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析出硬化系ステンレスとは?|種類や成分、熱処理方法や用途を解説

ステンレス

2025.1.29

析出硬化系ステンレスとは、ステンレスに特定の元素を添加し、析出硬化という仕組みを利用して強度や耐食性を高めたものです。

析出硬化は英語で「Precipitation Hardening」なので、PHステンレスとも呼ばれています。

 

他のステンレスと比べて強度がとても高いため、航空機やロケットなどにも使用されていますが、コストも高くなるのがデメリットです。

 

この記事では、析出硬化系ステンレスの特徴や種類について解説しました。物理的・機械的性質も紹介していますので、最後まで読めば概要はすべて把握できるはずです。

 

 

析出硬化系ステンレスとは?

 

析出硬化とは、金属表面の強度や耐食性を高めるための熱処理方法のことです。炭素の化合物である炭化物の代わりに、銅(Cu)やアルミ(Al)などを添加して化合物を作って硬くしています。

 

析出硬化系は二相系と同じく、他と比較すると高価なステンレスです。これは原材料が高いことに加えて、工程の複雑さや製造難易度が高いことが影響しています。

 

 

析出硬化と時効硬化の違い

 

析出硬化と時効硬化は、どちらも金属の強度を高めるための熱処理方法のことです。現在ではどちらも同じ意味として使われるケースが多いですが、基本的なメカニズムは違っています。

 

  • 析出硬化(Precipitation Hardening)

合金中の溶解した成分を熱処理で析出し、金属内部で粒子を形成させることで強度を高める方法

 

  • 時効硬化(Age Hardening)

合金中の成分を熱処理で溶解した後、低温で時間をかけて徐々に析出させる方法

 

なお、析出硬化は主に高強度が必要な場合に行われ、時効硬化はアルミ合金に多く使われる方法です。

 

 

析出硬化系ステンレスの種類と成分

 

主な析出硬化系の種類とそれぞれの成分は以下の通りです。

引用:日本工業規格 JIS G 4303:2012

 

析出硬化系は別名で「PHステンレス(Precipitation Hardening Stainless Steel)」とも呼ばれています。

そのため、SUS630はクロム(Cr)を約17%、ニッケル(Ni)を約4%含有していることから「17-4PH」とも言われています。SUS631も「17-7PH」と言われ、理由は同じくクロムとニッケルの含有量です。

 

 

析出硬化系の熱処理方法

 

析出硬化系の基本的な熱処理の流れは次の通りです。

 

  1. 溶解処理
  2. 急冷(水冷)
  3. 析出硬化処理

 

まずは1,000〜1,100℃ほどの高温で加熱して合金元素を溶解させ、急冷することで固溶化熱処理を終えます。その後、空冷することにより析出物を形成させ強度を高める、という流れです。

 

ただし、加熱する温度と空冷の方法により、耐力や引張強さ等が変化します。以下に各析出硬化系ステンレスの種類と、熱処理の条件を一覧にしました。

引用:日本工業規格 JIS G 4303:2012

 

 

析出硬化系ステンレスの各特性

 

析出硬化系はオーステナイト系など他のステンレスとは異なる特性があります。以下3つの内容に分けてそれぞれ解説します。

 

  • 物理的性質
  • 機械的性質
  • 耐食性

 

 

物理的性質

 

析出硬化系の物理的性質は次の通りです。

引用:ステンレス鋼大全|日刊工業新聞社

 

ステンレスの多くは比抵抗が0.6〜0.7μΩ·mなので、析出硬化系は比較的電気を通しにくいと言えます。

また、SUS630とSUS631を比べると線熱膨張係数が大きく異なっており、同じ種類でも違った性質を持っています。

 

 

機械的性質

 

析出硬化系の機械的性質は次の通りです。

引用:日本工業規格 JIS G 4303:2012

 

析出硬化処理により強度が高まっているため、耐力や引張強さはかなり高いです。オーステナイト系の耐力は約200N/mm²、引張強さは約500N/mm²ですので倍以上の数値になっています。

 

 

耐食性

 

ステンレスで耐食性が高いのはオーステナイト系です。しかし、析出硬化系はオーステナイトを元に改良されたため、ステンレスの中では比較的耐食性が高いと言えます。

 

耐食性は硬度に反比例するのが基本です。析出硬化系は高い硬度と高い耐食性を持っており、バランスの良いステンレスとして多くの場所で使用されています。

 

 

析出硬化系ステンレスの用途

 

析出硬化系は高い強度と耐食性、加えて溶接性も良いステンレスです。そのため、厳しい条件でも使えるので用途が広くなります。

 

析出硬化系の用途例
  • 航空宇宙産業:航空機のエンジンやロケット部品
  • 医療機器:外科手術用器具、医療用機器の部品
  • 化学工業:耐薬品性が必要な設備部品や配管
  • 海洋工業:海洋プラットフォームや船舶の部品
  • 自動車産業:高性能なエンジン部品やその他の高強度部材

 

以上です。株式会社新進では、析出硬化系を始めとしたステンレスなどの金属加工をコーディネートしています。

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