シャフト、ピン、カラー、治具のベースプレートなど、機械設計では図面に「S45C」と記載する機会が多くあります。一方、硬さを指定したところ加工先から対応が難しいと言われたり、溶接構造に使ってよいか迷ったりすることもあるでしょう。
S45Cを理解するうえで重要なのは、熱処理によって強度や硬さを調整できる炭素鋼である一方、その性能は材料名だけでは決まらないという点です。素材寸法、供給状態、部品形状、冷却方法、焼戻し条件などによって、得られる硬さや強度は変わります。
この記事では、S45Cの規格上の位置づけ、化学成分、熱処理、加工上の注意点、他材料との使い分けを解説します。
S45Cとは？JIS G 4051に規定された機械構造用炭素鋼
S45Cは、JIS G 4051:2026「機械構造用炭素鋼鋼材」に規定されている鋼種の一つです。同規格は、主として熱間圧延、熱間鍛造、熱間押出によって製造され、その後に鍛造、切削などの加工や熱処理を施して使用される、同一断面形状の機械構造用炭素鋼鋼材を対象としています。鋼管は同規格の適用対象外です。
S45Cは炭素を約0.45%含み、焼ならし、焼入れ・焼戻し、高周波焼入れなどによって性能を調整できます。シャフト、ピン、カラー、歯車、治具部品など、強度や耐摩耗性が必要な機械部品に広く用いられています。
同じ規格には炭素量の異なる複数の鋼種があります。S45Cは加工性、熱処理後に得られる性能、流通実績のバランスから、代表的な機械構造用炭素鋼として扱われています。ただし、実際の入手性は形状、寸法、供給状態、地域、市況によって異なります。
記号については、一般に「S」はSteel、「45」は炭素含有量がおよそ0.45%であること、「C」はCarbonを表すと説明されます。ただし、記号の語源自体がJIS本文で定義されているわけではなく、慣例的な説明です。「S-C材」「SC材」と呼ばれる場合もあります。
※本記事はJIS G 4051:2026を参照しています。設計・調達時には、日本産業標準調査会または日本規格協会で現行規格を確認してください。
S45Cの化学成分
JIS G 4051:2026が定めるS45Cの化学成分を次に示します。数値は溶鋼分析値の質量分率です。
| 元素 | 質量分率（%） |
| C | 0.42～0.48 |
| Si | 0.15～0.35 |
| Mn | 0.60～0.90 |
| P | 0.030以下 |
| S | 0.035以下 |
| Ni | 0.20以下 |
| Cr | 0.20以下 |
| Cu | 0.30以下 |
| Ni＋Cr | 0.35以下 |
出典：JIS G 4051:2026「化学成分」。製品分析値の許容変動値はJIS G 0321によります。上表に規定されていない元素は、溶鋼を仕上げる目的以外に意図的に添加してはならないとされています。規格値を図面、仕様書、検査成績書に転記する場合は、規格票で数値と注記を最終確認してください。
NiやCrは、SCM435などの機械構造用合金鋼のように主要な合金元素として所定量を積極的に添加する成分ではなく、残留元素として許容される上限が規定されています。このため、S45CはSCM435やSCM440などと比べて焼入性が低く、大断面では中心部まで均一に硬化しにくい傾向があります。また、ステンレス鋼のように耐食性を目的とした量のCrを含まないため、防錆対策が必要です。
S45Cの機械的性質｜旧版JISの参考情報と技術資料の代表例
S45Cの機械的性質は、素材寸法、供給状態、試験片の採取位置、製造履歴、熱処理条件などによって変わります。JIS G 4051:2026は、S45Cについて引張強さや硬さなどの機械的性質を一律の規格値として定めていません。次の値は、旧版JISの参考情報を転載した材料・熱処理会社の技術資料に見られる代表例であり、現行JISの保証値ではありません。
| 状態 | 代表的な処理条件 | 引張強さ | 降伏点・耐力 | 伸び | 硬さ |
| 焼ならし | 820～870℃加熱後、空冷 | 570 N/mm²以上 | 345 N/mm²以上 | 20%以上 | HBW 167～229 |
| 焼なまし | 約810℃加熱後、炉冷 | ― | ― | ― | HBW 137～170 |
| 焼入れ・焼戻し | 820～870℃から水冷後、550～650℃で焼戻し | 690 N/mm²以上 | 490 N/mm²以上 | 17%以上 | HBW 201～269 |
※上表は参考値です。実際の値は素材ロット、断面寸法、試験片採取位置、熱処理設備・条件によって変わります。保証値として使用する場合は、材料メーカーや加工先と試験条件を取り決めてください。
代表値を比較すると、焼入れ・焼戻し材は焼ならし材より高い強度域に設定されています。ただし、実際の強度差が常に一定になるわけではありません。一般に硬さや強度を高めると延性は低下する傾向がありますが、伸びと衝撃靭性は同じ指標ではありません。衝撃荷重を受ける部品では、絞り、衝撃値、切欠き形状、表面状態、焼戻し条件なども検討します。
硬さの表し方｜HBW・HV・HRB・HRC
硬さは試験方法と熱処理状態をセットで示します。異なる硬さ試験間の換算値は目安であり、品質保証には指定した試験方法による実測値を用います。
| 状態 | 主に用いる硬さ表示 | 設計・調達上の注意 |
| 生材・焼なまし材・焼ならし材 | HBW、HVまたはHRB | 適用硬さ範囲、試料厚さ、測定面積を確認して試験方法を選びます |
| 調質材 | HBWまたはHV | 旧参考例ではHBW 201～269程度です |
| 全体焼入れ・低温焼戻し材 | HRCまたはHV | 硬さは断面寸法、冷却方法、焼戻し条件で変わります |
| 高周波焼入れ面 | HRCまたはHV | 表面硬さに加え、焼入れ範囲と有効硬化層深さも指定します |
図面では「HRC○○」だけでなく、試験方法、許容範囲、測定部位、必要に応じて測定位置や硬化層深さを明記します。形状や測定面積によっては、指定した試験方法で測定できない場合があります。
S45Cの物理的性質
S45Cの物理的性質には、一般的な炭素鋼と同程度の代表値が用いられます。ただし、温度範囲、供給状態、組織、参照資料によって値が異なるため、精密な熱変形解析や保証計算では、適用条件に合った材料データを確認してください。
| 項目 | 代表値 | 設計上の注意 |
| 密度 | 約7.85 g/cm³ | 部品質量の概算に用います |
| ヤング率 | 約205 GPa | 一般的な鋼と大きくは変わりません |
| ポアソン比 | 約0.3 | 応力解析で用いる一般的な代表値です |
| 線膨張係数 | 室温付近でおよそ11～12×10⁻⁶/K | 温度範囲で変化します。12×10⁻⁶/Kなら、長さ1m、温度差10Kで約0.12mm膨張します |
焼入れによって硬さを上げても、同一形状のたわみが大幅に小さくなるわけではありません。剛性不足には断面形状、支持間隔、支持方法などの見直しが必要です。
S45Cの熱処理｜基本処理と表面硬化
焼ならし（ノルマライジング）
鋼を変態点以上の適切な温度に加熱し、空冷する処理です。圧延や鍛造によって生じた組織の不均一を整え、組織と機械的性質を均一化する目的で行われます。後工程の加工や熱処理を安定させる前処理として用いられることがあります。ただし、変形や割れは形状、残留応力、加熱・冷却条件にも左右され、焼ならしによって必ず防げるわけではありません。
焼なまし（アニーリング）
焼なましは総称であり、目的によって完全焼なまし、球状化焼なまし、応力除去焼なましなどに分かれます。軟化を目的とする処理と、残留応力を低減する処理では、加熱温度、保持時間、冷却方法が異なります。
調質（焼入れ＋高温焼戻し）
調質は、焼入れ後に比較的高い温度で焼戻しを行い、強度と靭性のバランスを整える処理です。旧参考値では水冷条件が示されていますが、実際には断面寸法、形状、必要硬さ、割れや変形のリスクに応じて冷却方法が選定されます。油冷などを採用した場合、同じ機械的性質が得られるとは限りません。図面では単に「調質」と書くだけでなく、必要な硬さまたは機械的性質を加工先と確認して指定します。
高周波焼入れ（表面硬化）
誘導加熱によって部品表面を短時間で加熱し、急冷して表面を硬化させる処理です。芯部の性質を大きく変えずに表面の耐摩耗性を高めやすいため、歯車の歯面、シャフトの軸受当たり面、ガイドの摺動面などに用いられます。S45Cの高周波焼入れ面ではHRC50台の硬さが用いられることがありますが、到達硬さと硬化層深さは素材状態、形状、加熱・冷却条件、焼戻し条件によって異なります。
部分焼入れでは境界に硬さの遷移部が生じます。境界を段差、溝、キー溝、肩部などの応力集中部と重ねないよう、加工先と相談して範囲を決めます。
軟窒化・窒化
S45Cには塩浴軟窒化などを適用でき、耐摩耗性や疲労特性の改善、焼付き防止などを目的に用いられます。処理温度が焼入れより低いため寸法変化は比較的小さいものの、変形がゼロになるわけではありません。得られる表面硬さや硬化層は、SACM645などの窒化鋼やCr・Moを含む合金鋼とは異なります。
浸炭焼入れとの関係
浸炭焼入れは、一般にS09CK、S15CK、S20CK、SCM415、SCM420などの低炭素材・はだ焼鋼に適用し、表面だけを高炭素化して硬くしながら芯部の靭性を保つ処理です。S45Cはもともとの炭素量が約0.45%と高いため、標準的な対象材ではありません。技術的に処理できないわけではありませんが、浸炭本来の効果を得にくいため、通常は高周波焼入れや軟窒化などと比較します。
熱処理による寸法変化・歪みへの対策
| 対策 | 内容 |
| 加工順序 | 一般には「荒加工→熱処理→仕上げ加工・研削」の順です |
| 仕上げ代 | 変形や表層除去を考慮して残します |
| 形状 | 肉厚差、鋭い隅、細い突起、深い溝を避けます |
| 焼入れ範囲 | 必要な範囲に適正化します。ただし部分処理でも変形は生じ得ます |
| 公差 | 機能上必要な面と測定基準を明確にします |
S45Cのメリットと注意点
主なメリット
| メリット | 内容 |
| 熱処理で性能を調整できる | 焼ならし、調質、高周波焼入れなどで強度や耐摩耗性を付与できます |
| 焼入れ前は加工しやすい | 一般的な切削工具で加工できます。ただし快削鋼ではありません |
| 流通実績が多い | 丸棒、ミガキ材などで多く用いられます。在庫は形状・寸法・市況で変わります |
| 加工・熱処理の知見が豊富 | 長年使用され、加工会社や熱処理会社に実績が蓄積されています |
デメリット・注意点
| 注意点 | 内容と対策 |
| 錆びやすい | 環境に応じ、めっき、黒染めと防錆油、塗装などを検討します |
| 溶接管理が難しい | 熱影響部が硬化し、低温割れが生じるおそれがあります |
| 大断面の中心まで硬化しにくい | 中心部まで高強度が必要ならSCM435、SCM440などと比較します |
| 熱処理で変形する | 研削、仕上げ代、形状、公差設定を工程に織り込みます |
| 板材の入手性は寸法次第 | S45CとS50Cの在庫を供給者に確認します |
| 高硬度化には靭性とのバランスが必要 | 衝撃荷重、切欠き、低温環境、表面状態も検討します |
S45Cが採用されることのある主な部品
以下は採用例です。実際の材質は荷重、疲労寿命、衝撃、断面寸法、熱処理、製造方法、安全率、使用環境などによって決まります。
| 分野 | 部品例 | 選定時の考え方 |
| 一般産業機械 | シャフト、ピン、カラー、キー、プーリー、治具部品 | 強度、加工性、コスト、熱処理を比較します |
| 動力伝達 | 歯車、スプロケット、カム、ラック | 歯面や摺動面に高周波焼入れを施す場合があります |
| 搬送・自動化 | ローラー軸、リンク、レバー、ストッパー | 強度、疲労、表面硬さ、軸径を確認します |
| 金型・治工具周辺 | ガイド周辺部品、ホルダー、支持部品 | 型本体には工具鋼やプリハードン鋼も用いられます |
| 試作・検証 | 実験治具、装置試作部品 | 入手性と加工性を生かせます |
S45Cと他材料の違い
S45CとSS400
S45Cは化学成分を管理した機械構造用炭素鋼、SS400は一般構造用圧延鋼材です。規格目的が異なるため、用途、加工法、溶接や熱処理の要否で使い分けます。
| 項目 | S45C | SS400 |
| 規格 | JIS G 4051 | JIS G 3101 |
| 規格上の考え方 | 化学成分を規定 | 引張強さ、降伏点または耐力、伸びなどを規定 |
| 炭素量 | 0.42～0.48% | 規定されていません |
| 焼入れ用途 | 調質や高周波焼入れに用います | 炭素量が焼入れ硬化を目的に管理されておらず、通常は焼入れ材として選びません |
| 溶接 | 割れ防止の施工管理が必要です | S45Cより溶接構造に用いられます。重要構造や厚板ではSM材なども検討します |
| 代表用途 | シャフト、ギア、ピン、治具部品 | フレーム、架台、一般構造部材 |
S45Cの無処理材がSS400より必ず高強度であるとは、材質記号だけでは保証できません。S45Cの供給状態と、SS400の製品厚さ・機械的性質を確認して比較します。
S45CとS50C・S55C
いずれもJIS G 4051に属し、規格上の主要な違いは炭素量の範囲です。炭素量が増えるほど、適切な熱処理後に高い硬さを得やすい一方、溶接性や靭性には不利になる傾向があります。実際の性能は素材寸法、組織、製造履歴、熱処理条件によって決まります。
| 鋼種 | C量 | 一般的な傾向 |
| S45C | 0.42～0.48% | 強度、加工性、熱処理性のバランスを取りやすい |
| S50C | 0.47～0.53% | S45Cより高炭素側で、熱処理後に高い硬さを得やすい |
| S55C | 0.52～0.58% | さらに高炭素側で、硬さと靭性のバランスに注意します |
S45CとS50Cを代替できるかは、成分、熱処理後の性能、溶接、ミルシート、顧客仕様によって異なります。相当材の許容範囲を発注仕様で明確にします。
S45CとSCM435
SCM435はCrとMoを添加した機械構造用合金鋼です。S45Cより焼入性に優れ、適切な調質によって大断面でも中心部まで比較的均一な強度を得やすい点が特徴です。
| 項目 | S45C | SCM435 |
| 規格 | JIS G 4051 | JIS G 4053 |
| 区分 | 機械構造用炭素鋼 | 機械構造用合金鋼 |
| 焼入性 | 質量効果を受けやすい | S45Cより高い |
| 加工 | 焼入れ前は一般的な切削が可能 | 焼なまし状態では加工可能。調質後は負荷が高くなります |
| 選定の目安 | 小～中断面、中程度の強度、コスト重視 | 大断面、高強度、高い締結力など |
旧版JISの参考情報を転載した技術資料では、SCM435調質材について引張強さ930N/mm²以上などが紹介されています。ただし、実際の保証条件は素材規格、寸法、熱処理条件によって異なります。
「S45C相当」の考え方
「S45C相当」の定義は供給者や加工サービスによって異なります。近い成分の鋼材、海外規格材、供給者の社内規格材などが含まれる場合があります。化学成分、機械的性質、原産規格、ミルシートが重要な部品では、相当材の定義を発注先に確認してください。
S45Cの加工のポイント
切削加工
| 状態 | 被削性の目安 | 加工上のポイント |
| 生材・焼ならし材 | 一般的な切削工具で加工可能 | 工具材種、速度、送り、切込み、切削油を状態に合わせます |
| 調質材 | 切削負荷が高くなる | 硬さに応じた工具、剛性の高い保持、適切な条件が必要です |
| 焼入れ材 | 一般切削は難しい | 研削、放電加工、ワイヤ放電加工、CBN工具によるハードターニングなどを検討します |
基本工程は「荒加工→熱処理→仕上げ加工」です。穴やねじは原則として熱処理前に加工し、精度が必要な面は熱処理後に研削します。
ミガキ材の反り
S45C-Dなどの冷間引抜き材には、製造時の残留応力が残る場合があります。片側を大きく削ると応力バランスが崩れ、反りが生じることがあります。S45Cは鋼種を、Dは冷間引抜きによる加工方法を示します。対策として、両面から均等に加工する、荒加工と仕上げ加工を分ける、必要に応じて応力除去焼なましを行うなどの方法があります。寸法公差、供給状態、熱処理状態は、JIS G 3123または供給者仕様を確認してください。
溶接
S45Cは技術的には溶接できますが、一般的な溶接構造用鋼に比べて割れの管理が難しい材料です。炭素量が高いため熱影響部が硬化し、拡散性水素や拘束応力などの条件が重なると低温割れが生じるおそれがあります。溶接構造ではSS400やSM材などを検討します。やむを得ずS45Cを溶接する場合は、板厚、拘束度、炭素当量、溶接法に応じて、予熱、パス間温度管理、低水素系溶接材料、必要に応じた後熱や溶接後熱処理を検討します。
表面処理
| 処理 | 特徴・注意点 |
| 黒染め | 薄い皮膜で寸法影響は小さいものの、防錆力は限定的で防錆油との併用が基本です |
| 無電解ニッケルめっき | 複雑形状でも比較的均一な膜厚を得やすく、膜厚と後処理を確認します |
| 硬質クロムめっき | 耐摩耗性や摺動性の付与に用い、寸法増加と研磨を考慮します |
| 電気亜鉛めっき＋三価クロメート | 亜鉛の犠牲防食を利用します。クロメートは亜鉛めっき後の化成処理です |
| リン酸塩皮膜 | 塗装下地、油保持、かじり防止などに用います |
| 塩浴軟窒化 | 耐摩耗性や疲労特性の改善を目的に用います。寸法変化はゼロではありません |
| 防錆油 | 保管、輸送、短期使用の一時防錆に用います |
- 電気めっきでは水素脆化に注意し、高強度材や焼入れ材ではベーキングの要否を確認します。
- 表面処理の膜厚は軸、穴、ねじ、はめあい公差に影響します。
- 処理名称や仕様は加工会社によって異なる場合があるため、膜構成、膜厚、硬さ、耐食性、後処理を確認します。
図面・調達で失敗しないチェックリスト
- 材質だけでなく、必要な熱処理方法と要求値を明確にする。
- 硬さの試験方法、許容範囲、測定部位を指定する。
- 高周波焼入れでは、焼入れ範囲、有効硬化層深さ、境界位置を確認する。
- 熱処理後に仕上げる面に仕上げ代を残す。
- 表面処理の膜厚、マスキング、処理後寸法を公差に織り込む。
- 溶接指示がある場合は材質変更も検討する。
- 材料の形状、寸法、供給状態を在庫表や調達先で確認する。
- 相当材の許容範囲とミルシートの要否を明確にする。
- 強度保証が必要なら試験方法、採取位置、熱処理ロット、検査証明書を取り決める。
S45Cの流通形状と入手性
| 形状 | 呼び方 | 注意点 |
| 丸棒 | S45C丸棒、黒皮丸棒 | 表面の黒皮、寸法ばらつき、きず、脱炭の影響が生じる場合があります |
| ミガキ丸棒 | S45C-Dなど | 寸法精度と表面状態に優れますが、残留応力に注意します |
| 平鋼・プレート | S45C平鋼、S45Cプレート | 在庫は供給者と寸法で確認します |
| 角鋼・六角鋼 | S45C角鋼など | 丸棒より在庫が少ない場合があります |
| 調質材 | S45C調質材 | 保証硬さ、機械的性質、表面状態、加工代を確認します |
| 鋼管 | 一般機械構造用炭素鋼鋼管など | JIS G 4051は適用されません。JIS G 3478など、対象製品に適用される別規格を確認します |
コストと納期を抑えるには、標準在庫に近い素材寸法で設計し、削り代を過大にしないことが有効です。ただし、必要な仕上げ代や熱処理後の研削代まで削らないよう、加工工程と合わせて検討します。
S45C部品の見積もりは「meviy（メビー）」へ
S45Cの部品の見積もり・手配には、メビーをご活用ください。メビーは3D CADデータをアップロードするだけで価格と出荷日がその場で分かる、機械部品調達のプラットフォームです。
S45Cは切削加工（角物）と切削加工（丸物）の両サービスで選択できます。焼入れや表面処理も、見積もり画面上で指定できます。
メビーの加工事例（S45C）
実際にメビーで製作されたS45C部品の例です。
| 写真 |  |
| サービス名 | 切削加工（丸物） |
| 材質 | S45C |
| 表面処理 | 硬質クロムメッキ |
| サイズ | Ø32×L155.2mm |
| 出荷日 | 8日目出荷 |
| 参考価格 | 7,276円 |
まとめ
S45Cは、JIS G 4051:2026に規定される代表的な機械構造用炭素鋼鋼材です。焼ならし、焼入れ・焼戻し、高周波焼入れなどを組み合わせることで、用途に応じた強度や耐摩耗性を付与できます。
S45Cの部品が必要になった際には、メビーの見積もりをお試しください！3Dデータをアップロードするだけで、焼入れや表面処理を含めた価格と出荷日をその場で確認できます。
