板材を使って部品を構想するとき、あなたはどのような材料選定を行っていますか？特にSS400とSPCCとは同じ板材であり、板厚もよく似たものがありますよね。SUS材であれば、用途もはっきりしていますが、SS400とSPCCとは用途も似ていて、どのような使い分けをすればいいのか迷うときってありませんか？

材質SS400とSPCC(SPHC)の規格寸法とは？

SS400で主に板材の規格寸法は何があるのかご存知でしょうか？一般的な板材の規格寸法は次の通りです。

SS400 KIKAKU

詳細はpdfを見て頂けるとわかりますが、板厚がt5,t6,t8,t9,t10,t11・・・・・となっています。

規格としては、たくさんありますが、実際に使う頻度が多い板厚や業者が取り揃えている板厚がありますので、すべての板厚が使えない場合もあります。

一方、SPCC(SPHC)の板材の規格寸法は次の通りです。

t1.6,t2.3,t3.2,t4.5,t6.0,t9.0,t12.0,t16.0,t19.0,t22.0

ここで注目したいのは、板厚がどちらもある(または近い)ものです。

例えば、t4.5とt5.0とか、t6.0とか、t9.0などですね。板厚が同じもので違う材質のもの。私は気になりましたね。SS400でもSPCC(SPHC)でも手に入りやすさや価格の安さはほぼ同じ程度だと思います。では、設計者はどうやってこの材質を使い分けるのでしょう？

部品形状に合った使い分け

例えば、あなたが考えている部品がガード類ならば迷わずSPCCやSPHCを使った、いわゆる”板金”を選択するでしょう。ガード類とは、装置の外側に付く部品ですね。車で言えば、ボディに相当しますし、装置で言えば、カバー関係ですね。こんなイメージです。

板金素材の中でも薄板は、プレス機械によって曲げられたり、タレパン機械によって打ち抜かれたりすることで成形されます。薄板（SPCC）の特性上、比較的やわらかく、曲げやすい特徴を持っています。

また、SPCCなどは素材が綺麗ではないので、最終的に加工した部品は塗装がセットになります。

なので、曲げ加工ができる薄板（t3.2とかt4.5ぐらいまで）で、部品を構想するのであれば、SPCCを選択することになります。一方、薄板でも少し厚めの鋼板(t6やt9)となると、SS400を選択します。特に、曲げ加工ではなく、機械加工（切削）が必要な部品には、SS400を選択することになります。

例えば、板材にベアリングをはめ込むといった場合には、t9やt12などの板材に機械加工ではめ合い公差の入った穴加工を施すというような使い方になります。鋼板の製法から見ると、SPCCは冷間圧延鋼板及び鋼帯なので、一般的には薄い板となり、SS400は一般構造用圧延鋼材なので、厚めの板になります。

一見、板厚が同じものでも製法がまったく違いますので、鋼板の特性も異なり、必然的に使い分けもできるということになります。感覚的には、曲げ加工で済む部品にはSPCCを選び、機械加工が必要な場合には、SS400を選ぶという使い分けになります。

さらに、別の角度からの選択基準

少し違った角度からSPCCとSS400の使い分けを見てみましょう。

 素材の仕上がり

素材の仕上がりを見比べると、SPCCは表面があまり綺麗ではありません。物によっては多少錆などが残っています。そのため、成形後は塗装がセットになります。

ですが、SS400は比較的表面の仕上がりは綺麗です。そのままでも行けそうですが、錆止め用のメッキ処理を施します。三価クロメートなどが一般的でしょう。

 強度

SS400はSPCCよりも強く、S45Cと同じくらいになります。若干SS材は劣ります。引張り強さで比較すると、SS400は、引張り強さが400～510[N/mm^2]の間。S45Cは、生材でも570[N/mm^2]以上はあります。

SS材の強度と同じくらいであることがわかると思います。ちなみに、SPCC材は引張り強さは270[N/mm^2]以上となっています。この点から、強度が必要だなと感じたら、迷わずSS400材を使うことが一般的と言えます。

SPCC材とSS400材の使い分けは以上となります。ご参考になりましたでしょうか？

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。