Food Processing Blades: 420HC vs UNS S21800 Edge Retention

2 つのまったく異なるブレード冶金

食品加工用の刃は、一貫して切断でき、洗浄や消毒に耐え、衛生的に保たれなければなりません。この用途には 2 つの合金が一般的に提案されており、これらは反対方向から問題を解決します。グレード 420HC は高炭素マルテンサイト系ステンレス鋼で、鋭利な切れ味が長持ちするように硬化されています。 UNS S21800 は窒素強化オーステナイト系ステンレス鋼で、究極の切れ味は得られませんが、かじり、衝撃、塩化物攻撃に対してはどのマルテンサイト グレードよりもはるかに優れています。どちらを選択するかは製品の組み合わせの問題であり、一方の合金が他方の合金より優れているということではありません。

420HC: 研ぎやすさとコスト

420HC は、炭素を 0.40 ～ 0.50% の範囲に高め、クロムを約 12 ～ 14% 含む改良 420 マルテンサイト グレードで、棒鋼用 ASTM A276 に基づいて供給されます。炭素含有量が高いため、焼き入れや焼き戻しに敏感であり、ブレードは通常 1010 ～ 1065 度付近でオーステナイト化され、焼き入れされ、56 ～ 58 HRC の使用硬度まで焼き戻されます。この硬度では、刃が非常に細かい刃になり、すぐに研ぎ直しができるため、毎日研ぐ工場ではこれが重要になります。クロムレベルは、水や血液との日常的な接触に対して十分な耐食性を与えますが、オーステナイトグレードよりもはるかに低いため、血液や消毒剤の残留物は表面で乾燥させたままにするのではなく、洗い流す必要があります。 AISI D2 などの高合金工具鋼と比較して、420HC は材料コストで大幅なメリットをもたらします。

UNS S21800: 窒素強化オーステナイト系ステンレス

UNS S21800 は、約 16 ～ 18% のクロム、8 ～ 9% のニッケル、7 ～ 9% のマンガン、3.5 ～ 4.5% のシリコン、および 0.08 ～ 0.18% の窒素を含むオーステナイト系ステンレス鋼です。窒素は強力なオーステナイト安定剤および固溶強化剤であるため、合金は熱処理なしで有用な強度に達し、冷間加工または繰り返しのエッジ荷重下で急速に硬化します。その特徴は耐かじり性であり、304 や 316 などの従来のオーステナイト系グレードよりも数倍優れています。かじりとは、刃先や滑り接触面を破壊する凝着摩耗です。アニール後の透磁率は 1.003 に近いため、インライン磁気金属検出を妨げません。

財産	420HC	UNS S21800
構造	マルテンサイト系	オーステナイト系
炭素	0.40-0.50%	最大0.10%
クロム	12.0-14.0%	16.0-18.0%
主な追加事項	焼入性を高めるカーボン	強度と耐かじり性を高める窒素、マンガン、シリコン
硬化方法	焼き入れと焼き戻し	冷間加工およびサービス加工硬化
加工硬度	56-58 HRC	表面の加工は使用中に硬化しますが、中心部は丈夫なままです
耐かじり性	限定	素晴らしい、選択の主な理由
塩化物腐食	適度	良好、304 と同等かそれ以上
磁気の挙動	強い磁性	アニールすると基本的に非磁性になります
相対的な材料コスト	より低い	より高い

合金をプロセス条件に適合させる

冷凍品のカット。-25 ～ -30 度程度で凍結したブロックを切断すると、エッジに大きな衝撃と側面荷重がかかります。 S21800 は接触ゾーンで加工硬化し、その形状を保持しますが、56 HRC のマルテンサイト エッジは骨や凍結した介在物と接触すると欠けが発生しやすくなります。

骨付き、高摩耗切断。硬いマルテンサイト刃は、きれいな肉や、刃が制御された平面で走るスライスに優れた性能を発揮し、鈍くなった場合でも簡単に再研磨できます。

スライドおよびピボット接触。ブレードまたはガイドが互いにこすれる場合、かじりにより両方の表面が破壊されます。これが S21800 に対する最も有力な議論です。

消毒剤への曝露。塩素ベースの消毒剤は、オーステナイトブレードよりもマルテンサイトブレードに穴をあけやすいため、420HC には厳格なすすぎと乾燥の規律が必要です。

衛生および衛生的な設計要件

クリーニングクロスとスプレーがすべての表面に届くように、すべてのコーナーに 3 mm 以上の半径を付けます。

製品ゾーン内のネジ穴やブラインドファスナーを避けてください。同一面または外部に取り付けられた固定具を使用してください。

食品と接触する表面を約 Ra 0.4 マイクロメートル未満の粗さまで電解研磨し、細菌の滞留を減らします。

インライン金属検出をラインで使用する場合は、比透磁率を 1.0 に近づけてください。

完全な取り外しと検査を考慮した設計。開けられないブレードアセンブリはクリーニングされません。

故障モードと検証テスト

食品工場におけるブレードの故障は、通常、腐食によって引き起こされます。塩化物による孔食は乾燥した消毒剤残留物の下で始まり、応力腐食割れは溶接熱の影響を受ける部分に発生し、微生物の影響を受けた腐食は低流量領域に残されたタンパク質膜の下で発生します。高硬度のマルテンサイトエッジは、積極的な酸洗浄中に水素の吸収に対してより敏感です。したがって、検証では以下をカバーする必要があります。

実際の表面状態における 2 つの合金の腐食ランクを調べるため、ASTM B117 に少なくとも 500 時間塩水噴霧に曝露します。

約-25度で冷凍製品に対する衝撃試験を行い、硬化したマルテンサイトブレードとオーステナイトブレードの間のエッジチッピングを比較します。

目視検査ではなく、定義された切断距離にわたる切断力テレメトリーによるエッジ保持測定。

標準的な定置洗浄サイクル後の表面拭き取りおよびバイオフィルムチャレンジテストによる衛生検証。

よくある質問

Q: 420HC と UNS S21800 のどちらの合金がエッジをより良く保持しますか?
56 ～ 58 HRC の 420HC はより細かく鋭い刃先を持ちますが、S21800 は欠けるのではなく加工硬化するため、衝撃や滑り摩耗の下でもその形状をより長く保持します。

Q: UNS S21800 が冷凍食品の切断に好まれるのはなぜですか?
低温でも靭性を維持し、接触ゾーンでの加工硬化が強く、耐かじり性により、凍結した骨付き製品の刃先寿命を縮める凝着摩耗を防ぎます。

Q: 420HC ブレードは塩素系消毒剤と一緒に使用できますか?
その後すぐにすすぎ、乾燥させてください。 420HC はクロム含有量が低いため、オーステナイト系グレードよりも乾燥した次亜塩素酸塩残留物の下で孔食が発生しやすくなります。

Q: UNS S21800 は金属探知を妨げますか?
いいえ、アニールされた状態では比透磁率は 1.003 に近いため、ブレードは誤った信号を引き起こすことなくインライン磁気検出を通過します。

Q: 食品と接触するブレードにはどのような表面仕上げが必要ですか?
約 Ra 0.4 マイクロメートル未満の粗さに電解研磨され、すべてのコーナーの半径が 3 mm 以上で、製品ゾーンに止まり穴がありません。

Q: エッジ保持はどのように検証すればよいですか?
ASTM B117 に準拠した塩水噴霧試験および冷凍製品温度での衝撃試験によってサポートされる、実際の製品の固定切断距離にわたる切断力テレメトリによって行われます。