SCM440・SCM435・S45C はどこまで硬くなる?鋼種の選び方

到達できる最高硬度は主に炭素量で決まります。クロム(Cr)・モリブデン(Mo)・マンガン(Mn)などの合金元素は焼入れ性 — 表面だけでなく芯まで硬化させる能力 — を高めます。

おおよそ0.25%C 未満の鋼は芯まで焼きが入らず、代わりに表面硬化(浸炭)が必要です。中炭素鋼以上は焼入れ・焼戻しのサイクルに耐えます。

最終 HRC は焼戻し温度にも左右されます。焼戻しが高いほど硬さは下がりますが部品は靭性を増します。

「この鋼種はどこまで硬くなるか」という問いには正しい答えが二つあり、意味が異なります。

• 到達可能な最高硬さ（焼入れまま） — 焼戻し前、焼入れ直後に到達する硬さ。その鋼種の上限です。
• 実用指定値（焼戻し後） — 靱性と引き換えに硬さを下げ、図面に実際に記載される値です。

SCM440 は混同の典型です。上限は 50–58 HRC 程度ですが、実際に使われる SCM440 ボルトの多くは 28–48 HRC で指定されます。上限のまま使えば脆く、ねじ部で折れます。

下の表は、この二つの数値を併記しています。

まず二つの数値を区別してください。焼入れ後の上限は鋼種そのものの天井、実用指定値は焼戻し後に図面が実際に指示する範囲です。

最も誤解が多いのが SCM440 です。上限は約 50〜58 HRC ですが、実際に使われる SCM440 ボルトの多くは 28〜48 HRC 指定にとどまります。最硬のままでは脆く、ねじ部で折れるためです。

• S20C（AISI 1020 / DIN C22、C 0.18–0.23%）— 上限 55–62 HRC、実用指定 55–60 HRC（炭素量が低く芯まで焼きが入らないため、浸炭で表面を硬化させます）
• S45C（AISI 1045 / DIN C45、C 0.42–0.48%）— 上限 50–58 HRC、実用指定 40–55 HRC
• SCM435（AISI 4135 / DIN 34CrMo4、C 0.33–0.38%）— 上限 48–55 HRC、実用指定 33–44 HRC
• SCM440（AISI 4140 / DIN 42CrMo4、C 0.38–0.43%）— 上限 50–58 HRC、実用指定 28–48 HRC
• SCr440（AISI 5140 / DIN 41Cr4、C 0.38–0.43%）— 上限 50–57 HRC、実用指定 28–45 HRC
• SWCH10B21（AISI 10B21、C 0.18–0.23 + B%）— 上限 40–48 HRC、実用指定 28–40 HRC
• SWCH10B33（AISI 10B33、C 0.30–0.36 + B%）— 上限 45–52 HRC、実用指定 32–42 HRC
• SUP9（AISI 5155 / DIN 55Cr3、C 0.52–0.60%）— 上限 50–58 HRC、実用指定 40–50 HRC
• SK85 / SK5（AISI 1084–1086 / DIN C85、C 0.80–0.90%）— 上限 58–64 HRC、実用指定 45–60 HRC
• SKS3（AISI O1 / DIN 100MnCrW4、C 0.90–1.00%）— 上限 58–63 HRC、実用指定 56–62 HRC
• SUJ2（AISI 52100 / DIN 100Cr6、C 0.95–1.10%）— 上限 60–64 HRC、実用指定 58–64 HRC
• SUS420J2（AISI 420 / DIN X30Cr13、C 0.26–0.40%）— 上限 48–55 HRC、実用指定 45–52 HRC
• SUS304（AISI 304 / DIN X5CrNi18-10、C ≤0.08%）— 熱処理では硬化しません。理由は次節

• SUS304 / SUS316（オーステナイト系） — 熱処理では一切硬化しません。組織がすでに安定なオーステナイトで、マルテンサイトに変態しないためです。硬さを上げる唯一の方法は冷間加工による加工硬化です。
• SUS420J2 / SUS410（マルテンサイト系） — 炭素量が十分で変態するため、通常どおり焼入焼戻しで 45〜52 HRC まで上がります。

図面に「SUS304 を 45 HRC に焼入れ」とあれば、それは図面側の誤りであって熱処理側の不可ではありません。当社では受注前にお知らせします。

炭素量が約 0.25% を下回る鋼（S20C や SS400 など）も芯まで焼きは入りませんが、浸炭で硬化層をつくることはできます。

上から順に見てください。多くの部品は最初の三つで決まります。

• 断面が薄く、コスト重視で、硬さは中程度でよい — S45C。合金鋼に費用をかける理由はありません。
• 断面が厚い、または断面全体で硬さを均一にしたい — Cr-Mo 系（SCM435／SCM440）へ。理由は焼入性が高いことであって、HRC の上限が高いことではありません。SCM440 と S45C の上限はほぼ同じで、ここが最も誤解されます。
• ねじ・ボルトとして大量に冷間圧造する — ボロン鋼 SWCH10B21 または 10B33。冷間成形性がよく、成形後に硬化させます。
• 表層は耐摩耗、芯部は靱性が必要 — 全体焼入れではなく、低炭素鋼（S20C）＋浸炭。
• 耐食性と硬さの両方が必要 — SUS304 ではなく SUS420J2。

鋼種がはっきりしない場合は、仕様書か試料をお送りください。成分と硬さを確認し、目標 HRC に届く工程をご提案します。

注文書に書かれている項目が多いほど、やり直しの確率は下がります。四行で足ります。

• 鋼種。ミルシート（材質証明）どおりに記載してください。証明書がない場合は、まず試料を送って成分分析を行います。
• 目標 HRC は範囲で。単一の数値ではなく 32–39 HRC のように示し、上限値ではなく焼戻し後の値としてください。
• 測定位置：表面か断面中央か。浸炭品ではこの二か所の値が大きく異なります。
• この後にめっきがあるか。亜鉛めっきを行う 39 HRC 超の部品には、ISO 4042 が求める水素脆性除去のベーク工程を見込んでください。

当社の処理能力は月産 2,000 トン以上で、量産ロットも試作ロットもお受けします。