SUS321とSUS321Hの比較：チタン安定化鋼と高炭素チタン安定化オーステナイト系ステンレス鋼

SUS321 vs SUS321H：カーボンになると何が変わるの？

SUS321とSUS321Hは、同じ18Cr-10Ni-Ti系のチタン安定化オーステナイト系ステンレス鋼です。主要な違いは炭素含有量です。SUS321 は炭素含有量を最大 0.08% に制限していますが、SUS321H は 0.04 ～ 0.10% に制御されています。どちらのグレードも、炭素含有量の少なくとも 4 倍、最低 0.70% のレベルのチタンで安定化されているため、炭素は TiC 炭化物に結合し、粒界でクロムを消耗させることができません。 SUS321H の高炭素はより多くの TiC を生成し、これにより粒界が固定され、高温でのクリープ強度が劇的に向上するため、600 度から 870 度までの長期応力に耐える使用に最適なグレードとなります。

化学組成

以下の組成範囲は、熱延板についてはJIS G4304、棒材についてはJIS G4303に準拠しています。 ASTM A240 では、UNS S32100 と S32109 に対して同一の化学反応が定義されています。

要素	SUS321(wt%)	SUS321H(wt%)
カーボン(C)	0.08 max	0.04-0.10
シリコン（Si）	1.00 max	1.00 max
マンガン(Mn)	2.00 max	2.00 max
リン(P)	0.045 max	0.045 max
硫黄(S)	0.030 max	0.030 max
クロム(Cr)	17.0-19.0	17.0-19.0
ニッケル(Ni)	9.0-12.0	9.0-12.0
チタン(Ti)	4 x C 分、0.70 分	4 x C 分、0.70 分
鉄(Fe)	バランス	バランス

機械的特性と高温特性

室温では、2 つのグレードは焼きなまし状態では同等です。この違いは、長期にわたる高温負荷でのみ現れます。

財産	SUS321	SUS321H
引張強さ min (MPa)	515	515
降伏強さ最小 (MPa)	205	205
最小伸び (%)	40	40
最大硬度 (HB)	201	201
700度/1000hにおけるクリープ破断強度(MPa)	60	85
連続使用可能範囲 (度)	-196 ～ 870	-196 ～ 870、応力がかかる部品には 600 ～ 870 が好ましい

SUS321H の 700 度での 1000 時間クリープ破断強度は、SUS321 よりも約 40% 高く、これは数万時間で測定される過熱器と蒸気ラインの設計寿命の決定的なパラメータです。

同等グレード

どちらのグレードも、主要な国際指定システムで同等のものが認められています。

システム	SUS321	SUS321H
JIS	SUS321	SUS321H
UNS (ASTM A240)	S32100	S32109
AISI	321	321H
EN 10088	1.4541 (X6CrNiTi18-10)	1.4941 (X7CrNiTi18-10)

SUS321とSUS321Hの選択

航空機エンジンの排気管、870℃以下で動作する熱交換器チューブ、化学反応容器など、持続的な応力がかからない一般的な高温部品にはSUS321をお選びください。ボイラーの過熱器や再熱器管、高温蒸気のパイプライン、ガスタービンの補器類など、600～870度の長期応力がかかる部品にはSUS321Hをお選びください。 SUS321H の重量部分が溶接される場合、残留応力を軽減し、クリープ性能を回復するために、空冷しながら 850 ～ 900 度で溶接後焼きなましを行う必要があります。 SUS321H は、より厳しい炭素管理とテスト要件があるため、通常、SUS321 よりも 10 ～ 15% コストが高くなります。

よくある質問

なぜSUS321Hのほうが高温クリープ強度が高いのでしょうか？

0.04 ～ 0.10% に制御された炭素含有量により、粒界を固定する微細な TiC 炭化物が大量に形成され、高温での長期応力下での粒界滑りや塑性変形に抵抗します。その結果、700度での1000時間クリープ破断強度はSUS321の60MPaに対し、約85MPaとなった。

SUS321Hの溶接後の熱処理はどのようなものが必要ですか？

厚い部分の場合は、850 ～ 900 度での溶接後の焼きなましとそれに続く空冷が必要です。これにより溶接残留応力が緩和され、熱影響部の高温クリープ性能が回復します。該当するコードの厚さのしきい値を下回る薄いセクションでは、通常、その必要はありません。

高温ストレス下でSUS321Hの代わりにSUS321を使用できますか?

いいえ、600 度を超えると、SUS321 の耐クリープ性が不十分になり、継続的な荷重下で進行性の塑性変形が発生し、早期破損につながる可能性があります。 SUS321H は、600 ～ 870 度の範囲で応力を受ける部品に必要な材料です。

2 つのグレード間でチタン含有量に違いはありますか?

どちらも最低 0.70% のチタンを使用して 4 x C で安定化されています。 SUS321H は炭素含有量が高いため、実際のチタン含有量は通常若干高く、高炭素を安定化するのに十分な TiC が形成されます。

SUS321とSUS321Hはどうやって選べばいいですか？

使用温度が 600 度以下で、部品に持続的な高温応力がかからない場合は、SUS321 を選択してください。使用温度が 600 ～ 870 度で、クリープ寿命規則を規定するように設計された過熱器管や蒸気ラインなど、コンポーネントに長期的なストレスがかかる場合は、SUS321H を選択してください。