1020 炭素鋼: 特性、用途、選択

SAE 1020とはどういう意味ですか？

1020は化学組成の等級であり、特定の強度や硬度を保証するものではありません。おなじみのSAE規格では、「10」は普通炭素鋼の系統を表し、「20」は約0.20%の炭素含有量を示します。また、古い商標名「AISI 1020」を目にすることもあるでしょう。

これは、広範な軟鋼ファミリーに属します。ただし、「軟鋼」という言葉は、図面上の等級を正確に表すものではありません。2種類の軟鋼でも、化学組成の限界、加工履歴、認証された特性が異なる場合があります。

グレード名だけでは、棒鋼が熱間圧延、冷間引抜き、旋削研磨、熱処理のいずれの加工が施されているかは分かりません。部品が真っ直ぐな状態を保ち、割れることなく曲がり、規定の荷重に耐える必要がある場合、この情報が欠けていることは大きな問題となります。

グレード化学と製品要件の区別は、SAE J403の適用範囲と、完成品棒製品に適用される個別の要件に準拠する。

1020鋼はどのように機械加工、成形、溶接されるのか？

機械加工：切りくずと構成刃先の制御

軟らかく延性のある鋼材は、必ずしも加工が容易とは限りません。切りくずが長くなり、制御が難しくなる場合があります。また、材料が切削刃に付着し、構成刃先を形成することで、仕上がりや寸法に影響を与えることもあります。

低炭素鋼用の工具を使用し、適切なチップブレーカーと切削条件を実際の棒材の状態に合わせて設定してください。鋼種を変更する前に、剛性、クーラント供給、切りくず排出を確認してください。工具材質、操作方法、切削方向、機械の限界を一致させずに切削速度をそのままコピーすることは避けてください。

機械加工の原理：サンドビック・コロマント社の鋼材機械加工ガイド（ファステナル社による複製）。

成形：曲げを供給された条件に合わせる

1020鋼は曲げ加工や冷間成形に適していることが多いですが、焼きなまし処理や熱間圧延された製品と、高度に冷間加工された製品では、挙動が必ずしも同じとは限りません。エッジの品質、断面厚さ、曲げ方向、および金型半径は、割れの発生に影響を与えます。きつい曲げ加工を行う場合は、使用する金型を用いて代表的な材料を試験し、曲げ加工部の外側を検査してください。

溶接：グレードだけでは手順は決まりません

未処理の1020鋼は一般的に実用的な溶接材料です。しかし、予熱と水素制御は、実際の化学組成、板厚、拘束条件、入熱量、および溶接材料によって異なります。「低炭素鋼」だからといって、これらの要素を無視できるわけではありません。

接合部を清掃し、用途に応じた適切な手順に従って溶接してください。浸炭処理された表面に安易に溶接しないでください。炭素含有量が高いため、局所的な溶接の問題が悪化します。部品を製作する前に、製造および熱処理の手順を決定してください。

レーザー溶接の場合、試作溶接では実際の板厚、接合部へのアクセス、および接合部の適合性を確認する必要があります。表面ビードだけでなく、溶け込みと溶融状態を検査し、図面との歪みも確認してください。1020という規格は、レーザーの出力、溶接速度、またはギャップ制限を普遍的に規定するものではありません。

TWIの水素割れに関するガイダンスでは、組成、接合部の状態、および水素をまとめて考慮する必要がある理由が説明されています。