「知っておきたい金属素材の知識：SUS304とSUS303、どう使い分ける？」
金属素材の選択は、製品の品質や性能に直結する重要な要素です。特にSUS304とSUS303という金属素材は、用途や特性が異なるため、正しい使い分けが必要不可欠です。本記事では、これら2つの金属素材の違いや使い分けについて詳しく解説します。製品を作る際に金属素材の選択に悩んでいる方や、自身の製品の品質向上を目指す方にとって、貴重な情報が満載です。さあ、SUS304とSUS303の違いを知り、正しい選択をしましょう。
Contents
SUS304とSUS303の基本的な理解
ステンレス鋼は、耐食性に優れた鋼材で、鉄にクロムを加えることで作られる合金です。ステンレス鋼にはさまざまな種類があり、その特性や用途に応じて選ばれます。SUS304とSUS303は、その中でもよく知られたオーステナイト系ステンレス鋼であり、両者には似た特性を持ちながらも、いくつかの違いがあります。ステンレス鋼とは何か？
ステンレス鋼は、主に鉄にクロム（Cr）を10.5%以上含んだ合金で、これによって優れた耐食性、耐熱性、機械的特性を持つ鋼材です。ステンレス鋼は、耐食性を重要視する建材、食品加工機器、医療機器など、広範囲の用途に使用されています。主に、フェライト系、マルテンサイト系、オーステナイト系などに分類され、用途に応じて成分や特性が異なります。SUS304とSUS303の主な特徴
SUS304
- 特性: SUS304はオーステナイト系ステンレス鋼の代表的な素材で、優れた耐食性、成形性、加工性を持っています。特に腐食環境に強く、家庭用器具から工業機器、化学装置まで幅広い用途で使用されています。
- 加工性: すり合わせ、切削などの加工がしやすい
SUS303
- 特性: SUS303もオーステナイト系ステンレス鋼ですが、SUS304に比べて切削性が優れています。これは、加工を容易にするために硫黄（S）やセレン（Se）が添加されているためです。耐食性はSUS304に近いものの、極端な腐食環境では若干劣ることがあります。
- 加工性: 切削加工が非常に優れており、精密部品や高精度な機械部品に適しています
SUS304とSUS303の化学成分の違い
| 成分 | SUS304 (%) | SUS303 (%) |
|---|---|---|
| 炭素 (C) | 最大 0.08 | 最大 0.15 |
| クロム (Cr) | 18.00 – 20.00 | 17.00 – 19.00 |
| ニッケル (Ni) | 8.00 – 10.50 | 8.00 – 10.00 |
| 硫黄 (S) | 最大 0.030 | 最大 0.15 |
| モリブデン (Mo) | なし | なし |
| マンガン (Mn) | 2.00 – 2.50 | 2.00 – 2.50 |
| シリコン (Si) | 0.75 – 1.00 | 0.75 – 1.00 |
主な違い
- 硫黄の含有量: SUS303はSUS304よりも硫黄（S）を多く含み、これが加工性の向上をもたらします。高い硫黄含有量は切削性を改善し、精密部品の加工を容易にします。
- 炭素の含有量: SUS303の方が若干高い炭素含有量（最大0.15%）を持ち、これも強度に影響を与えますが、加工性を重視するため、強度よりも加工性を優先しています。
SUS304とSUS303の違いとその影響
SUS304とSUS303は、どちらもオーステナイト系ステンレス鋼ですが、いくつかの点で異なり、それぞれに特有の利点と用途があります。以下では、耐食性、強度と硬度、加工性、適用温度範囲における違いとその影響について説明します。耐食性の比較
- SUS304:
- SUS304は非常に優れた耐食性を持ち、湿気や塩分を含む環境においても高い耐久性を発揮します。特に、化学的な耐性が求められる環境や、食品機器、厨房機器などに最適です。
- 酸や塩基に対しても耐性が高く、一般的な酸性環境や海水にさらされる状況でも耐食性が保たれます。
- SUS303:
- SUS303も耐食性は良好ですが、SUS304に比べて若干劣ります。特に、硫黄を添加しているため、強い腐食環境においては耐性がやや低くなることがあります。したがって、極端に腐食の激しい環境には不向きです。
強度と硬度の差
- SUS304:
- SUS304は強度と硬度がバランスよく高く、一般的に広範囲の温度と負荷条件で使用可能です。高温環境でも強度を保ちますが、摩耗や圧力に対しては他の材料に劣ることがあります。
- 引張強度: 約505 MPa
- 硬度: 約160-220 HV
- SUS303:
- SUS303は、SUS304に比べて若干低い強度と硬度を持ちますが、切削性が優れているため、精密機械部品においてその強度が十分に機能します。硬度に関しては、摩耗に強い環境下ではSUS304が有利となることが多いです。
- 引張強度: 約520 MPa
- 硬度: 約150-200 HV
加工性における違い
- SUS304:
- SUS304は成形性や加工性において非常に優れており、溶接や冷間圧延などの加工が比較的容易です。しかし、切削加工においてはやや難易度が高く、耐摩耗性が求められる場合には加工しにくくなることがあります。
- SUS303:
- SUS303は、切削性においてSUS304よりも優れています。硫黄（S）やセレン（Se）が添加されているため、加工中に発生する摩擦を軽減し、精密部品や複雑な形状の部品を作成する際に非常に効果的です。そのため、機械加工部品や精密機器の部品に多く使用されます。
適用温度範囲の違い
- SUS304:
- SUS304は広い温度範囲で使用可能で、約-196°Cから約800°Cまでの温度で耐えることができます。高温環境でもその強度を保持することができ、耐熱性を必要とする用途に適しています。
- SUS303:
- SUS303の適用温度範囲はSUS304と比較して若干狭いですが、それでも-196°Cから約870°Cの範囲で使用可能です。高温耐性においてはSUS304に少し劣るものの、通常の使用範囲内では問題なく機能します。
ステンレス鋼の加工方法
ステンレス鋼、特にSUS304とSUS303は、それぞれ異なる特徴を持つため、加工方法や使用する工具の選定において考慮すべき点がいくつかあります。ここでは、SUS304とSUS303の加工技術、特徴、注意点、そして加工工具と条件の選定について説明します。SUS304の加工技術
SUS304はオーステナイト系ステンレス鋼で、非常に優れた耐食性を持っていますが、加工がやや難しい素材でもあります。主に以下の点を考慮して加工します。- 切削加工:
- SUS304は硬度が高く、切削時に摩擦が大きくなるため、加工が難しくなります。これにより、工具の摩耗が早く進行しやすいため、切削速度は低めに設定し、十分な潤滑を行うことが重要です。特に、切削油やクーラントを使用して摩擦熱を抑えることが求められます。
- 推奨工具: 高速鋼（HSS）、コバルト合金工具、または超硬工具が適しています。これらの工具は耐摩耗性が高く、長時間の加工でも性能を維持できます。
- 溶接:
- SUS304は溶接性が良好ですが、溶接中に熱影響によって変形やひずみが生じることがあります。溶接時には適切な冷却や後処理が必要で、アーク溶接、TIG溶接、MIG溶接などが用いられます。溶接後の熱処理を施すことで、材料の特性を改善し、ひずみを抑えることができます。
- 圧延・引抜き:
- SUS304は圧延や引抜きにおいても優れた加工性を持ちますが、強度が高いため、金型やダイスの選定には注意が必要です。摩擦の影響を抑えるため、冷却材や潤滑剤の使用が推奨されます。
SUS303の加工の特徴と注意点
SUS303は、SUS304に比べて硫黄やセレンを添加しており、加工性が非常に良好です。これにより、切削性や機械加工において優れた性能を発揮しますが、いくつかの注意点もあります。- 切削加工:
- SUS303は、硫黄の添加により切削性が大幅に向上しています。これにより、SUS304よりもはるかに加工が容易で、特に精密機械部品や複雑な形状を作成する場合に有利です。
- 推奨工具: SUS303では、切削性を最大限に活用するため、超硬工具やコバルト合金工具を使用することが多いです。これにより、切削中の摩擦を減らし、加工精度を向上させます。
- 耐食性の注意点:
- 硫黄やセレンの添加があるため、SUS303はSUS304に比べて若干耐食性が低くなることがあります。特に強い腐食環境下では、SUS304を使用した方が適しています。
- 加工後の仕上げ:
- SUS303は切削性が良好なため、表面仕上げが容易ですが、加工後に表面に微細な傷や加工ストレスが残ることがあるため、適切な後処理が求められます。
加工工具と条件の選定
SUS304とSUS303の加工においては、適切な工具選定と加工条件が必要です。以下の条件を考慮して工具を選定します。- 切削工具の選定:
- SUS304には、耐摩耗性が高く、高温でも性能を発揮できるコバルト合金工具や超硬工具が推奨されます。これらの工具は摩擦による熱を抑える役割も果たします。
- SUS303は切削性が良好なため、通常の超硬工具やコバルト合金工具でも十分対応可能ですが、コストや使用頻度に応じて最適な工具を選定します。
- 加工条件:
- 切削速度: SUS304では切削速度を遅く設定し、摩擦を減らすための冷却を行うことが重要です。SUS303では比較的高い切削速度でも加工可能です。
- 潤滑: 両素材とも、加工中に十分な潤滑を行うことで摩耗を抑制し、工具寿命を延ばすことができます。切削油やクーラントを使用することが推奨されます。
- 加工方法: 加工の種類によって異なりますが、SUS304では成形や引抜きにおいても冷却を重視し、SUS303では切削加工時にその優れた加工性を活かすようにします。
