この記事では、SCM445で機械部品設計をする時に必要になる情報として、化学成分、機械的性質などJIS規格の内容を整理しました。
また、密度やヤング率などの物理的性質や、実際に設計する上で重要な注意事項などについてもできるだけまとめました。
SCM445とは
SCM445は、クロムモリブデン鋼の中では最も炭素量の多い鋼種です。
調質後硬さでHRC38程度が得られ、高強度が要求される部品に適します。
SCM445の関連規格
SCM445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、SCM445H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。
| 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：SCM445H 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：SCM445TK 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：SCM445HTK 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：SCM445RCH 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：SCM445WCH 線の機械的性質などを規定 |
SCM445の化学成分
JISで規定された、SCM445の化学成分は下記のとおりです。
- SCM445の化学成分[％]
| C | Si | Mn | P | S |
|---|---|---|---|---|
| 0.43 ～ 0.48 | 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 |
- SCM445Hの化学成分[％]
| C | Si | Mn | P | S |
|---|---|---|---|---|
| 0.42 ～ 0.49 | 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
SCM445の炭素当量は、以下のとおりです。
- SCM445：0.75～0.97
- SCM445H：0.73～1.01
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。
SCM445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。
SCM445の機械的性質
下記の機械的性質は、旧JISに乗っていた、SCM445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。
SCM445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 | 885以上 | 1030以上 | 12以上 | 40以上 | 39以上 | 302～363 |
SCM445の熱処理（焼入れ・調質）
SCM445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。
SCM445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 |
SCM445の物理的性質
下記の値は必ずしもSCM445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。
SCM445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 |
SCM445の使い方と注意事項
最後にSCM445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。
SCM445は怖い？
炭素鋼はS45C（C0.45%）が主流なのに、同じ炭素量のSCM445は人気がなくて、クロモリの主流はSCM435になっています。
その一つの理由は、SCM445がトラブルの可能性が高くなる材料だからです。
表面処理時の酸や使用中の腐食などによる水素が、鋼材中に侵入して破壊を起こす現象である、遅れ破壊によって、突然、破壊してしまう可能性が高くなるのです。
正しくは、SCM445が怖いのではなくて、硬いのが怖いのです。だいたい、HRC30以上の硬さだとリスクが増えてきます。
SCM445でも焼戻し温度を上げて硬さを下げてやれば、このリスクは減ります。
でも、硬さを下げるのならば、SCM445の高強度のメリットが失われるので、それならSCM435にしよう！となるわけです。
また、SCM445は焼入れ性がとても良いので、中心部までしっかり焼きが入ります。
中心部まで焼きが入った方が強度は上がりますが、表面に引っ張りの残留応力が強くでるようになるので、疲労破壊には不利になってきます。
SCM445を使う場合は、上記のようなリスクをよく考慮した方が良いです。
