S15Cとは【強度・硬度・比重・熱処理など】使い方と注意事項

ここでは、S15Cを使って機械部品の設計するときに必要な情報として、化学成分や機械的性質、熱処理と物理的性質などJIS規格の内容を整理しました。

また、比重やヤング率などの物理的性質や、実際にS15Cを使う上で、使い方や加工性や溶接性などについての注意事項などについてもまとめました。

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S15Cとは

S15Cは、JIS G4051(機械構造用炭素鋼鋼材)で規定された鋼材です。
機械構造用炭素鋼は、S-C材と呼ばれ、キルド鋼から合金鋼と同様の管理で製造されます。

炭素量の近い鋼材には、SS400が有りますが、SS400と比較すると、S15Cの方が成分の偏析が少なく、より高品質な材料です。

塑性加工もしやすい材料なので、加締め加工性などから選択されることもあるかと思います。

熱処理する場合は、浸炭焼入れ(はだ焼入れ)をして使用することができます。

S15Cの関連規格

S15Cは下記のJIS規格で規定されています。

S15Cの鋼管は、S15CTKとして規定されています。

規格番号規格名称概要
JIS G4051機械構造用炭素鋼鋼材S15C素材の成分規定など
JIS G3478一般機械構造用炭素鋼鋼管鋼管について規定

S15Cの化学成分

JISで規定された、S15Cの化学成分は下記のとおりです。

S15Cの化学成分[%]

CSiMnPS
0.13 ~ 0.18≦ 0.035i0.30 ~ 0.60≦ 0.030≦ 0.035
NiCrCuNi+Cr
0.20以下0.20以下0.30以下0.35以下

一般構造用圧延鋼材であるSS400と比べると、鋼を脆くする性質の有るPやSの値が低く規定されています。

浸炭焼入れ専用のS15CKと比べると、P、S、Cu、Ni+Crが多めになりますが、一般的な浸炭焼入れは問題なくできます。

炭素当量

S15Cの炭素当量は、以下のとおりです。

0.19~0.34

炭素当量は、溶接の熱影響部の脆さを炭素量に換算した数値で示した値です。

この数値が0.44%以上になると溶接割れを起こしやすくなります。

S15Cの機械的性質

軟質な材料で伸びが大きいめ、塑性加工性に優れています。

みがき鋼棒では冷感引抜き加工によって焼準状態の引張強さよりも強くなります。

下記は、旧JISに掲載されていた、直径25mmの標準試験片での機械的性質です。
もっと太い材料の場合は質量効果により強度が低下しますのでご注意ください。

S15Cの機械的性質

熱処理降伏点

MPa

引張強さ

MPa

伸び

%

絞り

%

シャルピー

衝撃値

J/cm2

硬度

HB

焼きならし235以上370以上30以上111 ~ 167
焼きなまし111 ~ 149
焼入れ焼戻し

S15Cの熱処理(焼入れ・調質)

S15CのJISに規定された基本的な熱処理条件は下記の通りです。

必ずしもこの通りである必要はなく、必要な強度や硬さを得るために熱処理条件は変更すべきです。

S15Cの熱処理条件

焼ならし焼なまし焼入れ焼戻し
880 ~ 930℃空冷約 880℃炉冷

S15Cでは、焼入れの推奨条件は提示されていませんが、ハダ焼入れ(浸炭焼入れ)が行われることも多い材料です。
浸炭焼入れ後は、200℃程度で低温焼戻しして使用します。

S15Cの物理的性質

下記の値は必ずしもS15Cそのものではなく、炭素量が近い炭素鋼の値となりますので、参考に留めてください。

特に熱伝導率や固有抵抗は成分のバラツキによる変動が大きくなりますのでご注意ください。

物理的性質物性値
縦弾性係数(ヤング率)[GPa]205~206
横弾性係数[GPa]79~82
ポアソン比(常温)0.27~0.29
密度[g/cm3]7.84~7.86
比重7.84~7.86
融点[℃]1660~1770
熱伝導率[W/(m・K)]44~60
熱膨張係数[10-6/K]10.7~11.6
固有抵抗[10-8Ω・m]13.3~19.7
比熱[J/(kg・K)]0.474~0.494

S15Cの使い方と注意事項

最後にS15C材を機械部品に使用する際の一般的な注意事項を挙げます。

S15Cの用途

S15Cは、加締などの大きな変形をさせても割れることがなく、塑性加工にも適した材料です。溶接性にも適しており、浸炭焼入れして使用することもできます。

機械部品は曲げやねじれが加わることが多いので表面の機械的性質が重要です。浸炭焼入れは表面を強く、内部を柔軟なままにできるので、用途によっては優れた部品にすることができます。

S15Cの切削加工性

S-C材の切削加工性は良好ですが、S15Cは、ねばさがあるので、削りにくさもあります。

切り屑が連続してワークやツールに絡みやすくなります。

大量生産品などで、切削性が問題となる場合は、同程度の炭素量の快削鋼(JISG4804 硫黄及び硫黄複合快削鋼鋼材)も検討すべきです。

S15Cの溶接性

SS400でも通常は問題なく溶接できますが、溶接性を保証する検査が行われておらず、成分が規定されていないので粗悪品の恐れもあるため、重要な機械部品には向きません。S15Cであれば、キルド鋼であり成分のバラつきが少ないので溶接の品質を確保できます。

S15Cの浸炭焼入れ

浸炭焼入れ(はだ焼入れ)専用鋼として、S15CKが用意されていますが、S15Cでも問題なく浸炭焼入れが可能です。

【関連材料】
S10C S12C S15C S17C S20C S22C S25C S28C S30C S33C S35C S38C S40C S43C S45C S48C S50C S53C S55C S58C S09CK S15CK S20CK
この記事を書いた人
DD

機械設計の仕事をしているエンジニアのDDと申します。
技術士(機械)の資格をもっています。
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