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。

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。

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。

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。

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。