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【耐食性を落とさずコストダウンを実現】意外と知らないSUS304からの代替素材

「SUS304の材料費が高騰しており、コストダウンが必要…」

「ステンレス部品のコストを下げたいが、耐食性は絶対に落とせない…」

といったお悩みをお持ちではございませんか?

SUS304は、主成分である「ニッケル」の相場変動の影響を非常に受けやすく、近年は価格高騰が課題となっています。しかし、実はSUS304のようなニッケル系ステンレスと比較して、同等の耐食性を持ちながらコストダウンが実現できる代替素材が存在します。

今回は、耐食性を保ちつつコストダウンを実現するSUS304からの代替素材と、採用する際に押さえておくべきポイントについて解説いたします。

【目次】

SUS304と同等の耐食性があり、かつコストダウンが実現できる代替素材とは?

SUS443J1を採用する際に押さえておくべき5つのポイント

まとめ

 

SUS304と同等の耐食性があり、かつコストダウンが実現できる代替素材とは?

過去に当社でもご紹介しましたが、SUS304からのコストダウン目的の代替材として、一般的に最もよく提案されるのがSUS430です。

>>ステンレスの材料価格が高騰!? SUS304の代替となる材質を活用し、材料費を削減!

確かにSUS430は安価でコストを抑えられますが、SUS304に比べて耐食性に劣ります。SUS430はキッチンのシンクなどの水回りにも広く使われる素材ですが、SUS304の代替として、雨ざらしになるような屋外環境などで厳しい環境下で使用する部品として、そのまま使用すると、錆びてしまうリスクがあります。

「耐食性は絶対に落とせない。でもコストは下げたい…」

そんな時にご提案するのが、「SUS443J1」という高耐食フェライト系ステンレスです。

この「SUS443J1」は、価格高騰の原因となるニッケルを含まない代わりに、クロムの含有量を増やし、銅やチタンを添加した素材です。SUS304と比較して、入手性は劣るものの、SUS304と同等の耐食性を持ちながら、コストダウンを実現できるというメリットがあります。

表1. 各ステンレス素材の比較

 

SUS304

SUS430

SUS443J1

強度

耐食性

※SUS304より劣る

耐熱性

加工性

コスト

※SUS304の約60%

※SUS304の約70%

磁性

無し

有り

有り

※コストは時期により変動します

 

ただし、SUS304とは性質や加工性が異なるため、ただ単純にSUS304から材質変更するだけでは、思わぬトラブルを招く恐れがあります。そこで、SUS443J1を採用する際に、設計者が押さえておくべき3つのポイントについて解説します。

 

SUS443J1を採用する際に押さえておくべき5つのポイント

ポイント①:磁性が製品用途に影響が出ないかを確認する

SUS304は基本的に非磁性ですが、SUS443J1は磁性があります。

そのため、磁気を嫌うセンサー周辺の部品、半導体製造装置、特定の医療機器などの部品には使用できないケースがあります。材質変更の前に、製品の「用途」に磁性が影響しないかの確認が必須です。

 

ポイント②:圧延方向と曲げ方向を考慮した設計を行う

材料の圧延方向を考慮して曲げ方向を決めることは、一般的な鋼板でも板金加工の基本とされています。しかし、SUS304からSUS443J1へ材質変更する場合は、特に注意を払う必要があります。

その理由は、これまで使っていたSUS304が特に曲げやすい素材であるためです。SUS304は非常に粘り気があり、多少圧延方向を無視して曲げても割れにくいという特徴を持っています。対して、SUS443J1のようなフェライト系ステンレスは、SUS304に比べて材料の伸びが小さく、異方性が強い素材です。そのため、SUS304の時と同じように、圧延方向と平行に曲げ加工を行ってしまうと、曲げ部の外側にクラックが非常に入りやすくなります。

ただし、これは「割れない方向に板取りするのは加工時に考慮すれば良いのでは?」と思われるかもしれません。もちろん、加工時に考慮する必要がありますが、実は設計段階でも工夫が不可欠になります。その理由は以下の2点です。

①箱曲げなど「多方向の曲げ」は割れやすい方向への曲げを回避できない

4辺をすべて立ち上げる箱形状や、L字・コの字が混ざった複雑なブラケットの場合、どう板取りを工夫しても、必ずどこかで割れやすい方向への曲げが発生してしまいます。

②歩留まり悪化のリスクがある

割れを防ぐために特定の向き(例えば圧延方向と直角)での加工するという制約があると、板取りの効率が悪くなり、歩留まりが悪くなります。結果として、安価なフェライト系ステンレスに変更したのにコストダウンができなくなるという事態が発生します。

上述の2つの対策として、圧延方向と曲げ方向を考慮した設計を行い、必要であれば、例えば板厚の1.5〜2倍など曲げRを通常より大きめに設定するといった曲げ時にクラックが発生しないような設計が有効です。そのため、単純な曲げ加工が多い、L字・コの字型のブラケット、筐体・ボックス形状ではコストメリットが出やすくなります。

 

ポイント③:穴の公差を見直し、コストダウン効果を最大化する

SUS443J1への材質変更の際は少し図面を見直すだけで、確実にコストダウンを実現することができます。それが「穴の寸法公差」の最適化です。

前提として、SUS443J1は、一般的な板金部品の穴あけで問題無く加工できます。ただし、SUS304は特に加工性が良く、パンチプレスで打ち抜いた際に、剪断面が出やすい特徴がありました。これに対し、SUS443J1は一般的な鋼板と同様に、SUS304と比較して破断面が出やすくなります。もちろん、お客様のご要望に沿った製品を製作することが大前提ですが、SUS304の図面と同じように厳しい公差を入れていた場合、SUS443J1に変更した際に、破断面の影響でドリルやリーマによる二次加工が必要になり、せっかくのコストダウン効果が低減してしまうことがあります。

したがって、SUS443J1への材質変更時には、「本当にその穴に厳しい公差が必要か」を見直し、「本当に厳しい公差が必要な穴だけを指定し、それ以外は標準公差にする」ことが重要になります。

そのため、通気・放熱のためのスリット穴・ルーバー、軽量化のための肉抜きや配線通し穴、一般的なタップ穴といった用途であれば問題なく、使用できます。一方で、厳しい寸法公差が求められる「位置決めピン穴」を使用する際には、注意が必要です。

 

ポイント④:製品の形状によって、コストダウンすべき部品か見極める

SUS304は薄板から極厚板、パイプ、アングル、丸棒まで、ありとあらゆる形状・サイズの材料が入手しやすいですが、SUS443J1は市場に流通している形状は板厚0.8mm〜3.0mmの冷間圧延鋼板がほとんどです。

 

したがって、パイプ材を用いたフレーム構造や、アングル材の溶接部品、削り出しが必要な厚板ブロックなどはかえって調達コストがかかってしまいます。

 

一方で、薄板から切り出して加工するカバー、外装パネル、筐体、ブラケットといった一般的な板金部品が、SUS443J1への変更に最も適しています。とくに板面積が大きく、部品単価に対する材料費の占める割合が高いカバー類などは、コストダウンに繋がりやすいです。

 

ポイント⑤:熱影響によるもろさを考慮して、部品の用途に合わせた溶接方法を選ぶ

SUS443J1はチタンが添加されているため、SUS430など一般的なフェライト系ステンレスで懸念される溶接部のサビに強く、SUS304と同等の優れた耐食性を維持できます。しかし、フェライト系ステンレス特有の性質として、溶接の高熱を受けると周辺の組織がもろくなる特性があります。粘り強いSUS304と同じように設計すると、思わぬトラブルになる場合があります。

例えば、常に激しい振動が加わるモーターのブラケットや、重い物を吊り下げる溶接フレームなど、溶接部に強い衝撃や繰り返し荷重がかかる部品には注意が必要です。強度が最優先される部品は、無理に変更しない、もしくは溶接ではなく、リベットやボルトでの締結へと設計変更を行う必要があります。

一方、防水・防塵のためのシール溶接や、カバー四隅の溶接、あるいはスポット溶接といった強度が特に重要でない箇所の溶接であれば、レーザー溶接等で熱影響を抑えた溶接で問題無く加工ができ、コストダウンを実現できます。

 

材質変更によるコストダウン・機能性向上は精密板金ひらめき.comにお任せください!

SUS304からの材質変更は、ただ変えれば良いというものではありません。今回ご紹介した「SUS443J1」のように、各素材のメリット・デメリットを把握した上で、磁性や曲げ方向、公差といった加工上の特性を深く理解した上での設計・加工が不可欠です。

精密板金ひらめき.comは、単なる図面通りの加工にとどまらず、こうした材料知識と加工ノウハウをもとに、お客様の課題に合わせた最適な材質変更やコストダウン提案を行うことができます。ステンレス部品のコストダウンや機能性向上でお困りのことがございましたら、ぜひお気軽に当社までご相談ください。

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