S09CK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、S09CK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S09CK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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S09CKとは

S09CK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、S09Kは、はだ焼入れ(浸炭焼入れ専用の鋼です。

「K」は高級の意味で、高品質な浸炭焼入れを行いたい場合に使用されます。

S09CKの関連規格

S09CKは下記のJIS規格で規定されています。

S09CKの鋼管は、S09CKTK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S09CK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

S09CKの化学成分

JISで規定された、S09CKの化学成分は下記のとおりです。

S09CKの化学成分[%]

CSiMnPS
0.07 ~ 0.12≦ 0.025i0.30 ~ 0.60≦ 0.025≦ 0.025
NiCrCuNi+Cr
0.20以下0.20以下0.25以下0.30以下

S09CKでは、浸炭焼入れ時の品質の安定化のため、P、S、Cu、Ni+Cの管理値が厳しく設定されています。

炭素当量

S09CKの炭素当量は、以下のとおりです。

0.13~0.28

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。

S09CKの機械的性質

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。

焼入れの機械的性質は、浸炭焼入れの表面ではなく、あんこ(炭素の拡散が無い中心部)の部分の値です。

浸炭焼入れの表面は、通常、炭素量が0.8~0.9%程度で、焼戻しも低温なので、表面の硬度はHV700(HRC60)程度になります。

S09CK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
焼きなまし109 ~ 149
焼入れ焼戻し245以上390以上23以上55以上137以上121 ~ 179

S09CKの熱処理(焼入れ・調質)

S09CK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。

S09CKの熱処理条件

焼ならし焼なまし焼入れ焼戻し
900 ~ 950℃空冷約 900℃炉冷一次880 ~ 920℃油(水)冷二次750 ~ 800 ℃水冷150 ~200℃空冷

浸炭後の焼入れは、一次焼入れ、二次焼入れを行うのが理想的な方法です。

一次焼入れで中心部の結晶粒を微細化し、二次焼入れで表面の浸炭層を硬化させます。

実際には、低コスト化や省エネ化の観点から、焼入れを1回だけとする、じか焼入れも行われています。

S09CKの物理的性質

下記の値は必ずしもS09CK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。

S09CKの物理的性質

物理的性質物性値
縦弾性係数(ヤング率)[GPa]206
横弾性係数[GPa]79
ポアソン比(常温)0.27~0.29
密度[g/cm3]7.86
比重7.86
融点[℃]1770
熱伝導率[W/(m・K)]57~60
熱膨張係数[10-6/K]11.3~11.6
固有抵抗[10-8Ω・m]13.3~13.4
比熱[J/(kg・K)]0.474~0.477

S09CKの使い方と注意事項

最後にS09CK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。

S09CKの用途

S09CKは、はだ焼き入れ(浸炭焼入れ)を行って使用します。

はだ焼き用には、他に、S15CK、S20CKも有り、同じように使えますが、S09CKは、内部の浸炭されない層がいちばん軟質になります。

浸炭焼入れでの寸法変化を嫌い、浸炭後に多少の矯正をしたい場合にS09CKを選定する場合もあります。

S09CKとS10Cの比較

S09CKと炭素量がほとんど同じ炭素鋼には、S10Cがあります。

S10Cは軟質なため、塑性加工に適する材料ですが、浸炭焼入れして使用することも有ります。

一般の部品ではS10Cで浸炭焼入れしても問題は有りません。

【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。
このブログでは、機械技術から日常の中の科学まで、私が興味を持ったことをできるだけ解りやすく紹介しています!

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