SAE 1035 (UNS G10350)鋼の組成、特性、およびアプリケーションの包括的ガイド

強度と延性のバランスがとれ、さまざまな産業用途に多用途に使用できる材料を想像してみてください。SAE 1035 (UNS G10350)鋼はそのような材料であり、中炭素鋼としてエンジニアやメーカーの関心を集めています。この包括的なガイドでは、炭素、マンガン、シリコンなどの元素を含む正確な化学組成から、SAE 1035鋼の複雑な詳細を掘り下げます。これらの成分が引張強度や硬度などの機械的特性にどのように寄与し、自動車部品や建築材料に理想的な材料となっているかがわかります。さらに、この鋼の性能をさらに向上させる熱処理方法を探り、他の中炭素鋼との特性を比較します。SAE 1035鋼の可能性を最大限に引き出す準備はできましたか？さあ、始めましょう。

SAE 1035 / UNS G10350鋼の化学組成

UNS G10350としても知られるSAE 1035鋼は、バランスの取れた化学組成で知られる中炭素鋼で、その機械的特性と様々な用途への適合性を定義する上で重要な役割を果たします。SAE 1035の化学組成を理解することは、加工中の挙動や使用中の性能を予測するために不可欠です。

炭素含有量

炭素は鋼の主成分であり、その硬度と強度に大きく影響する。SAE1035鋼の炭素含有量は0.310%から0.380%の間です。この中程度の炭素レベルは強度と延性のバランスが良く、中程度の強度と靭性を必要とする用途に適しています。

マンガン

0.60%から0.90%のマンガンは、鋼の強度と靭性を高め、耐摩耗性を向上させます。また、硫黄によって引き起こされる脆さを打ち消す役割も果たし、鋼全体の耐久性に貢献しています。

シリコン

0.100%～0.300%のケイ素は脱酸剤として作用し、製造中に酸素を除去して鋼全体の品質と強度を向上させます。この工程は、気孔などの欠陥を防ぎ、鋼の完全性を高めるのに役立ちます。

リンと硫黄

リンと硫黄はSAE1035鋼の不純物であり、リンは最大0.040%、硫黄は最大0.050%に抑えられている。これらの元素は少量であれば特定の特性を向上させることができますが、過剰に添加すると脆くなったり延性が低下したりします。リンは強度と硬度を向上させるが、高濃度になると鋼に割れが生じやすくなる。同様に、硫黄は被削性を向上させるが、靭性や延性に悪影響を与える可能性がある。

鉄分

鉄はSAE1035鋼の主成分であり、その成分の約98.63%から99.09%を占める。他の元素の添加により鉄の特性は著しく向上し、鋼の望ましい特性が得られます。母材である鉄の特性は合金元素によって改良され、SAE 1035鋼の特徴であるバランスの取れた機械的特性につながります。

SAE 1035鋼の特定の化学組成を理解することで、エンジニアや材料科学者は、さまざまな条件下での挙動を予測し、加工技術を最適化し、潜在的な弱点を軽減しながら長所を活用する適切なアプリケーションを選択することができます。

機械的特性と性能特性

SAE1035鋼の引張強さは、加工条件や処理条件によって大きく変化します。通常、引張強さは500MPaから862MPaの範囲で、一般的な値は585MPaから660MPaです。この特性は、鋼材が破断することなく大きな引張力や伸張力に耐えることが要求される用途に極めて重要です。

降伏強さは、材料が塑性変形を始める応力である。SAE 1035鋼の場合、降伏強度は最低270MPaですが、一般的には370MPaから530MPaの間です。伸びは、鋼材が破断するまでの伸びの程度を示すもので、元の長さに対する百分率で表されます。SAE1035鋼は、加工や処理条件によって8%から23%の伸びを示します。

硬度は鋼の変形に対する抵抗力を測定するもので、通常ブリネル硬度スケールで評価されます。SAE1035鋼のブリネル硬度は210HBまであり、一般的な値は170HBから210HBです。この特性は、耐摩耗性が要求される用途や、研磨条件下での構造的完全性の維持に極めて重要です。

延性とは、鋼材が破断するまでにどれだけ伸びたり変形したりできるかを示す。SAE 1035鋼は延性が高いことで知られ、その延性は伸びや面積減少の値に反映されます。この特性により、この鋼は割れることなく様々な部品に成形することができ、製造工程で汎用性を発揮します。

SAE 1035鋼は、AISI 1020のような低炭素鋼ほどではないが、加工性が高い。SAE 1045のような高炭素鋼に比べ、中程度の炭素含有量は被削性を向上させます。このバランスにより、SAE 1035鋼は広範な機械加工を必要とする精密部品に適している。面積減少率は、引張試験中の断面積の減少を百分率で表したものです。SAE 1035鋼の場合、面積減少率は少なくとも22%であり、変形に耐える能力を示し、靭性と延性を知ることができる。

熱処理の方法と効果

熱処理は冶金学において不可欠なもので、金属を加熱・冷却することにより、形状を変えることなくその特性を変化させます。SAE 1035鋼の場合、熱処理によってその性能特性を大幅に向上させることができ、様々な産業用途に適しています。SAE 1035鋼の主な熱処理方法には、焼きなまし、焼きならし、焼き入れ、焼き戻しなどがあります。

アニーリング

SAE 1035鋼の焼きなましは、内部応力を緩和し、延性を向上させ、硬度を下げて加工しやすくします。この工程では、鋼を特定の温度まで加熱し、一定時間その温度に保持した後、通常炉でゆっくりと冷却する。

プロセス:鋼を800～900℃の温度に加熱し、材料の厚さに比例した時間保持した後、炉内でゆっくりと冷却する。
メリット:機械加工性の向上、延性の改善、脆性の低減。

ノーマライゼーション

焼ならしとは、鋼を臨界温度以上に加熱した後、空冷することである。この工程により、鋼の結晶粒組織が微細化され、機械的特性が向上する。

プロセス:鋼を870～920℃に加熱し、完全にオーステナイト化するまで保持した後、静止空気中で冷却する。
メリット:強度と延性が改善され、結晶粒組織が微細化され、全体的な機械的特性が向上。

硬化

焼入れは、SAE 1035鋼の硬度と強度を高めるためのプロセスです。鋼を高温に加熱し、水または油で急冷する。

プロセス:鋼を830～860℃に加熱し、その温度に保持した後、水または油で急冷する。
メリット:硬度と引張強度の向上。焼入れは硬度と強度を増加させるが、鋼を脆くするため、特性のバランスをとるためにさらなる処理を必要とする。

焼き戻し

焼戻しは焼入れの後に行われ、硬度と強度をほとんど維持したまま脆さを減少させる。焼戻しには、鋼を低温に再加熱し、制御された速度で冷却することが含まれる。

プロセス:硬化した鋼を、所望の特性に応じて150～700℃の温度まで再加熱し、一定時間保持した後、空冷する。
メリット:改善された靭性、低減された脆性、バランスのとれた硬度と延性。

機械的特性と耐食性への影響

熱処理はSAE 1035鋼の機械的性質に大きく影響する：

強さの向上:焼入れと焼戻しにより引張強度と降伏強度が向上し、高応力用途に適している。
延性の向上:焼きなましと焼き戻しは延性を高め、鋼材が割れることなく変形することを可能にする。
強化された硬度:焼入れは表面硬度を高め、耐摩耗性と耐久性を向上させる。

しかし、SAE 1035鋼はもともと高い耐食性を持っているわけではない。そのため、過酷な環境下での腐食を防ぐには、追加の表面処理や保護コーティングが必要となる。

適切な熱処理方法を理解し適用することで、エンジニアは特定のアプリケーションの要件を満たすためにSAE 1035鋼の特性を調整し、性能を最適化し、材料の寿命を延ばすことができます。

他の中炭素鋼との比較分析

中炭素鋼の化学組成は、主に炭素含有量と他の合金元素の有無で異なり、これらは機械的特性と用途に直接影響する。

化学組成

SAE 1035鋼： 約0.35%炭素、0.60%～0.90%マンガン、≦0.35%ケイ素、≦0.050%硫黄、≦0.040%リン。
SAE 1045鋼： 約0.45%の炭素、0.60%～0.90%のマンガン、≦0.35%のケイ素、≦0.050%の硫黄、≦0.040%のリン。
SAE 1020鋼： 約0.20%炭素、0.30%～0.60%マンガン、≦0.35%ケイ素、≦0.050%硫黄、≦0.040%リン。

機械的特性

SAE 1035鋼：
引張強さ：585 MPa～660 MPa
降伏強度：370 MPa～530 MPa
伸長：17%〜23%
ブリネル硬度：170HB～210HB
SAE 1045鋼：
引張強度：570 MPa～700 MPa
降伏強度：310 MPa～450 MPa
伸長：16%〜22%
ブリネル硬度：170HB～220HB
SAE 1020鋼：
引張強度：410 MPa～490 MPa
降伏強度：210 MPa～250 MPa
伸び：22%～30%
ブリネル硬度：119HB～143HB

耐食性と表面処理

すべての中炭素鋼は、その組成により同様の耐食性を持つが、必要な腐食保護のレベルは、アプリケーションの環境と希望する耐用年数によって異なる。SAE 1035鋼は、過酷な環境下での錆や腐食を防ぐため、亜鉛めっき、塗装、保護コーティングなどの処理が必要です。SAE 1045鋼は、特に屋外や海洋用途で耐食性を高めるために同様の表面処理が施されます。SAE 1020鋼は、炭素含有量が低いため、より延性があり、応力腐食割れを起こしにくいですが、腐食環境での長期使用には保護コーティングが必要です。

アプリケーションの違い

SAE 1035鋼： 適度な強度と良好な被削性を必要とする自動車部品、歯車、機械部品に使用される。
SAE 1045鋼： より高い強度と硬度を必要とする重機械部品やクランクシャフトに適している。
SAE 1020鋼： 高い延性と成形性が重要な構造部品、パイプ、低応力機械部品に最適。

一般的な産業用アプリケーションと使用例

自動車部品

SAE 1035鋼は、強度と延性の理想的なバランスにより、自動車産業で一般的に使用されています。炭素含有量が中程度であるため、動的荷重を受ける部品に必要な靭性があり、レバー、ボルト、ナット、スタッド、シャフト、ギアなどに最適です。これらの部品は、割れることなく機械的応力を吸収する鋼の能力と、精密な製造のための優れた機械加工性の恩恵を受けています。

建設資材

SAE 1035鋼は、その強度と機械加工性から、梁や支柱などの建築構造用途に適しています。熱処理により硬度や柔軟性などの特性を向上させることができるため、耐荷重構造に最適です。

エンジニアリング・アプリケーション

SAE 1035鋼は、強度と靭性が不可欠なタービン、発電機、機械部品に使用されます。そのバランスの取れた機械的特性は、様々なエンジニアリング分野における動的荷重支持部品の製造に理想的です。

産業用部品

産業機械では、SAE1035鋼は切削性と耐久性の両立を必要とする部品に採用されている。ボルトやギアなどの精密部品に最適で、熱処理により耐摩耗性を高めることができるため、研磨条件にも適しています。

航空宇宙産業

航空宇宙産業では、強度と適度な重量のバランスを必要とする部品にSAE1035鋼を使用しています。用途には着陸装置や構造部品が含まれ、飛行中の動的荷重に耐える部品には鋼の靭性と機械加工性が重要です。

造船

SAE 1035鋼は、耐久性と適度な耐食性が不可欠な造船構造部品やシャフトにも使用されています。この鋼の堅牢性は厳しい海洋環境を支え、その加工性は造船に必要な複雑な部品の製造を容易にします。

これらの用途を支える材料特性

炭素含有量:~0.35%、強度と延性のバランス。
靭性と延性:動的で変動する負荷に最適。
加工性:ボルトやギアなどの精密部品に最適。
熱処理:特性を最適化するための様々な処理によく反応する。
中程度の耐食性:高価な合金を必要とせず、海洋環境で有用。

耐食性の考慮と表面処理

耐食性特性

SAE 1035鋼はバランスの取れた機械的特性で高く評価されていますが、耐食性には限界があります。炭素含有量は中程度（約0.31-0.38%）で、マンガン（0.6-0.9%）や微量のクロムなどの合金元素は最小限に抑えられているため、酸化や化学的攻撃に対して大きな保護効果を発揮しません。そのため、水分、酸、その他の腐食性物質が存在する場合、SAE 1035鋼は無防備な状態で放置すると、錆や劣化を引き起こしやすくなります。

表面処理オプション

SAE 1035鋼の耐食性を向上させるため、様々な表面処理や保護コーティングが採用されている。これらの方法は、鋼材を腐食環境から保護し、耐用年数を延ばすことを目的としています。

保護コーティングと熱処理

塗装と粉体塗装： これらのコーティングは、湿気や酸素に対する物理的バリアを提供し、腐食のリスクを低減するのに役立つ。構造用や自動車用として広く使用されている。
電気メッキ： 亜鉛めっきやカドミウムめっきなどの技術は、犠牲的保護を提供する。メッキ層が優先的に腐食することで、下地の鋼鉄が保護されます。
リン酸塩処理： リン酸塩化成皮膜は耐食性を高め、塗料の密着性を向上させる。この方法は、製造工程の前処理としてよく使用される。

焼ならし、焼なまし、焼入れ、焼戻しなどの熱処理は、主に強度や靭性などの機械的特性を向上させるが、耐食性を著しく向上させるものではない。しかし、適切な熱処理を施すことで、微細組織を微細化し、表面の均一性を向上させ、局部腐食が発生しやすい部位を減少させることができる可能性がある。

表面硬化プロセス

火炎焼入れと高周波焼入れ： これらの技術は、鋼鉄の表面をより硬くし、耐摩耗性を高める。直接的に耐食性を向上させるわけではないが、新鮮な金属を腐食剤にさらす表面の損傷や摩耗を抑えることで、間接的に腐食を抑えることができる。

亜鉛メッキ

溶融亜鉛めっきは、亜鉛の厚い層で鋼を被覆します。このプロセスは強力な腐食保護を提供し、SAE 1035鋼が構造的に使用される屋外や過酷な環境で使用される部品に特に適しています。

不動態化と化学処理

ステンレス鋼とは異なり、SAE 1035は不動態化して保護酸化皮膜を形成することはできない。しかし、注油や防錆剤の塗布などの化学処理により、保管中や輸送中に一時的に表面を保護することができます。

実用例と提言

SAE 1035鋼の機械的バランスから、適度な強度と靭性が要求される自動車部品、機械部品、建築に広く使用されています。設計者や技術者は、鋼本来の耐食性に頼るのではなく、さらなる保護対策を講じる必要があります。使用環境に合わせた適切な表面処理を選択することが重要です：

について 屋外または湿気の多い環境亜鉛メッキや堅牢な塗装システムが望ましい。
について 機械部品 磨耗や多少の露出にさらされる場合は、リン酸塩処理と給油または塗装を組み合わせることで、十分な保護が得られます。
で 工業または化学環境バリア・コーティングや耐食性オーバーレイが必要な場合もある。

よくある質問

以下は、よくある質問に対する回答である：

SAE 1035 (UNS G10350)鋼の化学組成は？

UNS G10350としても知られるSAE 1035鋼は、中炭素鋼合金である。その化学組成は主に以下を含む：

カーボン（C）： 0.32% – 0.38%
マンガン（Mn）： 0.60% – 0.90%
シリコン（Si）： 0.15% – 0.35%
リン（P）： 最大0.040%
硫黄（S）： 最大0.050%
鉄（Fe）： 残りの割合は、通常98.63%～99.09%である。

このバランスの取れた組成がSAE 1035鋼の特徴的な機械的特性をもたらし、様々な産業用途に適している。炭素は強度と硬度を高め、マンガンは靭性と硬度に寄与します。ケイ素は強度と硬度を若干高め、リンと硫黄の含有量が少ないため延性と被削性の維持に役立ちます。鉄は合金の大部分を占め、構造的完全性を確保する。

SAE 1035鋼の機械的特性は？

UNS G10350としても知られるSAE 1035鋼は中炭素鋼で、バランスの取れた機械的性質の組み合わせを示し、様々な産業用途に適しています。

SAE1035鋼の引張強さは、通常550 MPa (79,800 psi)から585 MPa (84,800 psi)の範囲にあり、破断前に大きな荷重に耐えることができる。鋼材が塑性変形を始める応力レベルを示す降伏強度は、一般的に370 MPa (53,700 psi)から460 MPa (66,700 psi)の間にあります。これにより、永久変形前の弾性挙動を必要とする用途での信頼性が確保されます。

硬度はブリネル硬度で約163で、切削性と靭性を維持しながら良好な耐摩耗性を支えている。弾性係数は約190～210GPaで、鋼の剛性と荷重下での弾性変形に対する抵抗力を反映している。

疲労強度は210 MPa (31,000 psi)から340 MPa (49,000 psi)で、シャフトやギアなど繰り返し荷重を受ける部品には極めて重要です。SAE 1035鋼はまた、適度な衝撃靭性を示し、強度と突然の衝撃や衝撃からのエネルギーを吸収する能力のバランスをとっています。

焼きなまし、焼きならし、焼き入れ、焼き戻しなどの熱処理は、これらの特性を大幅に向上させ、特定の用途のニーズに合わせて鋼を調整することができる。

SAE 1035鋼の一般的な用途とは？

SAE 1035鋼は中炭素鋼で、強度、延性、被削性のバランスに優れ、様々な産業用途に適しています。SAE 1035鋼の一般的な用途は以下の通りです：

自動車部品:適度な強度と加工のしやすさから、SAE 1035は自動車産業のギア、アクスル、シャフトなどの部品製造に広く使用されている。
建設資材:強度と加工性に優れ、耐久性と信頼性が要求される構造用梁、支柱、その他の建築材料に最適。
エンジニアリング・アプリケーション:SAE 1035は、その良好な加工性と機械的特性により、ギア、レバー、スピンドルなどの機械部品を製造するための一般的なエンジニアリングに利用されている。
産業用部品:この鋼は、適度な強度と機械的応力への耐性が要求されるファスナー（ネジ、ボルト、ナット）、バルブ部品、ポンプ部品などの工業部品に使用される。

このような用途では、硬度や引張強さなど、さまざまな工業用途の要件に合わせた特定の特性を高めるために、さまざまな熱処理を施すことができるSAE 1035の能力が役立っている。

SAE 1035鋼はどのように熱処理すれば特性が向上しますか？

SAE 1035鋼の特性を向上させるには、様々な熱処理を施すことができる。焼なましは、鋼を1550°Fから1625°F (840°Cから890°C)の間で加熱した後、ゆっくりと冷却するもので、内部応力を緩和し延性を高めます。焼ならしは1600°Fから1650°F（870°Cから900°C）で行われ、結晶粒組織を微細化し、強度を高める。焼入れは、鋼を1525°Fから1575°F（830°Cから860°C）に加熱し、油中または水中で急冷することで達成され、表面が硬くなる。続いて、鋼を750°Fから1260°F（400°Cから680°C）に再加熱して硬度と靭性のバランスをとる焼戻しが行われます。これらの処理により、鋼の機械的特性が向上し、要求の厳しい用途に適しています。

SAE 1035鋼は腐食保護が必要ですか？

SAE 1035鋼は、特に湿気や腐食性要素にさらされる環境では、腐食保護が必要です。中炭素鋼であるSAE 1035は、固有の耐食性は高くありません。錆や劣化が懸念される用途では、コーティング、亜鉛メッキ、その他の処理などの追加的な保護対策を施し、耐久性と寿命を向上させることが望ましい。定期的なメンテナンスとこれらの保護処理を施すことで、腐食環境における鋼材の性能と寿命を大幅に向上させることができます。これにより、長期間にわたって構造的完全性と機能性を維持することができます。

SAE 1035鋼と他の中炭素鋼との比較は？

SAE 1035鋼は炭素含有量約0.35%の中炭素鋼で、中炭素鋼の中間に位置します。炭素含有量が高い（約0.45%）SAE 1045などの他の中炭素鋼と比較すると、SAE 1035は延性と靭性のバランスが優れています。このため、耐衝撃性と柔軟性に優れ、動的な荷重条件を必要とする用途に適している。

SAE 1035の引張強さは585MPaから660MPa、降伏強さは370MPaから530MPaであり、幅広い中炭素鋼と比較すると中程度である。伸び率は17%～23%で延性が高く、機械加工や成形が容易です。ブリネル硬度（170～210HB）で測定されるSAE 1035の硬度は、SAE 1045のような高炭素鋼よりも低く、機械加工や成形加工が容易です。

さらに、SAE 1035は機械的特性を高めるために熱処理が可能である。そのバランスの取れた特性から、自動車部品、建築資材、各種工業部品によく使用されている。腐食保護は必要ですが、適切な表面処理を施すことで、腐食環境下での耐久性を向上させることができます。

SAE 1035 (UNS G10350)鋼の成分、特性、用途の総合ガイド