FC200・FC250・FC300の違いと使い分け｜ねずみ鋳鉄のグレード選定ガイド

鉄鋼材料

「とりあえずFC200」という選定は、コストと流通量の観点では合理的に見えるが、使用条件によっては強度不足で割れを起こすリスクを抱えている。ねずみ鋳鉄（FC）のグレードは引張強さで分類されており、FC200・FC250・FC300の選定境界を数値で理解しておくことが実務上の基本となる。この記事ではグレード別の特性と、壁厚・肉厚との関係、選定ミスが起きやすい典型パターンを整理する。

ねずみ鋳鉄（FC）の特徴：黒鉛の形状が性質を決める

ねずみ鋳鉄はC（炭素）が「フレーク状（薄片状）」の黒鉛として析出した鋳鉄だ。この黒鉛フレークが振動エネルギーを吸収するため振動減衰性に優れ、被削性も良好。一方で、フレーク黒鉛は応力集中源となるため引張強さ・延性・靭性が低い。衝撃荷重には弱い。

FC材の読み方「FC」はFerritic Cast iron（フェライト地のねずみ鋳鉄）ではなく、JIS G 5501の規格記号。数字は引張強さの下限値（N/mm² = MPa）を示す。FC200なら引張強さ200MPa以上が保証される。

FC各グレードの引張強さと用途

グレード引張強さ（MPa以上）硬さ目安主な用途
FC150150163〜229HBWカバー類・非構造部品・装飾品
FC200200163〜229HBW工作機械ベッド・ポンプハウジング・汎用
FC250250180〜255HBWシリンダーブロック・クランクケース・中負荷機械
FC300300196〜269HBW工作機械主軸台・ブレーキドラム・高負荷機械
FC350350212〜269HBW特殊高強度部品（流通少ない）

FC200が「汎用グレード」とされる理由

FC200は国内での流通量が最も多く、コストと鋳造性のバランスが良い。工作機械のベッド・フレーム・カバー類から一般機械部品まで幅広く使われる。ただし「汎用」という言葉が独り歩きし、負荷条件を検討せずにFC200を指定するケースも多い。引張強さ200MPa・曲げ強さ約370MPa・圧縮強さ約700MPaが設計上限となる。

FC250・FC300が必要な条件

FC250以上が必要なケースは以下の条件が目安となる。

FC250以上を選ぶべき条件：内圧・油圧がかかる部位（シリンダー・ポンプ本体）、繰り返し曲げ・ねじり荷重がかかる部位、肉厚が15mm以上あり高強度成分が期待できる部位、引張応力が130MPaを超える計算値が出た部位

FC300はブレーキドラムのような摩耗・熱・制動力が同時にかかる部品に使われる。摩耗に対してはFC300の硬さ（196〜269HBW）がFC200（163〜229HBW）より有利で、繰り返し荷重への疲労限度も高い。

壁厚と強度の関係：薄肉だと白鋳鉄化する

ねずみ鋳鉄の鋳造では、肉厚が薄いほど冷却速度が速くなり、炭素がフレーク黒鉛として析出せずにセメンタイト（Fe₃C）として残留する「白鋳鉄化」が起きやすくなる。白鋳鉄は非常に硬く（600HBW以上）脆いため、機械加工が困難で、衝撃で割れやすい。

肉厚（mm）白鋳鉄化リスク対応策
〜5mm高いFCDへの変更を検討・黒鉛化焼鈍
5〜10mm中程度成分調整（Si増量）・低温鋳造
10mm以上低い通常の管理で問題なし

薄肉部品（壁厚5mm以下）でFCの強度グレードを上げても、白鋳鉄化リスクが高まるだけで強度向上効果が得られない。薄肉・複雑形状ではFCD（ダクタイル鋳鉄）やアルミ合金への材質変更が有効な解決策となる。

FC200が足りる場面 vs FC250以上が必要な場面

FC200で十分な場面FC250以上が必要な場面
静的・均一荷重のカバー・筐体内圧・油圧がかかる（2MPa超のポンプ等）
振動減衰性を重視する工作機械ベッド繰り返し荷重・疲労が問題になる部位
引張応力が100MPa未満の部品引張応力が130MPaを超える計算結果が出た部品
肉厚20mm以上で複雑形状の鋳造品肉厚が均一で成分管理しやすい単純形状
コスト優先でよい非重要部品安全率2.0以上を確保する必要がある重要保安部品

トラブル事例

FC200製ポンプハウジングが内圧で割れた
状況工業用ポンプのハウジングをFC200で製作。通常運転時の吐出圧力は1.5MPaで設計審査を通過していた。しかし使用開始から約1年後、ウォーターハンマー（液撃）によって一時的に3MPa超の圧力スパイクが発生した際にハウジングが割れた。
原因FC200の引張強さは200MPa、圧縮強さは約700MPaだが、引張方向の衝撃荷重（内圧による引張応力）には弱い。ウォーターハンマーによる動的圧力がFC200の引張強さを超え、脆性破壊が起きた。静的圧力1.5MPaの設計値は満たしていたが、動的荷重（衝撃・急閉弁）に対するマージンが不足していた。
対策内圧がかかるポンプハウジングには引張強さ250MPa以上のFC250を使用する。急閉弁が発生しうる配管系ではFC250でも不足する場合があり、FCD400（延性あり）への材質変更を検討する。設計段階でウォーターハンマー圧力（最大圧力×1.5〜2倍の動的係数）を考慮した安全率を設定する。

まとめ

  • FCの数字は引張強さの下限値（MPa）——FC200は200MPa以上、FC250は250MPa以上
  • FC200は汎用グレードだが「とりあえずFC200」は内圧・衝撃荷重がかかる部位では危険
  • 引張応力が130MPaを超える、または内圧2MPa超の部位はFC250を選ぶ
  • ブレーキドラム・主軸台など摩耗+荷重の部位にはFC300が適する
  • 壁厚5mm以下の薄肉部品でFCのグレードを上げても白鋳鉄化リスクが増すだけで効果は薄い——FCDへの変更を検討する
  • 衝撃荷重がある部位はFCよりFCD（ダクタイル鋳鉄）を検討する

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