SSとS45Cの違いが今すぐわかる！加工方法や使用用途を解説！！

SSとS45Cとは？

SS材とSC材は規格成分が異なり、使用用途にも違いがあります。まずはSS材とSC材の特徴について、詳しく確認していきましょう。

SS材とは？

SS材は一般構造用圧延鋼材のことで、Steel Structureの頭文字を用いた名称が使用されています。SS材には複数の種類があり、中でもSS400が代表的です。SS400の「400」は引張強さの数値を表しており、少なくとも400N/mm2以上を示します。

SS材は引張強さの違いによって、以下の種類に分けられます。
・SS330
・SS400
・SS490
・SS540

SS材の特徴は、コストが低く入手しやすいことです。一般的な構造物に主に使われ、汎用性も優れています。SS材は、すべての成分が規定されている材料ではありません。P（リン）やS（硫黄）など一部の成分のみ、JIS規格（日本工業規格）で規定されています。SS400の具体的な成分規格は、以下のとおりです。
・C（炭素）規定なし
・Mn（マンガン）規定なし
・P（リン）0.050%以下
・S（硫黄）0.050%以下

SC材とは？

SC材は機械構造用炭素鋼材のことで、Steel Carbonの頭文字に由来する略称です。SC材の一種であるS45Cは、炭素を0.45%含む合金です。炭素が含まれた合金は、化合物を形成するため強度や硬度が向上します。そのためSS400で強度が足りない場合、SC材が使用されるケースもあります。

SC材は成分が規定されているので、狙い通りの特性を得られやすいことが特徴です。またS45Cは炭素量が多く、熱処理によってさまざまな組織を形成し、処理温度などの条件を変更すると特性制御できます。

ただし溶接には不適であることや、PやSの含有量を低減して不純物量を抑えているため、比較的高コストであることがデメリットです。用途や状況に応じて、SS材とSC材を使い分けましょう。

S45Cの成分は、JIS規格で次のように定められています。
・C（炭素）0.42～0.48%
・Si（シリコン）0.15～0.35%
・Mn（マンガン）0.60～0.90%
・P（リン）0.030%以下
・S（硫黄）0.035%以下

SSとS45Cの加工方法

SS400は炭素を多く含まないので、化合物を形成しにくく、熱影響による組織変化は小さいことが特徴です。加えて比較的靭性が良好なため、溶接に適しています。このほか切削加工でも扱いやすく、さまざまな形状に加工できます。

一方でS45Cの主な加工方法は、切削加工や研削加工です。大量生産する場合は、鍛造も用いられています。SS400とは異なり炭素量が多いので、溶接には向いていません。

それぞれの加工方法について、詳しく解説します。

溶接

溶接とは、金属を融点以上の温度に加熱しながら、異なる材料とつなぎ合わせる加工方法です。炭素を多く含む鋼は、溶接部が硬化して脆くなり、割れが発生しやすくなる懸念があります。溶接には複数の種類があり、主な方法は次のとおりです。
・アーク溶接
・ガス溶接
・レーザー溶接

アーク溶接では、アーク放電と呼ばれる現象を利用して、発生する熱により金属を溶接します。アーク放電は約10,000℃を超える温度に達するため、高融点金属でも加工できることが特徴です。

ガス溶接は、可燃性ガスが燃焼して発生する熱を利用する方法です。アーク溶接に比べて熱エネルギーが小さいため、溶接にかかる時間は長くなります。溶接時に強い光が発生せず、接合の様子を確認しやすいことがメリットです。

レーザー溶接は、レーザー光を照射する溶接方法です。微小部分を選択的に溶接できるため、精密機器などの高精度が求められる用途に使用されます。

切削加工

切削加工は、工具を使用して材料を削る加工方法です。材料の側面を削れるだけでなく、穴あけなどの内部加工も可能です。このほか、旋盤やフライス盤でネジを加工する「ネジ加工」や、板材を抜き取って加工する「抜き加工」があります。

研削加工

研削加工は砥石を回転させて、材料を削り取る加工方法です。高精度に加工でき、主に切削加工後に用いられます。砥石は、ダイヤモンドやCBN砥石を使用します。CBNとは立方晶窒化ホウ素（Cubic Boron Nitride）のことで、ダイヤモンドと同様に高い硬さを有する材料です。

研削加工は加工形状に応じて、平面研削や円筒研削、内面研削などを使い分けます。一般的には平面加工が使用され、円形の砥石を高速回転させて高精度に仕上げます。材料の外周を加工する円筒研削では、筒状の材料加工に最適です。材料の内径を加工する際は内面研削が適しており、内径より小さい砥石を用いて、材料を回転させながら製品を仕上げます。

鍛造

鍛造は、材料をたたきながら任意の形状に加工する方法です。鍛造には、熱間鍛造と冷間鍛造の2種類あります。熱間鍛造は、材料を高温状態で加工する方法であり、材料内部に溜まったひずみを除去できます。一方で冷間鍛造は、室温に近い状態で加工する方法です。昇温の手間が省け、高精度に製品を仕上げられますが、加工中に割れるリスクがあります。

SSとS45Cの組織

S45Cは熱処理によってさまざまな組織を有し、この特徴はSS材との大きな違いです。SS材は成分規格がないので熱処理をした場合、どのような組織が得られるのかわかりにくい特徴があります。そのため、処理なしの状態で製品に使用するケースが多く、熱処理で特性を調整するケースはほとんどありません。

一方でS45Cは成分規格が決まっており、組織の多様性を生み出す炭素が0.45%程度含まれています。したがって、用途に合わせて熱処理を変更するだけで、任意の硬さに制御可能です。

S45CはJIS規格によると、次の熱処理が推奨されています。
・焼ならし：820～870℃空冷
・焼なまし：約810℃炉冷
・焼入れ：820～870℃水冷
・焼戻し：550～650℃急冷

焼ならしは、材料の組織を均一にする熱処理です。加工直後の組織は、不均一になったり成分が偏ったりするので、特性に悪影響を及ぼします。そのため、焼ならしによる組織均一化が欠かせません。

焼なましは、材料を軟らかくするための熱処理で、組織の均一化も可能です。焼なましは目的によって熱処理温度が異なり、組織を均一にする「拡散焼なまし」や材料内部のひずみを除去する「応力除去焼なまし」など、さまざまな種類があります。

硬さを向上するための熱処理が、焼入れです。焼入れでは高温状態から急冷し、炭素量が多い組織を発現させて硬さを向上させます。短時間で冷却しなければ、炭素が鉄母相に溶け込み、硬さは向上しないので水冷などの急冷が大切です。

焼戻しは、焼入れ後に施す熱処理です。焼入れした材料は硬くなるものの、脆くて割れやすい性質を有しています。再び加熱することで靭性を回復できるため、材料の割れを防止可能です。焼戻しを施した場合、硬さと靭性バランスに優れる材料が得られます。

熱処理を施したS45Cは、マルテンサイト組織によって高い硬度を有しています。マルテンサイト組織は、焼入れによって形成され、硬さに優れることが特徴です。比較的軟らかい組織であるフェライト組織との割合によって、材料の硬さを制御できます。

一方で、SS400は板厚によって機械的特性が異なります。たとえば板厚が100mm以上の場合、耐力は205N/mm2以上であるのに対して、板厚16mm以下の場合は245 N/mm2以上です。

SSとS45Cの用途

SS材は低コストで汎用性に優れるため、構造物をはじめとして幅広い用途に使用されます。具体的な用途は、橋や船舶、車両などです。

一方でS45Cは、高い硬度が要求される用途に使用されます。具体的には、以下の用途です。
・ポンプ
・コンプレッサー
・自動車部品
・家庭用機器
・工具

まとめ

SS材は低コストで入手しやすいため、汎用性に優れています。一方でS45Cは硬さに優れる材料で、熱処理により特性を制御できます。これらの材料は切削加工しやすいものの、材料ノウハウや加工実績がなければ、思い通りに製品を仕上げることは困難です。そのため加工の際は、ノウハウや実績がある企業への依頼がオススメです。フィリールでは加工だけでなく、研磨や表面処理などの後処理にも対応しているので、まずはお気軽にご相談ください。

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