SK材（SK3・SK5・SK7）とは？ 炭素工具鋼の特徴と用途をやさしく解説
「工具鋼といえばまずSK材」と言われるほど、SK材は炭素工具鋼の入門です。SKD11やSKH51のような合金工具鋼の前に、SK材の基礎を押さえておくと材料選択の全体像が見えてきます。この記事ではSK3・SK5・SK7の違いと用途、そして合金工具鋼との選び分けをやさしく解説します。
SK材の規格記号はどう読む？新旧対応
| 記号 | 意味 |
|---|---|
| S | Steel（鋼） |
| K | Kougu（工具）の頭文字 |
| 数字 | グレード（旧）/ 炭素量×100 相当（新） |
新旧記号の対応： SK3（旧）→ SK105（新、C：1.00〜1.10%）、SK5（旧）→ SK85（新、C：0.80〜0.90%）、SK7（旧）→ SK65（新、C：0.60〜0.70%）。現行 JIS G 4401（2000年改正）では新記号が正式ですが、現場では旧記号の SK3・SK5・SK7 がまだ多く使われています。数字が小さいほど（SK3）炭素量が多く、数字が大きいほど（SK7）炭素量が少ないという逆順が混乱しやすいポイント。
「炭素工具鋼」とは何か
ポイント
SK材は JIS G 4401 で規定される「炭素工具鋼」（Carbon Tool Steel）で、**炭素量のみで硬さを確保**した最もシンプルな工具鋼です。Cr・Mo・V などの合金元素を含まないため：
- コストが安い（SKD11 の 1/3 程度）
- 焼入れ性が低い——水焼入れが必須。空冷・油冷では硬度が出ません
- 焼入れ変形が大きい——精密金型には向かない
- 水や油に浸して急冷する必要がある——設備と技術が必要
- 硬さは高い——炭素量が多いため焼入れ後 HRC 60 超が容易
SK材グレード比較（主要グレード）
| 新記号 | 旧記号 | 炭素量 (C%) | 焼入れ後硬さ | 靱性 | 主な用途 |
|---|---|---|---|---|---|
| SK140 | — | 1.30〜1.50 | HRC 62〜65 | 低 | 精密ゲージ・ノギス |
| SK120 | SK2 | 1.15〜1.25 | HRC 62〜64 | 低〜中低 | ドリル・タップ・リーマー |
| SK105 | SK3 | 1.00〜1.10 | HRC 60〜63 | 中低 | ヤスリ・スタンプ・彫刻刃 |
| SK85 | SK5 | 0.80〜0.90 | HRC 58〜62 | 中 | 木工鋸・包丁・ノコギリ刃 |
| SK75 | SK6 | 0.70〜0.80 | HRC 56〜60 | 中〜高 | 農工具・ハンマー刃 |
| SK65 | SK7 | 0.60〜0.70 | HRC 54〜58 | 高 | スプリング・タガネ・バネ鋼 |
炭素量と焼入れ後硬さ・靱性の関係
SK材が「水焼入れ必須」の理由
注意
SK材は Cr・Mo がないため、焼入れ性（奥深くまで硬化する能力）が低い。油冷や空冷では表面だけ硬くなり、内部は軟らかいままになります（層状硬化）。そのため **水焼入れで急速冷却** が必須です。ただし水焼入れは「焼き割れ」（急速冷却による内部応力で割れる）のリスクが高いため、焼戻し温度を適切に設定し、内部応力を緩和する必要があります。SK3（高炭素）ほど焼き割れリスクが高く、扱いが難しいです。
SK材 vs 合金工具鋼（SKD11）の比較
| 項目 | SK材（炭素工具鋼） | SKD11（合金工具鋼） |
|---|---|---|
| 化学成分 | C のみ（Cr・Mo・V なし） | C + Cr + Mo + V 複合 |
| 焼入れ性 | 低い（水焼入れが必須） | 高い（油冷・空冷可） |
| 焼入れ後硬さ | HRC 58〜63 | HRC 55〜65（グレード・焼戻し温度による） |
| 耐摩耗性 | 中（炭素量に依存） | 非常に高い（V・Mo が硬い炭化物を形成） |
| 焼入れ変形 | 大きい（焼き割れのリスク） | 小さい（焼き割れ性が低い） |
| コスト | 安価（基準値を 1 とすると） | 高価（3〜5倍程度） |
| 被削性（磨きやすさ） | 良好（炭素工具鋼は硬化状態でも研磨可） | 困難（硬い炭化物が多い） |
| 向く用途 | 単純形状の小型工具・ゲージ | 金型・複雑形状・精密工具 |
JIS・海外規格対応表
| JIS（新） | JIS（旧） | ASTM/SAE | EN | 用途域 |
|---|---|---|---|---|
| SK105 | SK3 | W1-10 | TC105 | 高硬度・ゲージ・彫刻 |
| SK85 | SK5 | W1-8 | TC85 | 汎用・木工工具 |
| SK65 | SK7 | W1-6 | TC65 | 高靱性・スプリング |
失敗事例：SK材選定と焼入れのトラブル
事例1：SK3 を油焼入れしたら硬度が出なかった
状況小型ゲージを SK3（旧）で製造。コスト削減のため水焼入れ設備を避け、油焼入れで処理した。ところが表面は HRC 60 以上硬いが、内部は HRC 40 程度と軟らかく、使用中に変形してしまった。
原因SK3 は焼入れ性が低く、油の冷却速度では奥深くまで硬化しません。表面の硬化層だけで内部は軟らかいままになり（層状硬化）、内部応力で変形が起きました。
対策水焼入れに変更。同時に焼き割れリスク低減のため焼戻し温度を 200°C 程度に設定。そのあと寸法安定性が確保されました。
事例2：SK105（高炭素）の焼き割れ
状況精密ゲージを SK105（旧 SK3）で製造。水焼入れ後、数個の部品に微小な割れが発生。焼戻し処理を入れても割れが消えず、不良率が 10% に達した。
原因SK105 は炭素量が 1% 超と非常に高く、水焼入れ時の急速冷却で内部に大きな応力が生じ、脆化して割れやすくなります。焼戻し温度が低かったため、内部応力が十分に緩和されていませんでした。
対策焼戻し温度を 150〜200°C に上げ、2〜3 回の焼戻しを施工。内部応力を十分に緩和。その後、焼き割れが発生しなくなりました。
用途別カード
ヤスリ・スタンプ・彫刻工具（SK105）
高炭素量で HRC 60 超の高硬度が得られる SK105 はヤスリ・精密スタンプ・彫刻刃に使われます。耐摩耗性が最優先。
木工鋸・ノコギリ刃・包丁（SK85）
靱性と硬さのバランスがよい SK85 は木工用鋸刃・ノコギリ・家庭用包丁に広く使われます。焼き割れリスクも比較的低い。
農工具・ハンマー刃・タガネ（SK75）
衝撃や曲げが加わるハンマー・農業用鍬刃・タガネなどは靱性が必要なため SK75 程度が選ばれます。
スプリング・板バネ（SK65）
弾性が最優先されるスプリング・板バネ・剣道竹刀の金具用途では SK65 が使われます。
SK材選定チェックリスト
チェックリスト：SK材か合金工具鋼か
- ☐ 単純形状の小型工具・ゲージ → SK85 か SK105
- ☐ コストが重要（予算が限定） → SK 材（SKD11 の 1/3 以下）
- ☐ 磨き・研磨作業が多い → SK 材（被削性が良好）
- ☐ 水焼入れ設備がある → SK 材の選択肢拡大
- ☐ 複雑形状・精密金型 → SKD11 以上
- ☐ 焼き割れリスクを最小化 → SKD11（焼き割れ性が低い）
- ☐ 油焼入れで完結したい → SKD11 か SKS（安定化ステンレス）
- ☐ 高靱性が重要（衝撃環境） → SK65 か高靱性合金鋼
まとめ：SK材で押さえておきたいこと
- SK材はJIS G 4401の炭素工具鋼で、炭素量のみで硬さを確保した最もシンプルな工具鋼です。
- 数字が小さい（SK3・新 SK105）ほど高炭素・高硬度で、数字が大きい（SK7・新 SK65）ほど低炭素・高靱性。
- 焼入れ性が低く水焼入れ必須——油焼入れでは硬度が出ず、焼き割れリスク（特に SK3）も高い。
- 合金工具鋼（SKD11等）に比べコストが安く被削性が良好ですが、精密金型・複雑形状には不向き。
- 「小型工具・ゲージで予算限定なら SK材、精密金型・長期耐久性重視なら SKD11」と覚えれば選定が明確。
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