ここでは、S48C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S48C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。
S48Cとは
S48C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るので高品質です。
その中で、S48Cは中炭素鋼の中では最も炭素量の多い鋼種です。
5刻みでない鋼種はあまり流通していませんが、S48Cは指定されること比較的多いようです。
このあたりの炭素量のだと、焼入れ性、焼入れ硬さの面で、シビアに効く場合もあります。S45Cで量産するなかで材料ロットのバラツキで硬度が不足するなど問題があれば、S48Cに限定するのも良いかと思います。
S48Cの関連規格
S48Cは下記のJIS規格で規定されています。
S48Cの鋼管は、S48CTK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 | S48C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 |
| ー | ー | ー |
S48Cの化学成分
JISで規定された、S48Cの化学成分は下記のとおりです。
S48Cの化学成分[％]
| C | Si | Mn | P | S |
|---|---|---|---|---|
| 0.45 ～ 0.51 | ≦ 0.035i | 0.60 ～ 0.90 | ≦ 0.030 | ≦ 0.035 |
| Ni | Cr | Cu | Ni+Cr |
|---|---|---|---|
| 0.20以下 | 0.20以下 | 0.30以下 | 0.35以下 |
S48Cに相当するISOの鋼種は有りません。
JISでは、炭素量の規定がかなり細かく、前後の鋼種とラップする含有量の規定になっています。ISOををはじめ、アメリカのAISI/SAE規格や、ドイツDIN規格などと比べても、炭素量の規定は、細かくなっています。
炭素当量
S48Cの炭素当量は、以下のとおりです。
0.56～0.72
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。
S48Cの機械的性質
S48Cの機械的性質を見るとS50Cと同じになっていて、S45Cよりも強度が高くなっています。
この値は、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、S48Cなら必ずこの機械的性質になるわけではなく、サイズが大きい場合は質量効果により強度が低下する方向になります。
また、熱処理条件や、冷間引き抜きなどの仕上げ加工によって強度は変わり、焼入れの場合は焼戻し温度によっても強度が変わります。
強度と硬さは比例するので、どのような硬さに調整するかで機械的性質は変わってきます、必要なな強度が得られるよう、硬さを調整していきます。
S48C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 | 365以上 | 610以上 | 18以上 | ー | ー | 179 ～ 235 |
| 焼きなまし | ー | ー | ー | ー | ー | 143 ～ 187 |
| 焼入れ焼戻し | 540以上 | 740以上 | 15以上 | 40以上 | 69以上 | 212 ～ 277 |
S48Cの熱処理（焼入れ・調質）
S48C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。
S48Cの熱処理条件
| 焼ならし | 焼なまし | 焼入れ | 焼戻し |
|---|---|---|---|
| 810 ～ 860℃空冷 | 約 800℃炉冷 | 810 ～ 860℃水冷 | 550 ～650℃急冷 |
熱処理条件はあくまで、基本の方法であって、必ずしもこのとおりでなくてはならない訳ではありません。
S48C以上の炭素量の鋼では、もろさが有り、熱処理時の焼割れの可能性が高まります。
肉厚の極端な変化があったり、鋭利な形状だと冷却速度に差が出るので、マルテンサイト変態による膨張に耐えられず、焼割れが起こりやすくなります。
S48Cの物理的性質
下記の値は必ずしもS48C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。
S48Cの物理的性質
| 物理的性質 | 物性値 |
|---|---|
| 縦弾性係数（ヤング率）[GPa] | 205 |
| 横弾性係数[GPa] | 82 |
| ポアソン比（常温） | 0.27～0.29 |
| 密度[g/cm3] | 7.84 |
| 比重 | 7.84 |
| 融点[℃] | 1660～1690 |
| 熱伝導率[W/(m・K)] | 44 |
| 熱膨張係数[10-6/K] | 10.7 |
| 固有抵抗[10-8Ω・m] | 19.2～19.7 |
| 比熱[J/(kg・K)] | 0.489～0.494 |
S48Cの使い方と注意事項
最後にS48C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。
S48Cの用途
S48CはS45CやS50Cと同様に、強度の必要な機械部品に幅広く使用できます。
ずぶ焼入れや高周波焼入れによって、強度や耐摩耗性の必要な用途にも使用できます。
S45CとS48Cの使い分け
S45Cでは炭素量の下限値が、0.42％なので、S40Cの上限値0.43％よりも低くなります。
更に、Mnなどの量によっても硬さにかなりのバラツキが発生するので、量産では、材料のロットによる違いが問題になることもあります。
そのような場合に炭素量下限指定とか上限指定で購入したりします。
S48Cであれば、炭素量の下限が0.45％なので、S45Cを使っていて硬さや焼入れ深さが足りないなどの問題がある場合に、適用するのも良いと思います。
