材料・素材

SS400とS45Cの使い分けとは?

材質がSS400とS45Cは一般的によく使われる材質の種類です。機械設計では切っても切れない材料となっています。しかし、実際にどういった使い分けをするのかいまいち分からない人も多いと思います。そこで、SS400やS45Cの材質特徴や具体的な使用例を紹介したいと思います。


 





 

材質SS400とその特徴

 

SS400とはどういった意味なのかご存知でしょうか?

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SS400とは、一般構造用の熱間圧延鋼材の一種であり、主に板材と板材を溶接するような製かん品などで用いられます。SSとはsteal structureの略で、数字の400は引っ張り強さを表しています。SS400とは、引っ張り強さが400~510[N/mm^2]の間にある一般鋼材という意味になります。

 

また、SS390やSS490、SS540といった種類もあり、引っ張り強さが変わってくるタイプもあります。設計上使用する材料としては、これまでの経験上、SS400以外は使わなかったので、SS400だけ覚えておけば問題ないでしょう。またSS400を使うメリットとしては、材料が手に入りやすい点です。価格的にも安価な材料なので、広く一般的に使われることが多い材料です。

 

SS400には大きく分けて、平板材と丸棒材があります。平板材の場合には、図面の材質欄に、”SS400 t9.0”のように記載します。丸棒材の場合は、SS400Dといって、数字のあとにDを付けます。このDの意味は、Drawing materials(引き抜き材)から頭文字を取ったDでして、図面の材質欄に、”SS400D Φ20丸棒”のように記載します。

 

以上がSS400材の特徴となります。

 





 

材質S45Cとその特徴

 

次にS45Cですが、こちらも名前に意味があります。

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Sはsteel(鋼材)の意味です。数字の45は、炭素含有量区分を意味します。Cはcarbon(炭素)の意味です。

 

S45C材とは、炭素含有量区分『45』(0.45%前後)の機械構造用炭素鋼材という意味になります。炭素含有量が多ければ、それだけ硬い素材ということになります。種類もさまざまで、S15C、S45C、S50C、S55C、S60Cなど炭素含有量が異なっています。主に、S35C、S45CとS50Cが一般的に多く使われています。
※会社によって多少ことなると思いますが。

 

素材についてですが、S35CやS45Cは丸鋼(黒皮)となります。一方、S50CやS45C-D(磨き)は角鋼や平鋼となります。丸棒材を使うときには、S45Cで角鋼や平鋼を使うといには、S50Cとなるわけです。※角鋼とは断面が正方形で、平鋼とは平板のような長方形の断面のものです。

 

S45Cにも磨き引き抜き材があり、表記方法としては、末尾に[D]か[-D]を付けます。以上がS45C材の特徴となります。

 

 





 

SS400とS45Cの使い分け

 

では、SS400とS45Cをどうのように使い分けて設計者は選定するのでしょう。

 

大まかなイメージとしては、特に硬さが必要な部品などにはS45C材を使い、強度もそれほど必要ない部品の場合にはSS400材を使うといった感じでしょうか。厳密にコレっていうのはなく、部品レベルで材料を使い分けていることが現状だと思います。

 

筆者の経験上、もう少し項目別にSS400とS45Cを比較してみました。こちらはより実践的な話になると思います。

 

point引張り強さ

SS400は400[N/mm^2]、S45Cは生材で570[N/mm^2]となります。S45Cは焼きが入れば690[N/mm^2]以上となりもっと硬くさせることができます。逆にSS400は焼きが入りません。この時点で部品に硬さが必要ならば、S45Cを使うといった選択が、判断材料の1つとなります。

 

 

point部品形状や用途

やはり、この部分が一番の材料選定理由になるのだと思います。丸物でベアリングなどをはめ込むシャフト形状のものとか、回転数が速く、力も加わりやすい回転形状のものの場合、迷わずS45Cを選定しますよね。

 

一方で、同じ丸物でも軽負荷で多少振動などがあっても支障がなく、安価に済ませたいのであれば、SS400Dの丸棒を選定します。四角形状の部品でも同じで、
とにかく部品として形が形成されていればそれでよく、安価に済ませたいのであれば、SS400を選定します。

 

ある程度の硬さが欲しい部品、昔からこの部品の材質はS50Cを使っているという実績のある部品には、S50Cを選定します。そういった意味では、自分の会社の実績を参考にすると、一番迷わずに済むかもしれません。

 

ただ、あまり何も考えずに材料を決めてしまうと、なぜこの材料なの?という部分が疎かになりがちになるので、常に、なぜこの材料?という意識は必要だと思います。

 

 

point溶接部品

溶接部品にはSS400材を用いられることが多いです。S50Cでも溶接はできるので、どちらでも良いと言われればそれまでですが、溶接をしている時点で部品の剛性はあまりなく、振動に弱いと考えられます。

 

構造的に強い部品構成をしたとしても、溶接をする=歪(いびつ)な形状となる傾向があるので、基本的にSS400材を用いるケースが多いと思われます。

 

ただ、S50C材で溶接部品が無いか?と言われればそうではなく、あると思います。

 

厳密な選定はなく、過去のトラブルを解決できたとか、硬さがどうしても欲しいなどの理由がありますので、実績に準じると良いと思います。

 

 

point業界

これは今の自分がいる業界だけ見てもわからないのですが、違う業界を知ることで、その業界で使われている材質のスタンダードを知ることができます。例えば、工作機械の業界では、基本的にSS400のような柔らかい部品はあまり好まれません。振動や剛性は装置の命とも呼べる要素になりますので、その要素を悪くするような素材自体を選定しないのです。

 

もちろんゼロではありませんが、好んでSS400材を選ばないことがスタンダードとなっています。

 

また、繊維業界ではSS400材が一般的に使われます。装置自体、繊維を扱うものなので、それほど振動や剛性が問題とならないからです。また、丸物部品においてもS45C材ではなく、SS400Dの丸棒を使われることが多いです。

 

業界ごとに使われている材料のスタンダードで決められていることも覚えておくと良いでしょう。企業には取引している加工業者がいますが、業界ごとに使われる材料は決まっていますので、そこで、選択できる材料の幅が決まるということもあります。

 

以上がSS400とS45Cの特徴と使い分けとなります。いろんな場面で使うことが多い材質ですので、用途や部品形状に応じて使い分けて下さい。また、この記事に関してご意見・ご感想ある場合は、コメント頂けると幸いです。

 





 

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コメント

    • 古町 孝樹
    • 2015年 10月 22日

    s45c 生材の引張強さですが これは黒皮でしょうか? 磨きs45cではどのくらいになりますか?
    このへんが調べてもいまいちわかりません。

      • 元エンジニア
      • 2015年 10月 23日

      古町様、コメントありがとうございます。
      また、細かく記事を読んでいただきまして、ありがとうございます。

      さて、S45Cの引張り強さが材料の表面によって変わるのか?というご質問ですが、なかなかおもしろい視点だなぁと正直思いました。また、レベルが高い設計をされている方なんだなぁと思った次第です。

      感想はさておき、
      私の経験上、強さは変わらないという認識です。黒皮だろうが、ミガキだろうが計算に使う数値は同じだったからです。
      黒皮も一発(▽)入れれば、すぐに加工面が現れますしね。

      私は破断計算だろうと、3D解析であろうと、S45Cは統一した値を使っていました。

      とはいっても、私個人の見解ばかりを押しつけても
      信ぴょう性に欠けるので、ちょっと調べてみたところ、
      こんな報告書を見つけましたので、シェアしておきます。

      一度ご覧になって下さい。

      http://repository.dl.itc.u-tokyo.ac.jp/dspace/bitstream/2261/31512/1/sk017005001.pdf

    • フニフニ
    • 2016年 8月 25日

    各業種で使用する材質が違う理由として「伝統」と言ういい方もあるかもしれませんが、大事なのはその業種の生い立ちだと思います。
    ものづくりの生い立ちがが分からないから疑問が出ると思います。
    言い換えると要求仕様にかなう製造方法とでもいえばいいのでしょうか?
    工作機械は大型で制振性が必要なので鋳込みで作ることが前提の場合が多いとか、
    シャフトは旋盤で加工するときSS材は条件が要るとか、
    開発の前に現場で使ってみないと分からない事が多いので、なにか作るときは現場へ足を運んだ方が後々発生するであろう疑問が出なくなります。

      • 元エンジニア
      • 2016年 8月 26日

      フニフニさん、コメントありがとうございます。
      「生い立ちが大事」ということと、「要求仕様にかなう製造方法」が同じ意味かどうかは疑問ですが、
      目的に応じた使い分けというのはとても大事なことだと私も思います。
      ただ、自分ではSS材よりもS45Cを使うべきだと思っていても、過去の実績やコスト面からSS材を選ぶ場面もあるのです。
      私はもともと工作機械業界で働いていて転職しましたが、自分の常識が通用しない場面が多々あります。
      それは自分が務める会社の過去の実績やコスト意識が、設計者の意図よりも強く反映されるからです。
      そういった経験から、いくつかの葛藤を例に出して、記事としたわけです。
      ちなみに、私の経験上、加工条件が緩いか厳しいかは別問題として捉えており、まずは要求仕様を第一に考えていました。
      貴重なご意見ありがとうございました。

  1. ネット通販で購入する時、丸棒・四角棒・フラットバー・4F(4面フライスカット)・6F(6面フライスカット)などの購入選択で、SS400DとS45Cどちらかしか選べない場合があります。
    SS400DよりS45Cのほうが硬いことは分かっていましたが、個人的に加工して使うだけなので「どちらでもいいや」っと思っていました。

    でもこの記事を読んで、キチンと選ばないといけないと思い知りました。
    SS400DかS45Cどちらかしか無い場合は、自分で加工して元材を作り出す所から考えないといけないと・・・・

    例:丸棒販売はSS400・四角棒はS45Cだった場合で、丸棒S45Cが欲しい場合は四角棒S45Cを購入して、旋盤で丸棒にする。
      フラットバー販売はSS400・四角棒はS45Cだった場合で、四角棒SS400が欲しい場合はフラットバーから四角棒に切断加工によって、四角棒を作り出す。

    そういった事の必要性を、実感しました。
    また、1つの通販ショップにこだわらず、製造元通信販売も考えなければいけないという事。

    本当に参考になった記事でした。
    「1つの通販ショップで販売されていないからしょうがない」という考えが、どれだけ甘い考えか・・・・
    情けない話です。 感謝!!

    このWebページにたどり着けて良かったです。 m(__)m

      • 元エンジニア
      • 2017年 1月 14日

      pc_net_spさん、コメントありがとうございます。

      この記事がお役に立てて嬉しい限りです。
      さらに気づきのある記事を書き続けていきたいと思ってます。
      応援よろしくお願いします。

    • 鉄工所
    • 2017年 6月 30日

    初めまして、タンクの回転部分に35πのシャフトとしてS45cかssを悩んでおります。タンクに溶接します。負荷がかかる部分ですので、S45cの方がいいかなとは思っていたのですが、どっちの方がいいのでしょうか?よろしくお願いいたします。

      • 元エンジニア
      • 2017年 7月 02日

      コメントありがとうございます。
      こういった類の質問にはお答えすることができないのですが、
      個人的な見解ということで意見を書こうと思います。

      回転シャフトで負荷がかかる部分の材質で、タンクに溶接を考えているとのことですが、
      基本的に回転系の溶接はやめた方がいいと思います。溶接の破断が予想されます。
      シャフトを通してロールとの結合にナットで挟み込んで固定するなどの設計変更を考えてみてはいかがでしょうか?
      特にロールなどの回転系で負荷がかかる部分での溶接は危険だと思われます。
      溶接をしない別の締結でS45Cであれば、良いかと思われます。
      ご参考までに。

        • 鉄工所
        • 2017年 7月 04日

        元エンジニアさん ありがとうございます。溶接をしなければならない構造ですので、やはり割れるのが怖いので、摩耗の方を選択してSS材でいこうと思います。ありがとうございました。

    • 福山良晴
    • 2017年 8月 21日

    もとエンジニヤ
    インジェクション大型の金型の取り付け板の材質はS45C又はSS400どちらの実績が多いですか。
    型メーカーで差が有るように思われます。宜しく。

      • 元エンジニア
      • 2017年 8月 25日

      申し訳ありませんが、このようなご質問にはお答えできませんので、ご了承ください。

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