先に結論
- SS400（汎用構造鋼）：フレーム・板材・ブラケット
- S45C（機械構造用炭素鋼）：シャフト・治具・一般機械部品
- SCM435（クロムモリブデン鋼）：高強度ボルト・ギア・スタッドボルト
- SKD11（ダイス鋼（工具鋼））：プレス金型・抜き型・ゲージ
この記事を書いている会社
有限会社アルプス（東京都荒川区）は、1993年に自動車用の特殊工具の設計・開発から始まった機械工具の商社です。金属加工品の製作も手がけています。
- この記事の立場
- お客様の図面を預かり、協力工場で加工品を製作する側から書いています。
- 加工
- 国内（新潟三条が中心）と中国・上海の協力工場が受け持ちます。
- 窓口
- 材料のご相談から出荷まで、当社ひとつです。
材料選定で「とりあえずS45C」が起きる理由
機械設計の現場では、「S45Cを使っておけばとりあえず大丈夫」という判断がよく見られます。汎用性が高く、加工もしやすいS45Cは確かに優れた選択肢ですが、強度が足りずにトラブルになるケースと、オーバースペックでコストが膨らむケースの両方が起きています。
鋼材の選定は「材料の強度・硬さ・加工性・熱処理対応・コスト」の5軸で考えるのが基本です。このコラムでは代表的な4種類の鋼材を例に、どう使い分けるかを整理します。
代表4鋼材の特性と使いどころ
SS400
一般構造用圧延鋼材
引張強さ：400〜510 N/mm²（最低保証値400）
炭素含有量：規定なし（一般に0.25%以下）
熱処理：原則不可（焼き入れ効果なし）
溶接性：◎ 良好（最も溶接しやすい）
材料コスト：◎ 最安（入手性も最高）
主な形状：板材・Hビーム・アングル・チャンネル
使いどころ：フレーム・架台／ブラケット／カバー・板金／溶接構造物／強度が不要な部位
S45C
機械構造用炭素鋼
引張強さ：690〜850 N/mm²（焼き入れ焼き戻し後）
炭素含有量：0.42〜0.48%（中炭素鋼）
熱処理：○ 焼き入れ可（HRC55程度まで）
溶接性：△ 予熱が必要（割れリスクあり）
材料コスト：○ 安価（最も入手しやすい丸棒）
主な形状：丸棒・角棒・六角棒・板材
使いどころ：シャフト・軸類／治具・ゲージ／ピン・ボルト（低強度用）／一般機械部品／キー・スプライン
SCM435
クロムモリブデン鋼
引張強さ：930〜1130 N/mm²（焼き入れ焼き戻し後）
合金成分：Cr：0.9〜1.2% Mo：0.15〜0.30%
熱処理：◎ 焼き入れ性に優れる（大径材でも均一硬化）
溶接性：△ 予熱・後熱管理が必要
材料コスト：△ S45Cの約1.5〜2倍
主な形状：丸棒・六角棒（ボルト用）
使いどころ：高強度ボルト（12.9級相当）／ギア・スタッドボルト／クランクシャフト／高負荷シャフト／大径焼き入れ部品
SKD11
冷間ダイス鋼
硬さ（焼き入れ後）：HRC58〜62（高硬度・高耐摩耗）
主な合金成分：C：1.4〜1.6% Cr：11〜13%
熱処理：◎ 空冷焼き入れ（変寸が少ない）
耐摩耗性：◎ 抜群（プレス・打ち抜きに最適）
材料コスト：✕ S45Cの5〜10倍
主な形状：板材・角棒・丸棒（金型用途が主）
使いどころ：プレス金型（パンチ・ダイ）／抜き型・切断型／ゲージ・測定工具／高耐摩耗治具／ワイヤーカット加工品
強度・硬さの比較
| 鋼材 | 引張強さ（N/mm²） | 硬さ |
|---|---|---|
| SS400 | 400 | － |
| S45C | 〜750 | － |
| SCM435 | 〜1030 | － |
| SKD11 | －（硬さで表記） | HRC60 |
代表4鋼材の引張強さと硬さ（焼き入れ焼き戻し後の代表値）
SKD11についての補足
SKD11は「引張強さ」より「硬さ（HRC）」で評価されます。工具鋼は靭性と耐摩耗性の設計ですので、SS400〜SCM435とは用途の次元が異なります。金型・ゲージ以外に使う必要はほとんどありません。
4鋼材の詳細比較表
| 比較項目 | SS400 | S45C | SCM435 | SKD11 |
|---|---|---|---|---|
| JIS規格 | G 3101 | G 4051 | G 4105 | G 4404 |
| 引張強さ（目安） | 400〜510 N/mm² | 690〜850 N/mm² | 930〜1130 N/mm² | 硬さで管理 HRC58〜62 |
| 焼き入れ対応 | ✕ 不可 | △ HRC55程度まで | ◎ 大径でも均一 | ◎ 空冷・変寸少 |
| 溶接性 | ◎ 最良 | △ 予熱必要 | △ 予熱・後熱必要 | ✕ 原則不可 |
| 切削加工性 | ◎ 容易 | ○ 良好 | △ やや難（工具選定） | ✕ 焼き入れ後は困難 |
| 耐摩耗性 | ✕ 低 | △ 中（表面硬化で改善） | ○ 中〜高 | ◎ 最高 |
| 靭性（割れにくさ） | ◎ 高 | ○ 高（調質後） | ◎ 高 | △ やや脆 |
| 材料コスト（丸棒φ50比較） | ◎ 最安 | ○ 安 | △ S45Cの1.5〜2倍 | ✕ S45Cの5〜10倍 |
| 水素脆化リスク（高強度時） | 低（強度低） | HRC≧40で要注意 | HRC≧40で高リスク | HRC60超で高リスク |
材料を選ぶ判断フロー
以下の3つの問いで、大半の部品の鋼材を絞り込めます。
QSTEP 1 その部品に強度・硬さが必要か？
ANo（強度不要・溶接構造・カバー・架台）→ SS400 で十分。最安・溶接性最良。
Yes（強度・硬さ・疲労強度が必要）→ STEP 2 へ
QSTEP 2 高強度（引張強さ 900 N/mm² 超 or HRC40超の焼き入れ）が必要か？
ANo（中程度の強度（シャフト・軸・治具等））→ S45C（調質材） が標準解。コスパ最良。
Yes（高負荷・高強度ボルト・大径部品）→ SCM435。水素脆化リスクに注意（脱水素処理）。
QSTEP 3 高耐摩耗性が必要か？（プレス金型・抜き型・精密ゲージ）
ANo（耐摩耗より靭性・コストを優先）→ SCM435 または S45C（焼き入れ）で対応。
Yes（金型・ゲージ・超高耐摩耗部品）→ SKD11（もしくはDC53・SKH51等）。ワイヤーカット加工前提。
設計現場でよくある選定ミス
① S45Cで高強度ボルトを作る
S45Cは焼き入れしてもHRC55程度が限界で、引張強さは850 N/mm²前後です。12.9級相当（引張強さ1220 N/mm²）のボルトはSCM435が必要です。S45Cで代用すると疲労破断の原因になります。
② SS400を強度部材に使う
SS400は「一般構造用」であり、強度規定の下限保証はありますが、成分（炭素量など）の規定がなく、同一ロット内でのばらつきも大きいです。精度・強度が求められる機械部品にはS45C以上を使うのが原則です。
③ SKD11を金型以外に流用する
SKD11は高価・加工困難・靭性が低く、強度部材への流用はコストと割れリスクを招きます。耐摩耗が必要な一般部品であれば、S45C＋高周波焼き入れ＋硬質クロムメッキの組み合わせで代替できるケースが多いです。
水素脆化に注意
SCM435やSKD11などHRC40超の高硬度材に電気亜鉛メッキ（ユニクロ・三価クロメート）を施す場合、メッキ後の脱水素処理（190〜230℃×8〜24時間）が必須です。処理を省略すると遅れ破壊（突然の脆性破断）が発生します。詳しくは当コラム「水素脆化とは？」を参照ください。
まとめ：鋼材選定の基本ルール
要点
- 強度不要・溶接・カバー類 → SS400（最安・溶接性◎）
- 一般機械部品・シャフト・治具 → S45C（汎用性・コスパ最良）
- 高強度ボルト・高負荷軸・大径部品 → SCM435（水素脆化対策必須）
- プレス金型・抜き型・精密ゲージ → SKD11（コスト高・加工難だが耐摩耗◎）
- HRC40超の部品にメッキ処理する場合は必ず脱水素処理を
本コラムは情報提供を目的としており、実際の設計・選定は個別の使用条件に合わせて専門家にご相談ください。
有限会社アルプスでは、材質指定の段階からご相談を承ります。「S45CとSCM435のどちらを選ぶべきか」「表面処理との組み合わせ」など、加工業者・メッキ業者と連携した最適提案が可能です。お気軽にお問い合わせください。
