# 鋼材の選定ガイド | 1045 4140 4340 D2 H13 比較

> CNC加工用鋼材の実用的な選定ガイド：1045、4140、4340、D2、H13、420ステンレス — 決定表、熱処理結果、コスト比較、よくあるミス。

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## On This Page

- どの鋼材が必要ですか？
- 鋼材データ一覧
- 熱処理結果
- 4140 vs 4340 — いつアップグレードするか
- 工具鋼：D2 vs H13
- 調達のポイント
- よくあるミス

# 鋼材
鋼は機械加工部品の主軸です。しかし「鋼」という言葉はグレードなしでは意味を持ちません — 1045とD2の挙動は全く異なります。このページでは、正しいグレードの選択、適切な熱処理の指定方法、および達成不可能な硬度を指定して無駄な出費をするのを防ぐ方法を解説します。
## どの鋼材が必要ですか？
まずここから。回答により材料費、加工時間、熱処理の必要性が決まります。
|  状況 |  これを使う |  理由
|  一般シャフト、ピン、ブラケット |  1045 |  最も安価な炭素鋼。大部分の非クリティカル部品に対応。調質で25〜35 HRC。
|  ギア、アクスル、高荷重部品 |  4140 |  汎用合金鋼。優れた焼入性、良好な加工性。調質で28〜38 HRC。
|  高強度構造部品 |  4340 |  4140より焼入性が高い。4140が必要なコア硬度に達しない場合に使用。40〜50 HRC。
|  切削工具、パンチ、金型 |  D2 |  高炭素高クロム冷間工具鋼。58〜62 HRC。耐摩耗性が高いが脆い。
|  ダイカスト金型、鍛造金型 |  H13 |  熱間工具鋼。500°C以上で硬度を保持。44〜52 HRC。
|  耐食性 + 硬度 |  420 ステンレス |  焼入れ可能なマルテンサイト系ステンレス。40〜50 HRC。手術器具、ポンプシャフト。
|  溶接組立品 |  1045 または 4140 |  4140は予熱が必要（200°C+）。D2とH13は溶接不可。
|  予算最優先 |  1045 |  最も安価な鋼。最速の加工。最も幅広い供給。

## 鋼材データ一覧

|  特性 |  1045 |  4140 |  4340 |  D2 |  H13 |  420 SS
|  分類 |  炭素鋼 |  合金鋼 |  合金鋼 (NiCrMo) |  冷間工具鋼 (高Cr) |  熱間工具鋼 |  マルテンサイト系SS
|  引張強さ (MPa) |  585 (焼鈍) |  655 (焼鈍) |  745 (焼鈍) |  — |  — |  655 (焼鈍)
|  焼入性 |  低 |  中 |  高 |  非常に高 |  高 |  中
|  最大 HRC (調質) |  35 |  38 (油冷) |  50 (油冷) |  62 (油/空冷) |  52 (空冷) |  50 (空/油冷)
|  冷却媒体 |  水 |  油 |  油 |  油 / 空気 |  空気 |  空気 / 油
|  加工性 |  良 |  良 |  普通 |  不良 (熱処理前) |  普通 |  普通
|  溶接性 |  可 |  予熱必要 |  予熱必要 |  不可 |  不可 |  予熱必要
|  密度 (g/cm³) |  7.85 |  7.85 |  7.85 |  7.70 |  7.80 |  7.80
|  相対コスト |  1.0x |  1.3–1.8x |  1.5–2.0x |  3–5x |  3–5x |  2–3x

## 熱処理結果
熱処理なしの鋼はただの鋼です。大部分の機械加工部品には何らかの調質が必要です。以下の表が期待される結果を示します。
|  鋼材 |  焼入れ |  焼戻し (°C) |  硬度 (HRC) |  硬度 (HB) |  用途
|  1045 |  水 |  400–550 |  25–35 |  255–320 |  シャフト、ピン、ブラケット
|  4140 |  油 |  400–600 |  28–38 |  270–350 |  ギア、アクスル、カップリング
|  4340 |  油 |  200–430 |  40–50 |  380–480 |  高強度ボルト、シャフト
|  D2 |  油 / 空気 |  200–300 |  58–62 |  — |  切削工具、成形金型
|  H13 |  空気 |  500–600 |  44–52 |  — |  ダイカスト金型、熱間鍛造
|  420 SS |  空気 / 油 |  200–400 |  40–50 |  — |  手術器具、バルブステム
焼入性の罠 1045は水焼入れしますが、小断面（<20mm）でのみ焼きが入ります。太い部品のコアは柔らかいまま。50mmシャフト全体で35 HRCが必要な場合、1045ではなく4140（油焼入れ）が必要。これが最も一般的な鋼材選択のミスです。
## 4140 vs 4340 — いつアップグレードするか
4140は合金鋼用途の80%に対応します。しかし4340はニッケルを含み、より深い焼入性と高硬度での優れた靭性を持ちます。
|  要件 |  選択 |  理由
|  一般ギア/シャフト（ほとんどのケース） |  4140 |  安価、十分、在庫豊富
|  大断面（>50mm）で高いコア硬度が必要 |  4340 |  ニッケルがより深い焼入性を付与
|  45+ HRCで衝撃靭性が必要 |  4340 |  ノッチ靭性が有意に優秀
|  コスト重視 |  4140 |  4340より20〜30%安価

## 工具鋼：D2 vs H13
D2とH13はどちらも高価で耐摩耗性が高いですが、全く異なる用途に使用されます。
|  特性 |  D2 |  H13
|  種類 |  冷間工具鋼 |  熱間工具鋼
|  硬度 |  58〜62 HRC |  44〜52 HRC
|  耐摩耗性 |  優秀（高Cr） |  良
|  靭性 |  低（脆い） |  良
|  赤熱硬度 |  不良（>300°Cで軟化） |  優秀（500°C+で保持）
|  加工性（焼鈍） |  不良（研磨性炭化物） |  普通
|  用途 |  抜き金型、パンチ、せん断刃 |  ダイカスト金型、鍛造金型、押出
D2を衝撃荷重部品に使用しないこと 60 HRCのD2は硬いが脆い。衝撃荷重でチッピングや割れが発生。工具に衝撃荷重がかかる場合はA2またはS7を使用。D2はすべり摩耗用であり衝撃用ではありません。
## 調達のポイント

|  ポイント |  詳細
|  状態を明記 |  「4140」は不完全。「4140焼鈍」（加工後熱処理）または「4140調質30〜35 HRC」（前処理済み）と明記。前処理済みは時間短縮だが加工が難しい。
|  MTRを要求 |  重要部品には材料試験報告書を要求。化学成分が仕様に一致するか確認。
|  中国産工具鋼 |  国内4140は通常良好（45CrMo4相当）。D2とH13は品質にばらつき — サプライヤー確認必須。工具鋼は輸入品（Bohler、Uddeholm）が安定している。
|  加工あり vs 前処理 |  大量加工が必要なら焼鈍材、加工後に熱処理。形状が単純で研削のみなら調質材。調質材の加工効率は2〜3倍低い。
|  サイズ在庫 |  1045と4140は全サイズ。D2とH13は標準板/棒サイズに限られ、非標準サイズは納期に余裕が必要。

## よくあるミス

|  ミス |  結果 |  正しい方法
|  肉厚部品に1045を指定して焼きが入らない |  コアが柔らかいまま、使用中に破損 |  断面>20mmには4140または4340
|  4140に60 HRCを指定 |  達成不可能 — 最大約38 HRC |  60 HRCにはD2が必要、4140ではない
|  D2を水焼入れ |  割れ。D2は油冷または空冷のみ。 |  各グレードの冷却媒体に従う
|  衝撃工具にD2を使用 |  衝撃でチッピングと割れ |  衝撃用途にはS7またはA2
|  4140を予熱なしで溶接 |  焼入性によりHAZが割れ |  溶接前に最低200〜250°Cに予熱
|  熱処理後に研削代を残さない |  焼入れ歪みで公差オーバー |  クリティカル面に0.2〜0.5mmの研削代を残す
|  複雑部品に調質材を指定 |  工具摩耗3倍、工数2倍 |  焼鈍材を指定、加工後に熱処理