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steel 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。

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。

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。

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。

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。

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。