S45Cとは？性質・硬さ・熱処理・用途をやさしく解説

S45Cは「焼入れができる汎用鋼」として機械部品に広く使われるが、断面が大きくなると途端に限界が出る。φ30mmのシャフトなら問題なく硬化できても、φ60mmになると芯部は焼が入らず20HRC台のまま、という状態になる。どこまでS45Cで対応でき、どこからSCM440に切り替えるべきか。炭素量と焼入れ性の関係から整理する。

記号の読み方

JIS G 4051「機械構造用炭素鋼鋼材」で規定。「S」はSteel、「45」は炭素量の100倍（≒0.45%C）、「C」はCarbon。炭素量0.42〜0.48%と規定されているのがSS400との決定的な違いで、この炭素量があるから焼入れで硬化できる。

化学成分（JIS G 4051）

C（炭素）	Si（珪素）	Mn（マンガン）	P（リン）	S（硫黄）
0.42〜0.48%	0.15〜0.35%	0.60〜0.90%	0.030%以下	0.035%以下

熱処理状態別の機械的性質

実用での使い方： 焼入れのまま（55〜60HRC）では脆くて実用にならない。焼戻しを加えて30〜45HRCの範囲に落とすのが通常。表面だけ硬くしたい場合は高周波焼入れ（50〜58HRC）を使う。

状態	硬さ	引張強さ（N/mm²）	耐力（N/mm²）	伸び（%）
焼なまし（規格値）	≦229HBW	≧690	≧490	≧17
焼入れ・焼戻し（目安）	30〜45HRC	900〜1,200	750〜1,050	12〜20
高周波焼入れ後（表面のみ）	50〜58HRC	—	—	—

焼戻し温度と硬さの変化

S45Cの焼入れ性の限界——断面が大きくなると芯まで硬化しない

S45CにはCr・Moが入っていない。これらの合金元素は「焼入れ性」——断面の奥深くまで硬化させる能力——を高める役割を持つ。S45Cはそれを持たないため、断面が大きくなると水・油で冷やしても熱が中心まで届かず、表層だけ硬化して芯部は20HRC台のまま残る。

断面径の目安：
φ30mm以下 → S45C全断面焼入れ可能
φ30〜50mm → 表層は硬化、芯部は低下傾向。用途次第で可否を判断
φ50mm超 → 芯部の硬化が不十分になるケースが多い。SCM440への切り替えを検討
※ 形状・焼入れ液・設備条件によって変わるため、実機確認が必要

他材料との比較

鋼材	炭素量	焼入れ性	特徴	主な用途
SS400	規定なし	保証なし	最安価・溶接性保証なし	フレーム・架台
S20C	0.18〜0.23%	低い	浸炭向け。そのままでは焼入れ効果薄い	浸炭部品・軸類
S45C	0.42〜0.48%	中（小断面向け）	汎用機械部品の定番。φ50mm超は要注意	軸・歯車・治具
S55C	0.52〜0.58%	中〜高	S45Cより高強度・靱性はやや低下	プレス金型台
SCM440	0.38〜0.43%	高い（大断面可）	大断面でも全断面焼入れ可。衝撃に強い	大型軸・高強度ボルト

JIS・海外規格対応表

JIS（日本）	ASTM（米国）	EN（欧州）	GB（中国）	ISO
S45C	1045	C45E	45	C45

トラブル事例

φ60mmシャフトをS45Cで焼入れしたら芯部が軟らかかった

状況搬送装置の駆動シャフト（φ60mm・長さ800mm）をS45Cで製作し全体焼入れ焼戻しを実施。硬さ確認で表面は42HRCだったが、断面中心部は22HRC程度しかなかった。荷重がかかる部位が軟らかいまま稼働してしまい、早期に変形が生じた。

原因S45CはCr・Moを含まないため焼入れ性が低い。φ60mmになると油冷でも中心部の冷却速度が不十分で、マルテンサイト変態が起きずに軟化したまま残った。小断面では問題が出なかったため、設計者がφ60mmでも同じと思い込んでいた。

対策SCM440に変更。Cr・Mo添加で焼入れ性が高く、φ60mmでも全断面35HRC以上を確保できた。以降、φ50mm超のシャフトにはSCM材を使う設計ルールを社内で明文化した。

S45Cを溶接したら溶接部に割れが出た

状況機械フレームの一部にS45C丸棒を組み込んでアーク溶接。溶接後に冷えてから検査すると、ビード近傍のHAZ（熱影響部）に亀裂が入っていた。溶接条件はSS400と同じにしていた。

原因S45CはC量0.45%で炭素当量（Ceq）が約0.55程度になる。Ceq≧0.44を超えると予熱なし溶接で低温割れのリスクが上がる。SS400と同じ感覚で扱うと割れる材料だ。

対策溶接前に100〜150℃の予熱を実施。溶接後も徐冷（ゆっくり冷やす）して残留応力を緩和した。そもそもS45Cを溶接する設計自体を見直し、溶接部位の材料をSM400に変更した。S45Cに溶接が必要な場合は予熱必須と覚えておく。

用途別カード

軸・シャフト類（φ50mm以下）

モーター軸・伝動軸など。φ50mm以下なら全断面焼入れできる。それを超えるならSCM440を選ぶ。高周波焼入れで表面だけ硬くする方法もあり、軸受け座の部分だけ局所硬化できる。

歯車・スプロケット

中程度の荷重がかかる歯車。高周波焼入れで歯面のみを硬化（50〜58HRC）させ、歯の根元は靱性を保つ構造にできる。重荷重・衝撃が大きい歯車ではSCM材＋浸炭焼入れが一般的。

金型のダイセット・ホルダー

SKD11・SKD61などの入子を保持する台座部分。高硬度は不要で剛性と適度な強度があれば十分。S45Cの焼入れ焼戻しで対応できる用途だ。

治具・検査フィクスチャー

寸法精度が必要な検査治具・加工治具。必要な部位だけ高周波焼入れして硬くし、残りは靱性を保つ作り方が多い。

ボルト・ナット（強度区分8.8〜10.9）

強度区分8.8〜10.9クラスのボルトはS45C系を焼入れ焼戻しして製造する。頭部やネジ部の形状が複雑なため、焼入れ後に割れが出やすい材料は使えない。

選定チェックリスト

S45CかSCM440か——迷ったときの判断

☐ 軸径φ50mm以下・全断面焼入れ必要 → S45Cで可
☐ 軸径φ50mm超・全断面焼入れ必要 → SCM440
☐ 表面のみ硬くしたい（高周波焼入れ） → S45Cで可（断面径問わず）
☐ 溶接が必要 → S45Cは予熱必須。設計を見直してSM400を使う方が安全
☐ 浸炭焼入れで表面硬化 → S45CはC量が高すぎ。S15C〜S20Cを使う
☐ コスト重視・強度保証不要な構造 → SS400
☐ 衝撃荷重が大きい・高強度 → SCM440かSNCM材

S45Cを使うときの判断基準

C量0.42〜0.48%が規定されているから焼入れで硬化できる。SS400と違い「炭素量保証あり」が最大の強み。
焼入れ性は低く、断面が大きくなると芯部が硬化しない。φ50mm超のシャフトで全断面硬さが必要ならSCM440に切り替える。
C量が高いので溶接には向かない。予熱なしで溶接すると低温割れが出るリスクがある。溶接前提の設計ではS45Cを選ばない。