SCM435を使って機械部品の設計をするために必要な情報をまとめました。
化学成分や機械的性質、熱処理や物理的性質など、JIS規格の要点を整理しました。
SCM435とは
SCM435はクロームモリブデン鋼であり、機械部品に使用する高級な鋼の代表格です。
熱処理によって強度と靭性の高い特性を容易に得ることができるので、強度の必要な機械部品に広く適用されています。
SCM435は、H鋼（SCM435H）の流通量が多くなっています。H鋼は焼入れ性が保証されているので、安定した品質の調質部品が得られます。
SCM435の関連規格
SCM435は下記のJIS規格で規定されています。
焼入性保証の材質である、SCM435Hが主流となっており、棒、管についてそれぞれ規格があります。
H鋼では、冷却速度と硬さの関係を示す、ジョミニー式一端焼入れ方法による焼入れ性曲線（Hバンド）が規定されています。オーステナイト結晶粒度が小さすぎると焼入れ性が悪くなるため、その下限が規定されています。
| 規格番号 | 規格名称 | 概要 |
|---|---|---|
| JIS G4053 | 機械構造用合金鋼鋼材 | 成分、寸法などを規定 |
| JIS G4052 | 記号：SCM435H 焼入性を保証した構造用鋼鋼材（H鋼） | 焼入れ性、オーステナイト結晶粒度などを規定 |
| JIS G3441 | 機械構造用合金鋼鋼管 | 記号：SCM435TK 鋼管の成分、寸法などを規定 |
| JIS G3479 | 焼入性を保証した機械構造用鋼管 | 記号：SCM435HTK 鋼管の焼入れ性、オーステナイト結晶粒度などを規定 |
| JISG3509-1 | 冷間圧造用合金鋼－第１部 線材 | 記号：SCM435RCH 線材の成分などについて規定 |
| JISG3509-2 | 冷間圧造用合金鋼－第２部：線 | 記号：SCM435WCH 線の機械的性質などを規定 |
SCM435の化学成分
JISで規定された、SCM435の化学成分は下記のとおりです。
- SCM435の化学成分[％]
| C | Si | Mn | P | S |
|---|---|---|---|---|
| 0.33 ～ 0.38 | 0.15 ～ 0.35 | 0.60 ～ 0.90 | ≦ 0.030 | ≦ 0.030 |
| Ni | Cr | Mo | Cu |
|---|---|---|---|
| ≦ 0.25 | 0.90 ～ 1.20 | 0.15 ～ 0.30 | ≦ 0.30 |
SCM435Hでは、焼入れ性が確保できれば良いとの趣旨から、製造者が成分を自由に調整できる範囲広いほうが良いので、炭素や合金元素の成分規定範囲がSCM435よりも幅広くなっています。
- SCM435Hの化学成分[％]
| C | Si | Mn | P | S |
|---|---|---|---|---|
| 0.32 ～ 0.39 | 0.15 ～ 0.35 | 0.55 ～ 0.95 | ≦ 0.030 | ≦ 0.030 |
| Ni | Cr | Mo | Cu |
|---|---|---|---|
| ≦ 0.25 | 0.85 ～ 1.25 | 0.15 ～ 0.35 | ≦ 0.30 |
炭素当量
SCM435の炭素当量は、以下のとおりです。
- SCM435：0.65～0.87
- SCM435H：0.63～0.91
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。
SCM435では溶接によって焼入れが入り熱影響部が硬化しますので、溶接には向きません。どうしても溶接したい場合は、溶接後の熱処理が必要となります。
SCM435の機械的性質
下記の機械的性質は、旧JISに乗っていた、SCM435の参考値です。熱処理条件や質量効果などにより大きく変化しますので、あくまで参考に留めてください。
SCM435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 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 焼入れ焼戻し | 785以上 | 930以上 | 15以上 | 50以上 | 78以上 | 269～331 |
SCM435の熱処理（焼入れ・調質）
SCM435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。
SCM435の熱処理条件
| 焼ならし | 焼なまし | 焼入れ | 焼戻し |
|---|---|---|---|
| ー | ー | 830～880℃油冷 | 530～630℃空冷 |
ー
SCM435の物理的性質
下記の値は必ずしもSCM435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。
SCM435の物理的性質
| 物理的性質 | 物性値 |
|---|---|
| 縦弾性係数（ヤング率）[GPa] | 210～214 |
| 横弾性係数[GPa] | 82～83 |
| ポアソン比（常温） | 0.28～0.29 |
| 密度[g/cm3] | 7.81～7.82 |
| 比重 | 7.81～7.82 |
SCM435の使い方と注意事項
最後にSCM435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。
クロモリは強いか
広告の宣伝文句に、「クロムモリブデン鋼採用」と謳われていたり、クロモリという名称は一般の人にも浸透しています。
例えば自転車のフレームが、「クロモリフレーム」だったりすると、高級品のイメージを持つ人が多いのではないでしょうか。
ということで、クロモリなら強度があって高耐久！なんて思ってしまいますが、機械設計者ならばそれでは不十分です。
強いというのは、下記の意味が混同した言葉です。
- 引張強さが高い
- 降伏応力が高い
- 衝撃値（靭性）が高い
このうち、引張強さは、硬さで決まり、鋼種による差はほとんど有りません。炭素鋼も合金鋼も同じ硬さになるように熱処理すれば、引張強度はほぼ同じで、クロモリだから強いということは有りません。
降伏応力や衝撃値は、焼入れが完全か（マルテンサイト比率が高いか）で決まり、よく焼きが入れば降伏点や衝撃値は高くなります。
焼入れ後の最高硬さは、ほぼ炭素量で決まり、その最高硬さ付近までしっかり焼きを入れてから焼戻しすることが重要です。そうすれば、炭素鋼と合金鋼の降伏応力や衝撃値に大きな違いは有りません。
ということで、クロモリという材料自体が強いわけでは無いんです。
しかし、実際の品物では、やっぱりクロモリは強くなります。
それは、クロモリは焼入れ性が良く、容易に完全な焼入れができるからです。
同じ硬さなら引張強度は変わりませんが、完全な焼入れをして焼入れ後の硬さを高くしてから焼き戻したものは、降伏応力や衝撃値が高くなります。
材質は部品の大きさによって決める
焼入れ性が良いということは、大きな部品でも焼きが深く入るということです。（質量効果）
なので、小さな部品にクロモリ鋼を使う意味は乏しく、より安価な炭素鋼などを選ぶべきです。
H鋼と○H鋼
H鋼といえば焼入れ性保証ですが、○H鋼（Hを○で囲んだ記号）というのも流通しています。
これは、JISの表記ではありませんが一部で通用するようです。
調質鋼であり、予め焼入れ焼戻しして、切削加工できる程度の硬さに仕上げた材料です。
プリハードゥン鋼とも言い、切削加工後熱処理無しで使うことができます。
