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合金鋼4130および4140は、クロムモリブデン（「クロムモリブデン」）グレードであり、優れた焼入れ性と高温強度を備えています。4130は約1.0% Crおよび0.20% Moを含み、4140はより高い焼入れ硬度のためにより多くの炭素とマンガンを加えます。両方は、圧力容器、弁、掘削機器、および高い強度が必要な構造部品で広く使用されています。
概要
合金鋼は、炭素鋼と異なり、合金元素の意図的な追加によって区別されます — 主にクロム、モリブデン、ニッケル、バナジウム、またはこれらの組み合わせ — 炭素のみで達成可能なものを超えて、焼入れ性、高温強度、靭性、または耐食性を改善します。
4xxxシリーズ（AISI/SAE指定システム）はクロムモリブデン鋼です。最初の数字「4」はモリブデン基地を示します。2番目の「1」はクロムの追加を示します。最後の2桁は、パーセンテージの100分の1単位で公称炭素含有量を表します：
- 4130：約0.30% C
- 4140：約0.40% C
これらのグレードは、広い範囲の強度レベルに焼入れおよび焼戻しされることができ、それらは最も多才なエンジニアリング鋼の1つになります。
化学成分 — AISI 4130
ASTM A29 / SAE J1397（溶湯分析）に従って：
| 元素 | 範囲 (wt%) |
|---|---|
| 炭素 (C) | 0.28 – 0.33 |
| マンガン (Mn) | 0.40 – 0.60 |
| ケイ素 (Si) | 0.15 – 0.35 |
| リン (P) | ≤ 0.035 |
| 硫黄 (S) | ≤ 0.040 |
| クロム (Cr) | 0.80 – 1.10 |
| モリブデン (Mo) | 0.15 – 0.25 |
化学成分 — AISI 4140
ASTM A29 / SAE J1397（溶湯分析）に従って：
| 元素 | 範囲 (wt%) |
|---|---|
| 炭素 (C) | 0.38 – 0.43 |
| マンガン (Mn) | 0.75 – 1.00 |
| ケイ素 (Si) | 0.15 – 0.35 |
| リン (P) | ≤ 0.035 |
| 硫黄 (S) | ≤ 0.040 |
| クロム (Cr) | 0.80 – 1.10 |
| モリブデン (Mo) | 0.15 – 0.25 |
4130と4140の主な違いは、炭素とマンガン含有量です。4140の高い炭素は、焼入れ後のより高い硬度と引張強度を意味しますが、4130と比較して靭性と溶接性が低下します。
機械的特性
特性は熱処理条件に非常に依存します。以下の表は、一般的な条件の代表値を提供します。
AISI 4130
| 条件 | UTS | YS (0.2%) | 伸び | 硬度 |
|---|---|---|---|---|
| 焼鈍 | 560 MPa | 360 MPa | 28% | 156 HBW |
| 正規化 | 670 MPa | 435 MPa | 25% | 197 HBW |
| Q&T (870/480 °C) | 1040 MPa | 900 MPa | 16% | 302 HBW |
AISI 4140
| 条件 | UTS | YS (0.2%) | 伸び | 硬度 |
|---|---|---|---|---|
| 焼鈍 | 655 MPa | 415 MPa | 26% | 197 HBW |
| 正規化 | 1020 MPa | 655 MPa | 18% | 302 HBW |
| Q&T (870/480 °C) | 1090 MPa | 960 MPa | 14% | 315 HBW |
Q&T = 焼入れおよび焼戻し。焼戻し温度は強度-靭性バランスに強く影響します。より高い焼戻し温度は低い強度をもたらしますが、より良い衝撃靭性を提供します。
焼入れ性
4130および4140の常温端焼入れ焼入れ性帯は、両方のグレードが圧力機器およびバルブボディの一般的なセクションサイズで効果的に貫通焼入れされることを示しています。4140のより高い炭素とマンガンは、同等のセクションサイズでわずかに優れた焼入れ性を提供します。
| グレード | 臨界直径（オイル中での完全硬化） |
|---|---|
| 4130 | 約25–50 mm（1–2 インチ） |
| 4140 | 約38–75 mm（1.5–3 インチ） |
標準カバレッジ
| グレード | 標準 | 応用 |
|---|---|---|
| 4130 / 4140 | ASTM A29 | 棒 |
| 4130 / 4140 | ASTM A519 | シームレスチューブ |
| 4130 | ASTM A322 | 熱間圧延棒 |
| F22 (~2.25Cr-1Mo) | ASTM A182 | 圧力サービス用鍛造品 |
| P22 (~2.25Cr-1Mo) | ASTM A335 | シームレスパイプ、高温 |
| 42CrMo4 | EN 10083-3 | ヨーロッパ棒、4140と比較可能 |
注意：ASTM A182 Grade F22およびA335 Grade P22は、2.25Cr-1Mo合金鋼です — 4130/4140の高合金相手方で、ASMEコードの下での高温圧力サービス用に特別に適格です。
応用
4130の典型的な用途
- 航空機構造チューブおよび機体部品
- 圧力容器および高圧滅菌器（中程度の強度）
- 自転車フレームおよびモータースポーツロールケージ（溶接可能、良好な靭性）
- 石油およびガス坑口機器のバルブボディおよびフィッティング
4140の典型的な用途
- ドリルカラー、ドリルパイプツールジョイント、およびBHAコンポーネント（API 7-1）
- 高強度ボルト止め金具
- ヘビーデューティギア、シャフト、およびスピンドル
- 金型ベースおよび工具
溶接性に関する考慮事項
両方のグレードは溶接可能ですが、予熱および溶接後熱処理に注意が必要です：
| グレード | CE（約） | 最小予熱 | PWHT必須？ |
|---|---|---|---|
| 4130（焼鈍） | ~0.60 | 175–230 °C | はい（応力除去） |
| 4140（焼鈍） | ~0.75 | 260–315 °C | はい（応力除去または完全Q&T） |
高い炭素当量値は、冷間割れのリスクが有意であることを意味します。低水素電極またはフィラーメタルは必須です。
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Try TestCert freeよくある質問
AISI指定システムにおいて「4130」は何を意味していますか？
AISI 4桁システムでは：最初の数字（4）はモリブデンを主要な合金元素として示します。2番目の数字（1）はクロムの追加を示します。そして最後の2桁（30）は約0.30%の公称炭素を表します。したがって、4130は約0.30% CのCr-Mo鋼であり、4140は約0.40% Cを含みます。
圧力容器アプリケーションに4130または4140はどちらが優れていますか？
4130は、より低い炭素含有量と優れた溶接性により、溶接圧力容器に一般的に選ばれています。4140の高い強度は、ボルト止め、バルブステム、機械加工フィッティングなどの非溶接部品に有利です。ASME Section VIIIの下での高温圧力サービスの場合、2.25Cr-1Mo（A182 F22）は4130/4140よりも通常優先されます。確立されたコード許容応力とより良いクリープ抵抗を有しているからです。
4130および4140を酸性サービス（H₂S）で使用できますか？
制限があります。NACE MR0175 / ISO 15156-2は、最大硬度制限（通常、ベースメタルおよびHAZで22 HRC / 248 HBW）を受けるサワーサービスで4130/4140を含む低合金鋼を許可します。制御された硬度の焼戻し状態および熱処理文書が必要です。最大値をはるかに下回る硬度を有する過度に焼戻しされた4140は、坑口部品に一般的に使用されます。
4140棒のMTCには何が含まれるべきですか？
ASTM A29に従う適合する4140 MTCには、以下を含むべきです：ヒート番号、ヒート分析（すべての指定された元素）、購買注文で必要な場合は製品分析、熱処理条件、機械試験結果（UTS、YS、伸び、断面減少、硬度）、および適用可能な標準および購買注文への適合認定。NACE MR0175に従う酸性サービスが指定される場合、硬度試験結果および熱処理記録も含める必要があります。