マルテンサイト系ステンレス鋼の5つのグレード： 硬度と用途の比較
汎用的な出発点としては410、加工の容易さを求めるなら416、切削と耐摩耗性を求めるなら420、そしてより高い硬度が重要な場合は440Aまたは440Cを選択してください。440Cはこれら5つの中で最も高い硬度性能を備えています。ただし、熱処理、腐食への曝露、衝撃荷重、溶接の必要性によって最適な選択肢は変わります。グレード名だけでなく、グレードと検証済みの状態を確認して購入してください。
5つのグレードを比較する
410、416、420、440A、440Cはどのように比較できますか？
主なトレードオフは、加工性、硬度、靭性、耐食性の間にある。炭素量を増やすことで、適切な熱処理後に硬度を高めることができる。硫黄を添加すると加工性は向上するが、他のデメリットも生じる。
HRCはロックウェルC硬度、HBはブリネル硬度を表します。これらは異なる試験尺度です。以下の値は公表されている基準値であり、単一の管理された5段階試験の結果や保証された最大硬度ではありません。
| 学年 | 主要化学成分（重量比） | 公表されている硬度と状態 | いつ検討すべきか |
|---|---|---|---|
| 410 | 炭素: ≤0.15% クロム: 11.5～13.5% | 42 HRC 大工用棒の比較：焼き入れ後、204℃/400°Fで焼き戻し。これは一般的な結果であり、納期を保証するものではありません。 【1] | 強度と適度な耐食性が求められるシャフト、ファスナー、バルブ部品。 |
| 416 | 炭素: ≤0.15% 硫黄：0.15％以上 クロム: 12～14% | 248～302 HB アトラス参照の焼入れ焼戻し条件Tバーの場合。これは供給条件です。 最大耐火性能ではない該当する仕様を確認してください。 【2] | 加工時間が重要であり、かつ環境への曝露が軽微な旋削加工およびねじ切り加工部品。 |
| 420 | 炭素含有量：記載されているグレードシートにおいて0.15%以上 クロム: 12～14% | 52 HRC 大工用棒の比較では、204℃/400°Fで焼き入れと焼き戻しを行った後に測定されています。正確な420の化学組成と加工方法によっては、異なる結果が生じる可能性があります。 【1] | 切削工具、金型、および410以上の硬度を必要とする摩耗部品。 |
| 440A | 炭素: 0.60～0.75% クロム: 16～18% | 約56～57HRC カーペンターの熱処理ガイドラインでは、指定された焼き入れ工程の後、148～176℃ / 300～350°Fの低温焼き戻しを行う。 【3] | 高硬度を必要とする刃物、ピボットピン、バルブ部品。 |
| 440C | 炭素: 0.95～1.20% クロム: 16～18% | 約60HRC カーペンター氏の指導に基づき、指定された焼き入れ工程の後、149～177℃（300～350°F）で焼き戻しを行った結果です。これはあくまで参考値であり、すべての部品において同様の結果を保証するものではありません。 【4] | 硬度が最重要要件となるベアリングおよび高摩耗部品。 |
各値は、そのスケール、製品形態、および状態に関連付けて記載してください。特に、「302 HB」と「60 HRC」を通常の数値として比較しないでください。化学組成の項目は、選択された識別特性であり、完全な購入仕様ではありません。出典：410、416、420、440A、および440C。
実用的なルールとしては、まず必要な最終硬度範囲を定義することです。次に、そのグレードが部品の最も厚い部分でその硬度範囲を満たしつつ、靭性、耐食性、寸法精度に関する要件も満たせるかどうかを検討します。
ステンレス鋼がマルテンサイト化する理由は？
マルテンサイト系ステンレス鋼は、耐食性を高めるクロムと、熱処理によって硬化可能な組織を兼ね備えています。簡単に言うと、加熱と急速冷却によって鋼の内部構造が変化し、その後、焼き戻しによって硬度と耐亀裂性のバランスが調整されます。
そのため、機械加工用の軟質棒材と、焼き入れ処理を施した完成品の刃物では、同じグレード名でも特性が大きく異なる場合があるのです。グレードは材料の種類を表し、熱処理条件は部品の挙動を説明するのに役立ちます。
これら5つのグレードは通常磁性を帯びています。そのため、磁石は大まかな選別ツールとしては使えますが、410と420を区別したり、部品が正しく熱処理されたかどうかを確認したりすることはできません。識別には、材料のトレーサビリティと適切な試験を使用してください。
より広範なファミリーとその熱処理挙動については、worldstainless のマルテンサイト系ステンレス鋼ガイドを参照してください。
どのマルテンサイト系ステンレス鋼を選べば良いでしょうか？
まず、防止すべき不具合、例えば摩耗、刃先の欠け、表面の腐食、溶接部のひび割れ、あるいは過剰な製造コストなどから始めましょう。「最も硬い」という選択肢は、その不具合に対処するために硬度が有効な場合にのみ正しいのです。
410：汎用的な出発点
410鋼は、非常に硬い切削刃よりも実用的な強度を必要とするシャフト、ファスナー、またはバルブ部品に適しています。適度な耐食性で十分であり、部品に適切な熱処理を施すことができる場合の基準となる比較対象です。
選択する前に、必要なコア特性、使用温度、衝撃荷重、および加工に必要な条件を確認してください。硬度が高いほど、加工がより困難になる可能性があります。[5]
416：加工が容易で、明確な限界がある
416鋼は硫黄を添加することで、機械加工性を向上させる介在物を形成する。そのため、旋削、穴あけ、ねじ切りといった繰り返し加工に適している。しかし、同じグレードを選択した場合、410鋼に比べて耐食性と成形性は劣る。
選択する前に、塩化物への曝露と溶接の予定を確認してください。アトラス社は特に、海洋環境やその他の塩化物環境での使用を警告しています。加工費の見積もりが安いという理由だけで416を選択しないでください。[2]
420：化学制御による切削および摩耗
410では十分な硬度や耐摩耗性が得られない場合、420が候補となる。切削工具や金型関連の用途で使用されるが、「420」は炭素含有量の異なる市販品を包括する。
選択する前に、正確なグレード仕様とサプライヤーの化学組成を確認してください。「420ステンレス」といった説明だけでは、最終的な刃先特性、研磨性、硬度を予測するには不十分です。[6]
440A：440Cに劣らない高硬度
440Aは、基本グレードである410よりも炭素含有量が高い選択肢です。その硬度性能は、刃物、ピボットピン、バルブ部品などの用途に適しています。ただし、耐食性は中程度であり、腐食性の高い液体への使用には必ずしも適しているとは言えません。
選択する前に、目標とする硬度が実際に部品の性能を向上させるかどうかを確認してください。「440」ファミリー名に頼るのではなく、完成したエッジ形状、表面仕上げ、耐食性を比較してください。[3]
440C：この比較において最高の硬度性能を持つ
耐用年数において高い硬度が重要な場合は、ベアリング、摩耗面、切削部品の候補として440Cを選択してください。カーペンターは、焼入れ焼戻し状態で約60HRCの硬度を示し、ベアリングやバルブ部品をその用途として挙げています。[4]
選定前に、衝撃、腐食、最終研削、寸法安定性を確認してください。耐摩耗性に優れた部品でも、欠け、腐食、または公差外の嵌合によって故障する可能性があります。「440C」という表示だけでは、ベアリングの清浄度や完成品の品質を保証するものではありません。
選定例：小型ポンプシャフト。これはあくまでも参考例であり、試験結果ではありません。旋削加工とねじ切り加工を行うシャフトの場合、416ステンレス鋼を使用することで加工の手間を軽減できる可能性があります。しかし、シャフトが塩水洗浄にさらされる場合や、ブラケットを溶接する必要がある場合は、加工コストの削減効果を上回る可能性があります。原材料価格を比較する前に、使用環境と接合方法を慎重に検討してください。
熱処理は硬度や部品の性能にどのような変化をもたらすのか？
硬度は圧痕に対する抵抗力であり、靭性は破壊に対する抵抗力である。硬度が高いからといって、部品が衝撃に耐えたり、疲労に強く、腐食性液体に耐えられるとは限らない。
一般的な製造工程は、3つの段階から構成されます。正確な温度、保持時間、冷却方法は、グレード、断面サイズ、および要求される特性に応じた、認定された製造工程に基づいて決定する必要があります。
- 機械は始動に適した状態である。 焼きなまし処理によって材料が軟化し、加工に適した状態になります。後の熱処理で寸法が変化する可能性があるため、適切な仕上げ代を残しておいてください。
- 部品を焼き入れ、焼き戻しする。 焼き入れは必要な組織を形成し、焼き戻しは脆性を低減し、特性を調整します。5つのグレードすべてに同じ炉のレシピを適用すべきではありません。
- 完了して確認してください。 研削、研磨、洗浄、検査は、要求される表面状態と寸法を維持しなければならない。合意された製造工程の後、合意された場所で硬度を検査する。
カーペンターの同一表の棒材の例を見れば、その違いは明らかです。焼きなまし処理された410鋼は83HRBと記載されているのに対し、204℃で焼き戻しされた410鋼は42HRCと記載されています。これは状態の変化であって、異なるグレードではありません。また、異なる尺度を使用しているため、これらの数値を減算したり、パーセンテージとして比較したりしてはいけません。[1]
合格判定には、「硬度検査済み」以上の詳細な情報が必要です。試験スケールと方法、許容範囲、試験場所、表面処理、試料量、測定段階を記録してください。厚みのある部品の場合は、コア特性をどのように実証するかを合意してください。表面の測定値だけでは、その疑問に答えられない場合があります。
マルテンサイト系ステンレス鋼は錆びることがありますか？
はい。「ステンレス」だからといって錆びないわけではありません。使用する液体、温度、隙間、表面仕上げ、熱処理など、すべてが重要です。クロム含有量が高いだけでは、完成品の性能を判断するには不十分です。
アウトクンプ社は、耐食性は熱処理と表面状態に大きく依存すると説明している。一部の焼き戻し条件では炭化物が生成され、従来のマルテンサイト系鋼の耐食性が低下する。滑らかで適切に仕上げられた表面は、一般的に粗い表面よりも優れた性能を発揮する。[8]
| 使用条件 | 選択に関する懸念 | 要求する証拠 |
|---|---|---|
| 穏やかで、ほとんどドライなサービス | 残留物、表面の粗さ、閉じ込められた水分なども、シミの原因となる可能性があります。 | 部品に応じた表面仕上げ要件、および洗浄または暴露検査。 |
| 塩水、海水、または塩化物洗浄水 | 410～440Cはステンレス鋼だからといって、必ずしも使えるとは限りません。特に416は不向きです。 | 実際の塩化物濃度、温度、接触時間、および隙間について、材料供給業者と確認してください。 |
| 化学洗浄または繰り返し滅菌 | 完全な洗浄サイクルは、通常の運転よりも負荷が高い場合があります。 | 洗浄剤の使用、すすぎ、乾燥を含む、想定される工程全体を通して、代表的な完成品を試験する。 |
代表試験中に孔食、赤錆、または許容できない変色が見られた場合は、グレードまたは製造工程を再検討してください。研磨や不動態化処理によって、不適切な合金を適切な合金に変えようとしないでください。
これらのグレードはレーザー溶接できますか？
適切な手順で溶接できるものもありますが、レーザー溶接では冶金学的限界を取り除くことはできません。小さな溶接部や狭い熱影響部は、接合部が割れに強く、必要な特性を維持できるという保証にはなりません。
- 410： このグループの中ではより実用的な候補だが、手順はひび割れと必要な最終状態に対処する必要がある。 【5]
- 416： カーペンター社は、この快削鋼材の溶接を推奨していません。通常の溶接作業として扱う前に、材料または接合部の設計を再検討してください。 【9]
- 420： カーペンター氏によれば、この鋼材は空気中で硬化する性質があるため、溶接されることは稀である。溶接手順には、鋼種に応じた設計と検証が必要となる。 【6]
- 440Aと440C： worldstainlessは、440系ステンレス鋼に対する従来の溶接方法を「推奨しない」としています。これは強い警告であり、レーザー溶接が例外であると想定してよいという許可ではありません。 【7]
提案する接合部については、合金の種類、初期硬度、断面厚さ、接合部の形状、拘束条件、および必要な最終特性を正確に指定してください。溶接技術者は、溶接手順、溶接前後の熱処理、および受入試験を決定する必要があります。表面が滑らかなビードだけでは不十分です。
より広範なプロセスに関する詳細は、ステンレス鋼レーザー溶接ガイドをご覧ください。マルテンサイト系ステンレス鋼のグレードおよび部品の種類に応じて、材料の適合性を確認する必要があります。
304、316、または17-4 PH鋼を検討すべきなのはどのような場合ですか？
必要なサービスがこれら5つの等級に当てはまらない場合は、難易度に基づいて選択を強制するよりも、候補リストを広げる方が良いでしょう。
腐食と加工が主な要因となる場合は、304または316を検討してください。
部品に主に耐食性、成形性、溶接性が求められ、切削面の硬化がそれほど重要でない場合は、オーステナイト系ステンレス鋼を検討してください。これらは、熱処理された440C耐摩耗部品の直接的な代替品ではありません。まずは実際の使用環境と機械的要件を確認し、次に設計全体を比較してください。当社の304と316の識別ガイドは、これらの一般的なステンレス鋼種を混同しないようにするのに役立ちます。
強度と経年劣化経路が部品に適合する場合は、17-4 PHを検討してください。
17-4 PHはマルテンサイト析出硬化型ステンレス鋼です。時効処理によって析出による強度発現が得られるため、従来の炭素鋼系ステンレス鋼とは異なる選定経路に属します。「マルテンサイトではない」と単純に表現すべきではありません。[8]
指定された劣化条件と、それに伴う強度、靭性、耐食性のトレードオフを評価してください。具体的な劣化条件ごとの比較については、弊社の17-4 PH H900強度ガイドを参照してください。
マルテンサイト系ステンレス鋼を注文する前に、どのような点を指定すべきでしょうか？
適切な購入説明書は、材料と完成品を結びつけるものです。低価格の材料に、余分な熱処理、仕上げ、または不良品が隠されていないかを確認するため、サプライヤーには同じ要件で見積もりを依頼してください。
- 正確な等級と製品仕様。 適用される規格と改訂版、製品形態、寸法、および材料証明書を記載してください。420については、意図する化学組成またはバリエーションを明確にしてください。
- 配送条件。 材料は焼きなまし処理が必要か、機械加工可能な硬度で供給される必要があるか、または焼き入れ焼き戻し処理が必要かを明記してください。入荷材料の要件と最終部品の要件を分けて記載してください。
- 完成済みの物件。 硬度範囲と試験箇所を明確に定義してください。強度、衝撃、疲労、摩耗などの要件が重要な場合は、それらも追加してください。硬度だけでこれらの要件を満たせると考えてはいけません。
- 製造上の制約および寸法上の制約。 溶接、成形、熱処理、研削代、最終公差を特定する。各工程の責任者を決定する。
- 表面と環境。 該当する場合は、表面粗さ、洗浄、不動態化処理、および性能検証に使用した実際の暴露条件または洗浄サイクルを明記してください。
- 受容性とトレーサビリティ。 生産開始前に、試験方法、サンプル計画、記録、および不適合部品の処理方法について合意する。
結論として、汎用的な基準材としては410、適切な用途における機械加工主導部品には416、切削加工や耐摩耗用途へのステップアップには420、より高い硬度には440Aまたは440Cを使用してください。硬度だけでなく、選択した熱処理と完成品が用途に合致していることを確認してください。
技術情報源
- カーペンターテクノロジー：TRIMRITEデータシート、2025年、4ページ410/420バーの比較とその硬度条件は別個のものであり、TRIMRITEストリップの値ではありません。
- アトラススチール：グレード416データシート化学組成、機械加工、暴露限界、およびT状態硬度に関する2008年5月版の旧仕様書を参照してください。最新の購入仕様書を確認してください。
- カーペンターテクノロジー：440Aデータシート組成、おおよその硬度、熱処理、および用途。
- カーペンターテクノロジー：440Cデータシート化学組成、概算硬度、焼き戻し条件、および摩耗関連の用途。
- カーペンターテクノロジー：410データシート化学組成、加工性、用途、および溶接に関する考慮事項。
- カーペンターテクノロジー：420データシート化学組成、グレードのばらつき、焼入れ、溶接限界。
- worldstainless / ISSF: マルテンサイト系ステンレス鋼材料の挙動と溶接に関するガイダンス（表7を含む）。
- アウトクンプ：マルテンサイト系および析出硬化型鋼腐食性、溶接性、およびpH分類。
- カーペンターテクノロジー：416データシート・加工性に関する特長と溶接に関する推奨事項。
これらの資料は、選定原則と公表されている材料例について説明しています。適合性は、適用される仕様、認証された材料、承認された加工経路、および完成品の試験によって決定されます。