンダーなど) の出力と速度を調整し、それぞれの固有の素材に対して絶対的に最高の結果をもたらします。

最も一般的なステンレス鋼の種類は何ですか?

タイプ 304 は、ステンレスの世界で最も普及しているグレードです。おそらく、タイプ 316 が続きます。タイプ 316 は、304 のすでに優れた耐食性をさらに改善しています。さらに、どちらも溶接が容易で、よく曲がるのに十分な延性があり、非常に耐久性があり、比較的安価です。 SendCutSend では、304 と 316 の両方に加え、あらゆる用途に適した他の多くの素材を提供しています。

どちらが良いでしょうか？

304 と 316 のどちらを使用するかは、実際にはアプリケーションによって異なります。最高の耐食性と衛生的または食品への安全な適合性が必要な場合は、グレード 316 を選択してください。-

TiはSSより長持ちしますか？

これは実際にはアプリケーション固有の質問です。-上の表から始めるのが最適です。さらに詳しく知りたい場合は、304 に関する記事またはチタンに関するこの有益な記事をご覧ください。一般に、どちらもその特定の用途に必要な残りの部品よりも長持ちします。

私たちは、特定の用途に最適な材料を選択することがプロジェクトの成功にとって重要であることを深く理解しています。専門的な材料選択のアドバイスやお客様の特定のニーズに合わせたカスタマイズされたソリューションが必要な場合は、お気軽に当社の技術チームにお問い合わせください。私たちは包括的なワンストップ サポートを提供するためにここにいます。-

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