ガイド / 強度区分と材質
マルテンサイト系と析出硬化系のステンレスファスナー: 410、416、17-4
2026年10月5日
304や316などのオーステナイト系ステンレスは、耐食性に優れますが、柔らかいままです。合金鋼ボルトの強度が必要で、しかも湿気に耐えなければならないファスナーには、マルテンサイト系と析出硬化系の材質を選ぶことになります。これらは図面上でさまざまな名前で呼ばれますが、特注ファスナーのバイヤーが最もよく目にするのは、410、416、17-4 PHの3つで、その性質はかなり異なります。
このガイドでは、3つを分ける要素、熱処理の効果、それぞれの適所、図面に材質と状態を書く方法を説明します。
3つの材質の概要
410ステンレス。 クロムを約11.5から13.5パーセント、炭素を低から中程度含むマルテンサイト系の鋼です。炭素鋼と同様に焼入れ焼戻しで硬化し、磁性があります。ISO 3506は、マルテンサイト系のファスナーをC1グループとして、強度区分50、70、110で扱っています。ASTM A193は、410をボルト用のB6として掲載しています。
416ステンレス。 410の快削版です。少量の硫黄が柔らかい介在物を作って切りくずを分断するため、416は旋削もねじ切りも容易です。硫黄は耐食性と靭性を下げ、冷間成形には向きません。ISO 3506では快削グループに属します。
17-4 PH。 UNS S17400の析出硬化鋼で、クロムが約15から17.5パーセント、ニッケルが3から5パーセント、銅が3から5パーセントです。組織はマルテンサイト系で、溶体化処理の後、低温の時効処理で硬化します。410より強度が高く、耐食性も優れます。棒材の規格は、AMS 5643とASTM A564が一般的です。
熱処理のしくみ
410と416は、炭素鋼と同じ方法で硬化します。約950から1010 °Cに加熱し、油冷または空冷で焼入れして、焼戻しします。強度は焼戻し温度で決まります。重要なルールは、約400から550 °Cの焼戻し域を避けることです。この域では靭性が下がり、耐食性も損なわれます。工場は、その域より上か、かなり下で焼戻しします。
17-4 PHは、condition Aと呼ばれる溶体化処理の状態から始まります。この状態は、切削と転造が可能なほど柔らかい状態です。その後、部品を一定の温度で約1時間時効処理します。状態の名称には、華氏で表した時効温度が含まれています。
| 状態 | 時効温度 | 一般的な最小引張強さ |
|---|---|---|
| H900 | 約480 °C | 約1,310 MPa |
| H1025 | 約550 °C | 約1,070 MPa |
| H1075 | 約580 °C | 約1,000 MPa |
| H1150 | 約620 °C | 約930 MPa |
時効温度が低いほど、強度は高く、靭性は低くなります。H900は強度が最も高く、靭性と耐応力腐食割れ性が最も低いため、船舶や油田の使用者の多くは、H1025以上にとどめています。数値は、AMS 5643など、適用される規格で必ず確認してください。
時効処理により、部品は数百分の1パーセント程度わずかに収縮します。工場はこれを見込み、公差が厳しい場合は、時効後に公差内に収まるサイズに、切削または転造でねじを仕上げます。
強度と耐食性の比較
| 材質 | 強度レベル | 耐食性 | 被削性 | 冷間圧造 |
|---|---|---|---|---|
| 410 | 焼入れ焼戻し後は中から高 | 中程度、穏やかな環境なら良好 | 普通 | 焼なまし状態なら可能 |
| 416 | 中 | 410より低い | 非常に良好 | 不良 |
| 17-4 PH | 時効後は高 | 410より良好、多くの媒体で304に近い | condition Aで普通 | 注意すれば可能、通常は切削 |
| 304または316 (参考) | 低から中、それ以上は冷間加工が必要 | 良好から非常に良好 | 普通 | 良好 |
値は一般的なもので、状態と断面寸法によって異なります。塩化物環境では、マルテンサイト系の材質は316や二相ステンレスに及ばないため、選ぶ前に環境を確認してください。
それぞれの適所
410。 ポンプ、バルブ、一般機械など、穏やかな腐食環境での中強度の部品。17-4 PHより安価で、熱処理が可能です。表面が清浄で不動態化されているときに、耐食性が最も良くなります。
416。 ピン、ねじ、継手など、切削時間が費用の主体で、腐食の影響が穏やかな切削部品。疲労が重要なボルトや、硫化物が問題になる場所は避けてください。
17-4 PH。 高強度と耐食性を両立させる必要がある、航空宇宙、バルブ、ポンプ、石油・ガス向けのファスナーで、小ねじから大型のスタッドまでのサイズに使われます。410より高価で、より慎重なルートが必要です。
用途が低い強度を許容できるなら、オーステナイト系の材質の方が、費用対効果が高いことがよくあります。ファスナーの強度区分と等級の強度区分の比較では、ステンレスを炭素鋼と並べて位置づけています。これらの材質の対応範囲を超える高温や海水の環境については、InconelとMonelのファスナーをお読みください。
製造ルートと費用
17-4 PHのファスナーの大半は、溶体化処理した棒材から削り出し、condition Aで転造または切削でねじを付けて、その後に時効処理します。冷間圧造を通るものは少数で、主に小径です。410は冷間圧造も熱間鍛造も可能で、その後に熱処理し、選択は径と数量によって決まります。416は、ほぼ常に切削です。冷間圧造と切削の比較では、ルートによって単価が変わる理由を説明しています。
ステンレスの棒材は炭素鋼より高価で、価格に占める材料費の割合が高くなります。工場には、棒材の形状と径を指定して見積りを依頼してください。硬い材質の棒材は工具の摩耗が早く、それが加工レートに反映されることにも留意してください。
不動態化処理と仕上げ
ステンレスのファスナーは、薄いクロム酸化皮膜に頼っています。切削後は、ASTM A967などの工程にある酸浴で不動態化処理を行い、遊離鉄を除去して皮膜を回復させます。この工程を飛ばした部品は、正しい材質で作られていても、塩水噴霧試験で錆びることがあります。マルテンサイト系ステンレスに、助言なく電気めっきをしないでください。硬度が高いと水素が問題になります。原理については、ボルトの水素脆化をご覧ください。
図面に書くこと
- 材質と規格。 たとえば、AMS 5643またはASTM A564に準拠した17-4 PH、またはISO 3506の強度区分110の410。
- 状態。 「17-4」だけでなく、たとえばH1025。
- 強度または硬さの要求。 引張強さ、降伏点、硬さの範囲。
- ねじの加工方法。 時効処理の前か後に転造するか。
- 不動態化処理。 規格と、あれば試験。
- 磁性。 問題になる場合は、明記します。
実際の腐食
マルテンサイト系ステンレスは、クロムが表面で固溶したままの場合にのみ、耐食性を保ちます。それを損なう一般的な問題が3つあります。
鋭敏化と焼戻し域。 410の部品を誤った域で焼戻ししたり、工程中にその域に保持したりすると、耐食性と靭性を失うことがあります。工場は、その域の外で焼戻しし、その域を急冷して通過させることで避けます。
表面の遊離鉄。 鋼製の工具、研削砥石、汚染されたバスケットは、部品に鉄を残し、その鉄は湿気のある部屋で錆びます。不動態化処理で取り除けるため、切削したステンレス部品すべてに依頼してください。
すき間と塩化物。 3つの材質はいずれも、温かい塩化物を含む水で孔食を起こすことがあります。ワッシャーの下のねじ部は、格好のすき間です。沿岸部や凍結防止剤の塩にさらされる場合は、H900より、H1025やH1150のような過時効状態の17-4 PHの方が耐応力腐食性が優れますが、オーステナイト系や二相ステンレスの方が適した答えであることもあります。
塩水噴霧試験は表面処理の比較には使えますが、使用寿命は予測できません。部品が重要なら、同じ合金と同じ表面処理でどのような試験を行ったかを、メーカーに尋ねてください。
例
淡水ポンプのポンプ軸ボルト、M12 x 60。 410の焼入れ焼戻しなら、低コストで十分な強度が得られ、表面は不動態化処理します。水に塩化物は含まれないため、腐食は穏やかです。
海洋バルブのバルブステム用ファスナー、M10スタッド、重荷重。 H1025の17-4 PHは、高い強度と、H900より優れた耐応力腐食性を提供します。購入者は図面に状態を明記し、時効処理が目標に達した簡易確認として、ロットごとの硬さの結果を求めます。
小さな旋削ピン、径3 mm、年間数千個。 416は旋削が速く、研磨仕上げも保てます。荷重は軽く、環境は乾燥した屋内空気なので、低い耐食性は許容できます。
よくある発注ミス
- 状態を書かずに「17-4」とだけ書き、工場が棚にあるものを供給する。
- H900とH1150では、強度が数百MPa違うことを忘れる。
- 切削しやすく安いという理由で、荷重を受けるボルトに416を指定する。
- 図面に不動態化処理を書き忘れる。
- 磁性のある部品を不良と思い込む。マルテンサイト系の材質は、本来磁性があります。
- 水素のリスクを確認せずに、マルテンサイト系の部品にめっきする。
これらそれぞれについて図面に1行書けば、抜け穴はふさがり、書くのに1分もかかりません。
見積依頼のチェックリスト
- 材質と状態、または、必要な特性と材質の指定なし。
- 径、長さ、ねじ、公差等級。
- 環境: 塩化物、温度、流体、荷重の種類。
- 証明書: 材料証明書、熱処理記録、硬さの結果。
- 年間数量と1回の納入ロット。
これらを伝えていただければ、見積りは同じ部品で比較できます。始めるには、見積依頼を送ると、ステンレスファスナーを扱う最大3社のメーカーにお渡しします。
よくある質問
410と17-4 PHのファスナーは磁性がありますか。
あります。どちらもマルテンサイト組織で、磁石に反応します。通常は弱磁性か非磁性のオーステナイト系の304や316とは異なります。組立で磁性の有無が問題になる場合は、マルテンサイト系や析出硬化系は適しません。
高強度のステンレスボルトには、どの材質を選べばよいですか。
耐食性のあるファスナーで最高の強度が必要なら、時効処理した状態の17-4 PHが通常の答えで、多くのサイズで410より強度を保ちます。中程度の強度と軽度の耐食性で足り、費用を抑えたい部品には、410が一般的です。416は主に切削部品のために選ばれ、荷重が重要なボルトには使いません。
17-4 PHは冷間圧造できますか。
適切な設備があれば、溶体化処理した状態で成形できますが、17-4 PHのファスナーの大半は棒材から削り出し、その後に転造と時効処理を行います。この材質は硬いため、冷間圧造のダイスの摩耗が早くなります。お客様の径と数量で、どのルートが適用されるかをメーカーに確認してください。