ここでは、SS400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SS400を適用する上での、使い方、加工性、溶接性など、注意事項もまとめました。
SS400とは
SS400は、軟鋼や生材とも呼ばれる、最も一般的な鋼材です。
熱間圧延または熱間押出によって製造されるため軟質です。
安価なので、構造材や、さほどシビアな性能や品質が要求されない機械部品に使われています。
一般構造用圧延鋼材なので、機械構造用炭素鋼材（S-C材）と比較すると、品質の面では劣ります。
SS400は、かつてインゴット（溶けた鉄鋼を大きな鋳型に流し込んで冷却し鋼塊を作る方法）から作っていた時代は、脱酸不十分で、成分の偏析や内部欠陥の多いリムド鋼でした。
現在ではほとんどが連続鋳造法によって作られるので、多くはキルド鋼になっています。
製鉄メーカーの独自の成分管理も行われ、昔よりは品質も向上しています。
しかし、規格上はあくまで、SS400なので、粗悪品が混じっていても文句は言えないので注意が必要です。
SS400の関連規格
SS400の規格は下記のとおりです。
| 規格番号 | 規格名称 | 概要 |
|---|---|---|
| JIS G3101 | 一般構造用圧延鋼材 | 鋼板、鋼帯、形鋼、平鋼、棒鋼 一般構造用の熱間圧延鋼 |
SS400の化学成分
JISで規定された、SS400の化学成分は下記のとおりです。
SS400の化学成分[％]
| C | Mn | P | S |
| ― | ― | ≦ 0.050 | ≦ 0.050 |
SS400の成分規定は、リンと硫黄のみです。リンと硫黄は、多いと脆くなるので規定されています。
炭素量は規定されていませんが、一般的にはC0.2%程度になっていることが多いようです。
JISには、「必要に応じて、この表以外の合金元素を添加しても良い。」
と但し書きがあります。
規格上は自由度が高い鋼材なので、ある程度信頼性の要求される用途に使用する場合は、注意が必要です。
炭素当量
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。
SS400の炭素当量は、成分規定が無いので判りませんが、通常のものは0.44を超えることは無いと思います。
但し、SS400は成分の偏析が多いリムド鋼で作られる場合もあるので、0.44を超える可能性もあります。
SS400の機械的性質
SS400は成分が規定されていない代わりに、機械的性質が規定されています。
板厚や、径が大きいほど降伏点が下がります。
SS400の降伏点と引張強さ
| 鋼材の厚さ mm |
降伏点または耐力 N/mm2 | 引張強さ N/mm2 |
|---|---|---|
| 16以下 | 245以上 | 400～510 |
| 16を超え40以下 | 235以上 | |
| 40を超え100以下 | 215以上 | |
| 100を超えるもの | 201以上 |
SS400の伸びとまげ性
| 伸び | 曲げ性 | ||||
| 厚さ mm | 試験片 | 伸び ％ | 曲げ角度 | 内側半径 | 試験片 |
| 鋼板、鋼帯、平鋼の厚さ5以下 | 5号 | 21以上 | 180° | 厚さの1.5倍 | 1号 |
| 鋼板、鋼帯、平鋼の厚さ5を超え16以下 | 1A号 | 17以上 | |||
| 鋼板、鋼帯、平鋼の厚さ16を超え50以下 | 1A号 | 21以上 | |||
| 鋼板、鋼帯、平鋼の厚さ40を超えるもの | 4号 | 23以上 | |||
| 棒鋼の径、辺又は対辺距離25以下 | 2号 | 20以上 | 180° | 径、辺又は対辺距離の1.5倍 | 2号 |
| 棒鋼の径、辺又は対辺距離25を超えるもの | 14A号 | 22以上 | |||
SS400の板厚や寸法
SS400の標準寸法は形状毎に、下記のJISで定められいています。
| 形状 | JIS番号 | 名称 |
| 棒鋼 | JIS G3191 | 熱間圧延棒鋼及びバーインコイルの形状、寸法、質量及びその許容差 |
| 形鋼 | JIS G3192 | 熱間圧延形鋼の形状、寸法、質量及びその許容差 |
| 鋼板及び鋼帯 | JIS G3193 | 熱間圧延鋼板及び鋼帯の形状，寸法，質量及びその許容差 |
| 平鋼 | JIS G3194 | 熱間圧延平鋼の形状，寸法，質量及びその許容差 |
棒鋼の標準径と長さ及び許容差
標準と長さ
| 棒鋼の標準径、対辺距離 （単位：mm）
（ ）内は非推奨 |
5.5 6 7 8 9 10 11 12 13 (14) 16 (18) 19 20 22 24 25 (27) 28 30 32 (33) 36 38 (39) 42 (45) 46 48 50 (52) 55 56 60 64 65 (68) 70 75 80 85 90 95 100 110 120 130 140 150 160 180 200 |
| 棒鋼の標準長さ（単位：m） | 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 8.0 9.0 10.0 |
許容差
棒鋼の許容差は、径や対辺距離に対して、下記の値となっています。
偏径差とは、同一断面での、径や対辺距離の最大値と最小値の差です。
| 径、辺又は対辺距離 | 許容差 | 偏径差 |
| 16mm未満 | ±0.4mm | 全許容差範囲の70％以下 |
| 16mm以上 28mm未満 | ±0.5mm | |
| 18mm以上 | ±1.8％ |
形鋼の寸法形状と許容差
形鋼の寸法、形状や許容差については、JIS G3192でご確認ください。
標準長さは下記のとおりとなっています。
| 値 | |
| 形鋼の標準長さ（単位：m） | 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 11.0 12.0 13.0 |
鋼板及び鋼帯の標準寸法と許容差
鋼板、鋼帯は厚さ方向に圧延された幅広の平板です。
3.2mm以下は、SPCCなどの冷間圧延鋼板（JIS G3141）の方が流通量が多く、SS400は入手困難な場合があります。
標準厚さ、標準幅、標準長さ
| 鋼板及び鋼帯の標準厚さ （単位：mm） （ ）内は非推奨 |
1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.3 2.5 (2.6) 2.8 (2.9) 3.2 3.6 4.0 4.5 5.0 5.6 6.0 6.3 7.0 8.0 9.0 10.0 11.0 12.0 12.7 13.0 14.0 15.0 16.0 (17.0) 18.0 19.0 20.0 22.0 25.0 25.4 28.0 (30.0) 32.0 36.0 38.0 40.0 45.0 50.0 |
| 鋼板及び鋼帯の標準幅 （単位：mm） | 600 630 670 710 750 800 850 900 914 950 1000 1060 1100 1120 1180 1200 1219 1250 1300 1320 1400 1500 1524 1600 1700 1800 1829 1900 2000 2100 2134 2438 2500 2600 2800 3000 3048 |
| 鋼板及び鋼帯の標準長さ（単位：m） | 1829 2438 3048 6000 6096 7000 8000 9000 9144 10000 12000 12192 |
許容差
厚さの許容差は下記の通りです。4mm以上の板厚のものの許容差及び、幅の許容差については、JIS G3193ご参照ください。
| 厚さ | 幅 | ||
| 1600未満 | 1600以上 2000未満 |
2000以上 2300以下 |
|
| 1.25未満 | ±0.16 | － | － |
| 1.25以上 1.6未満 | ±0.18 | － | － |
| 1.60以上 2.00未満 | ±0.19 | ±0.23 | － |
| 2.00以上 2.50未満 | ±0.20 | ±0.25 | － |
| 2.50以上 3.15未満 | ±0.22 | ±0.29 | ±0.29 |
| 3.15以上 4.00未満 | ±0.24 | ±0.34 | ±0.34 |
平鋼(フラットバー)の標準径と長さ、許容差
平鋼はフラットバーと呼ばれ、アングルやフレームなどに素材寸法のまま使用するのに適しています。
鋼板、鋼帯と異なり側面も圧延（4面圧延）されているので、長方形断面の棒とも言えます。
標準厚さ、標準幅、標準長さ
| 値 | |
| 平鋼の標準厚さ （単位：mm） | (3) 4.5 6 8 9 12 16 19 22 25 28 32 36 40 45 |
| 平鋼の標準幅 （単位：mm） | (9) (13) (16) (19) (22) 25 32 38 44 50 65 75 90 100 125 150 180 200 230 250 280 300 350 400 450 500 |
上記、（）付きの寸法はJIS G3194にて規定されていませんが、一般に流通しているサイズです。
逆に、8mm厚のフラットバーはあまり流通していないので、指定する際は入手できるか確認しましょう。
許容差
かど落ち、横曲がり、平たん度について、JIS G3194に規定がありますので、ご参照ください。
SS400の熱処理
SS400は通常熱処理はしません。その理由は下記の通りです。
SS400の焼入れ、調質
炭素量がおおむね0.28％以上だと焼入れによって硬さや引張強度を増すことができます。
SS400には炭素量の規格がありませんが、通常は炭素量が0.15～0.2％、最高でも0.25％程度なので、焼入れしても硬さや引張強度が上がらず意味がないからです。
調質は、焼入れ後に焼戻しをして適切な硬さと高い靭性を得る処理ですが、SS400は焼入れをしないので、調質もしません。
SS400の浸炭焼入れ
浸炭焼入れ（はだ焼入れ）は、低炭素鋼を雰囲気炉などで表面に炭素を拡散させて、焼入れする処理です。
S10C～S20C、S09CK～S20CKなどの低炭素鋼で行う処理なので、SS400でも可能です。
SS400も現在はキルド鋼の場合が多いので、浸炭焼入れも問題なくできる場合も多いですが、成分が保証されていないので、品質のばらつきが多くなります。
リムド鋼の場合も有るので、脱酸が不十分で、浸炭する異常な組織になる場合があります。
よって、信頼性の必要な部品への浸炭焼入れは避けるべきです。
物理的性質（比重、密度等）
下記の値は必ずしもSS400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。
SS400の物理的性質
| 物理的性質 | 物性値 |
| 縦弾性係数（ヤング率）[GPa] | 205～206 |
| 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 |
SS400の類似材
SS400の類似材との使い分けについては下記のとおりです。
SS400とSGD400-Ｄ
みがき鋼棒（JIS G3123）で規定された、SGD400-Dは、機械部品を旋盤などで加工するときによく使われる鋼材です。
SS400とSGD400の違いについては、こちらの記事に詳しく書きましたのでご参照ください。
SS400とSPCC
SPCCは、冷間圧延鋼板及び鋼帯（JIS G3141）で規定された、プレス加工に使う材料として最もポピュラーな材料です。
SPCCは、冷間圧延ですが圧延後に焼鈍されるので軟質です。熱間圧延のSS400の方が強度が高くなっています。
3.2mm以下は、SPCC、これを超える厚さの場合はSS400が多く使用されます。
SS400とS45C
SS400とS-C材（機械構造用炭素鋼鋼材：JIS G4051）を比較するならS20Cあたりだと思いますが、S-C材の代表選手であり、使用量の多いS45Cとの使い分けについても触れておきます。
| SS400 | S45C | |
| 成分規定 | S,Pのみ規定 | 主要5元素（C Si Mn P S）を含む9元素について規定 |
| 炭素量 | 規定なし（通常0.2％前後） | 0.45％ |
| 引張強さ N/mm2 | 400～510 | 規定なし（570以上） |
| 製鋼法 | リムド鋼が使用される場合あり | キルド鋼 |
| 熱処理 | 通常行わない | 焼入れ・焼戻し（調質） 熱処理なしでも使用する |
| 溶接 | 可能 | 行わないほうが良い |
S45Cは成分規定が有り、偏析の少ないキルド鋼で作るので品質が安定していますが、SS400は品質の面で劣ります。
信頼性の必要な用途にはS45C、構造物や、負荷の少ない部品にはSS400が向いています。
S400の使い方と注意事項
最後にSS400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。
SS400の切削加工性
SS400は炭素量が低いため、ツールのもちは良く問題なく切削加工可能です。
但し、切粉が分断しにくいので、やや削りにくい面もあります。
SS400の塑性加工性
SS400は軟質なので曲げ加工は容易にできます。
SS400のフラットバーは曲げ加工性が良く、V字曲げ、U字曲げなど多用されています。
SS400黒皮材のめっき処理
SS400は熱間圧延なので基本的には黒皮（酸化皮膜）がついています。
このままめっき屋さんにだすと、塩酸で黒皮を落としてから処理することになり、表面はあまり綺麗になりません。
きれいにするには、
棒やフラットバーの場合はみがき（-D）を使う
ブロックの場合は黒皮を除去したものを買う
加工後にショットブラストなどで黒皮を落とす。
などの方法をとります。