420ステンレス鋼の熱処理：硬度、焼戻し、および用途

執筆者：エマ、テクニカルセールスエンジニア  |  レビュアー：イーサン、材料エンジニア  |  更新日：2026年8月

420ステンレス鋼の熱処理は、このグレードの決定的な特徴である高い硬度に到達する能力を引き出すプロセスです。420はマルテンサイト系ステンレス鋼であり、硬化に強く反応するのに十分な炭素を含んでいるため、硬度が耐食性よりも重要なカトラリー、耐摩耗部品、バルブ、機械加工部品に使用されています。

この記事では、420が硬化できる理由、硬化と焼戻しがその特性にどのように影響するか、そして熱処理条件がグレード選択をどのように推進するかを説明します。熱処理エンジニア、機械加工および製造エンジニア、材料エンジニア、B2Bバイヤーを対象としています。

1. 直接的な回答

420はマルテンサイト系ステンレス鋼です。オーステナイト化、焼入れ、焼戻しにより、硬度、強度、靭性を広範囲に調整できます。炭素含有量により、420は410のような低炭素グレードよりも顕著な硬化応答を示します。

トレードオフは現実です。硬度が高くなると、一般的に靭性が低下し、耐食性が低下します。したがって、最終的な選択は、硬度、靭性、腐食環境、製品形状、および適用される仕様のバランスを取る必要があります。

2. 熱処理条件の簡単な比較

この表は目的と一般的な効果を説明していますが、標準、製品形状、断面サイズによって異なるため、絶対的な硬度値は意図的に避けています。

3. 420が硬化できる理由

420の硬化性は、オーステナイト系ステンレス鋼とは根本的に異なる冶金学に由来します。

• マルテンサイト組織: 420は、高温から急速に冷却されたときに硬い相であるマルテンサイトを形成するように設計されています。
• 炭素: 硬化を可能にする元素は炭素であり、420は強い硬化応答を生み出すのに十分な炭素を含んでいます。
• クロム: 約12〜14％のクロムは耐食性を提供し、変態挙動に影響を与えます。
• オーステナイト化: オーステナイト範囲まで加熱すると、炭素が組織に溶解します。
• 焼入れ: 急速な冷却により、オーステナイトがマルテンサイトに変化します。
• マルテンサイト形成: 結果として、硬く、強く、しかし比較的脆い組織が形成されます。

これは、冷却時にオーステナイトのままで熱処理によって同じように硬化できない304や316などのオーステナイト系グレードとの重要な違いです。この区別を理解することで、マルテンサイト系グレードである420を、オーステナイト系で成形可能で非硬化性ステンレス鋼を意図していたのに誤って指定する、またはその逆のような一般的な調達ミスを避けることができます。

4. 420の熱処理プロセス

主な熱処理工程は、焼鈍、オーステナイト化、焼入れ、焼戻しであり、それぞれに独自の役割があります。

• 焼鈍: 機械加工や成形のために材料を軟化させます。
• オーステナイト化: 炭素を溶解するためにオーステナイト範囲まで加熱します。
• 焼入れ: マルテンサイトを形成するために急速に冷却します。
• 焼戻し: 脆さを軽減し、最終的な硬度を設定するために再加熱します。
• 冷却: オーステナイト化後の冷却速度がマルテンサイト形成を制御します。
• 断面厚: 厚い断面はよりゆっくりと冷却され、深く硬化しない場合があります。

特定の温度範囲が引用されている場合は、その出典、条件、および適用範囲を明記する必要があります。ある製品形状または断面サイズからのパラメータセットは、すべての420製品に対する普遍的な手順として扱われるべきではありません。実際には、熱処理業者と設計者は協力して、選択されたサイクルが必要な硬度を生成し、部品を使用可能で寸法安定した状態のままにすることを検証します。

5. 硬度と焼戻し

硬化と焼戻しは連携して意図した特性バランスを達成します。

• 焼入れ硬度: 焼入れ直後、420は高い硬度に達することができますが、組織は脆いです。
• 焼戻し: 再加熱により内部応力が緩和され、靭性向上のために制御された量の硬度が犠牲になります。
• 硬度/靭性バランス: このバランスが設定されるのは焼戻し工程です。
• 焼戻し温度: 焼戻し温度が高いほど、一般的に硬度はさらに低下しますが、靭性は向上します。
• 焼戻し時間: 温度での時間も最終的な特性に影響します。
• 寸法安定性: 適切な焼戻しと応力緩和は、使用中の寸法安定性に貢献します。

異なる焼戻し条件は異なる機械的特性を生み出すため、「硬度が高いほど常に良い」と言うのは正しくありません。目標硬度は、靭性や寸法挙動を含む実際のサービス要件に一致させる必要があります。

このシーケンスを、意図的な特性のトレードオフとして考えるのは有用です。焼鈍は機械加工性を最大化し、硬化は硬度と強度を最大化し、焼戻しは硬度の制御されたコストで靭性を回復させます。焼戻しの選択は、多くの場合、420部品において最も重要な単一の決定であり、部品が切削性能、耐摩耗性、またはその両方のバランスの取れた組み合わせに最適化されているかどうかを設定します。

6. 機械的特性

420の機械的特性は、その熱処理条件と不可分です。

• 硬度: 焼鈍状態から硬化状態まで広範囲にわたる。
• 引張強度: 硬化とともに上昇し、焼鈍状態に向かって焼戻しとともに低下する。
• 降伏強度: 同様に条件に依存する。
• 伸び: 一般的に焼鈍時に高く、硬化後に低くなる。
• 靭性: 焼入れ状態よりも焼戻し後の方が高い。
• 耐摩耗性: 一般的に高い硬度によって向上する。

7. 耐食性と使用限界

420は中程度の耐食性を持ち、熱処理によって高合金の塩化物耐性グレードになるわけではありません。

• 大気暴露: 多くの穏やかで乾燥した環境で十分です。
• 湿気: 湿気への暴露が限定的または制御されている場合に適しています。
• 塩化物: 耐性が限定的。塩化物はピッチングを引き起こす可能性があります。
• ピッチング: 塩化物が濃縮される場所で発生する可能性があります。
• 隙間腐食: 狭い隙間はリスクとして残ります。

耐食性は、表面仕上げ、熱処理、不動態化、および環境の影響を受けます。硬度が高いほど耐食性が高いわけではなく、420を316Lレベルの塩化物耐性ステンレス鋼として説明すべきではありません。

マルテンサイト系グレードの場合、実用的なガイダンスは、サービス期待値をグレードが設計されているものと一致させることです。420は、硬度が最優先され、腐食への暴露が穏やかまたは制御されている機械的用途および耐摩耗用途でその地位を得ています。環境が主な脅威である場合（塩化物を含んだ、海洋性、または化学的に攻撃的な環境）、420がどれほど注意深く熱処理されていても、より高合金のグレードが一般的に良い出発点となります。

8. 用途と選択

420は、硬度と耐摩耗性が主要な要件である場所で使用されます。

• カトラリー。
• 該当する場合の外科用および器械用部品。
• バルブ。
• シャフト。
• 金型。
• 耐摩耗部品。
• 機械加工および硬化された機械部品。

420を検討する場合:

• 高い硬度または耐摩耗性が重要である。
• 熱処理が設計の一部である。
• 中程度の耐食性で十分である。

420を直接使用しない場合:

• 過酷な塩化物環境。
• 海洋暴露。
• 非常に攻撃的な化学サービス。
• 耐食性が主要な設計要件である用途。

9. 標準とRFQ要件

420を購入する際は、熱処理条件を指定する必要があります。

• UNS S42000: 420のUNS指定。
• ASTM A240 / A276（該当する場合）: 標準は製品形状と一致する必要があります。
• 製品形状: シート、プレート、バー、またはロッド。
• 熱処理条件: 必要に応じて焼鈍、硬化、または焼戻し。
• 硬度 / 機械的要件: 目標硬度または強度範囲。
• 表面: 要求される表面状態。
• MTC: 材料試験証明書。
• PMI: 要求される場合は材料のポジティブ識別。
• 試験: 指定された機械的または検査要件。

RFQは、少なくともグレード、UNS指定、製品形状、標準、寸法、熱処理条件、硬度または機械的要件、表面状態、および検査要件を確認する必要があります。

一般的な購入ミス

• 420を一般的なオーステナイト系ステンレス鋼のように扱う。
• 靭性を考慮せずに最大硬度を追求する。
• 焼戻しを無視して、焼入れ状態の靭性の高い部品を期待する。
• 硬度と耐食性を同一視する。
• 異なる製品形状からの機械的データを混同する。
• 熱処理条件を確認しない。
• 420を過酷な塩化物サービスに直接使用する。
• UNS、標準、およびMTCを確認しない。
• ある熱処理業者のパラメータを普遍的な標準として扱う。

FAQ

Q1: 420ステンレス鋼は熱処理できますか？
はい。420はマルテンサイト系ステンレス鋼であるため、オーステナイト系グレードの304や316とは異なり、熱処理によって硬化および焼戻しが可能です。

Q2: 420ステンレス鋼はどのくらいの硬さになりますか？
420は炭素含有量により高い硬度に達することができますが、達成可能な値は炭素、断面サイズ、冷却速度、および焼戻しに依存します。すべての製品形状に単一の硬度が適用されるわけではありません。

Q3: 420ステンレス鋼にはどのような熱処理が使用されますか？
典型的なシーケンスは、オーステナイト化、マルテンサイトを形成するための焼入れ、そして最終的な硬度と靭性を設定するための焼戻しです。軟化が必要な場合は焼鈍が使用されます。

Q4: 420の硬化後に焼戻しが必要なのはなぜですか？
焼入れ状態は硬いですが脆いです。焼戻しは脆さを軽減し、硬度と靭性のバランスを取り、部品を使用可能にします。

Q5: 焼戻しは420ステンレス鋼の硬度を低下させますか？
一般的にそうです。焼戻しは、靭性向上のために制御された量の硬度を犠牲にし、焼戻し温度が硬度の低下量を決定します。

Q6: 420ステンレス鋼は耐食性がありますか？
中程度の耐食性を持ち、多くの穏やかな環境に適していますが、高合金の塩化物耐性グレードではなく、過酷な塩化物または海洋サービスには使用すべきではありません。

Q7: 硬度において420は410よりも優れていますか？
一般的にそうです。420は410よりも炭素含有量が高いため、より高い硬度に達することができます。ただし、選択時には靭性と耐食性の要件も考慮する必要があります。

Q8: 420は塩化物環境に適していますか？
塩化物耐性は限定的であり、ピッチングが発生する可能性のある過酷な塩化物または海洋サービスには推奨されません。

Q9: UNS S42000とは何ですか？
UNS S42000は420ステンレス鋼のUNS指定です。適用される製品標準（ASTM A240またはA276など）は、製品形状によって異なります。

Q10: 420ステンレス鋼のRFQには、どのような熱処理情報を含めるべきですか？
グレード、UNS指定、製品形状、標準、寸法、必要な熱処理条件、目標硬度または機械的要件、表面状態、および検査要件を含めます。

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情報源と参考資料

権威ある標準、グレードデータ、および熱処理原則については、以下の組織がステンレス鋼グレードに関する技術資料を提供しています。

• ASTM International — https://www.astm.org/
• worldstainless — https://worldstainless.org/
• British Stainless Steel Association (BSSA) — https://bssa.org.uk/
• Nickel Institute — https://nickelinstitute.org/
• Outokumpu — https://www.outokumpu.com/
• Alleima — https://www.alleima.com/
• ISO — https://www.iso.org/