炭素鋼の種類と特徴を比較！SS材・S45C・工具鋼の違いとは？

金属加工や製品設計を行う上で欠かせない素材のひとつが炭素鋼です。鉄に炭素を添加したこの鋼材は、コストパフォーマンス・機械的特性・加工性などに優れ、広く利用されています。特に代表的なSS材（構造用鋼）、S45C（機械構造用鋼）、SK材（工具鋼）は、用途ごとに最適な材料選定を行う上で必須の知識です。

今日は、それぞれの成分・機械的性質・熱処理性・加工性・主な用途・注意点までを比較しながら解説し、炭素鋼の適切な選び方まで詳しくご紹介します。

1. 炭素鋼とは？まずは基本からおさらい

● 炭素鋼の定義

炭素鋼（Carbon Steel）は、鉄（Fe）に炭素（C）を主成分として添加した合金で、炭素以外の合金元素（クロム・ニッケルなど）がほとんど含まれていない鋼を指します。炭素の量によって性質が変化するため、製品や部品の性能に直結します。

● 炭素量による分類と特徴

分類	炭素量	特徴	主な用途
低炭素鋼	約0.05〜0.25%	延性・加工性が高い。溶接にも適す。	構造部材、一般用途
中炭素鋼	約0.25〜0.60%	強度・靭性のバランスが良い	シャフト、機械部品
高炭素鋼	約0.60%以上	硬度・耐摩耗性に優れるが脆性あり	刃物、工具、金型

2. SS材（一般構造用圧延鋼材）

● 規格と概要

SS材はJIS G 3101に規定されている「一般構造用圧延鋼材（Steel Structure）」の略称です。最も多く使われている炭素鋼の一種で、機械構造よりも建築・構造用途に重視される材料です。

● SS400の特徴

引張強さ：400〜510N/mm²
降伏点：245N/mm²以上
炭素含有量はおよそ0.15%前後（正確な成分は規格外）
耐衝撃性と延性に優れる
焼入れ・焼戻しには向かない（熱処理効果が出にくい）

● 用途事例

鉄骨構造物、橋梁部材、建築用H形鋼
フレーム、ブラケット、プレートなど
ローコストな試作品や汎用部品

● 注意点

強度がそれほど高くないため、荷重がかかる構造部品には不向き
熱処理による強度向上が期待できない

3. S45C（機械構造用炭素鋼）

● 規格と概要

JIS G 4051に規定された機械構造用炭素鋼で、中炭素鋼の代表格。高強度かつ熱処理による特性向上が可能なため、非常に広範囲で利用されています。

● 材質特性

炭素含有量：0.42〜0.48%
引張強さ：約570〜700N/mm²（焼きならし状態）
機械加工後の焼入れ・焼戻しにより表面硬度を大幅に向上可（HRC50前後）
機械加工性：良好（SS材よりやや難）

● 用途事例

回転軸、ピン、スプロケット、スピンドル
ベアリングの外輪や内輪、ボルト、プーリー
歯車、カムなどの動力伝達部品

● 熱処理例

焼きならし（880～920℃ → 空冷）
焼入れ（830～860℃ → 油冷）
焼戻し（150～300℃）により靭性を調整

● 注意点

応力緩和を怠ると、後工程で歪み・割れが発生するリスクあり
精度部品には熱処理後の研削仕上げが推奨される

4. SK材（工具鋼）

● 規格と概要

JIS G 4401に規定された高炭素鋼で、硬度と耐摩耗性が重視される工具や刃物向けの鋼材です。

● 種類と特徴（代表的なもの）

種類	炭素量（％）	特徴
SK85	約0.85%	刃物用の硬度と切れ味に優れる
SK5	約0.8%	バランスの良い工具鋼
SK3	約0.9%	高硬度だが割れやすいため注意

● 性能

焼入れによる硬度：HRC60前後
高いエッジ保持力と耐摩耗性
機械加工性はやや劣る（高炭素のため脆い）

● 用途事例

包丁、カッター、ハサミなどの刃物類
ダイス、パンチ、プレス金型
測定工具、ゲージ、カム部品など高精度部品

● 注意点

非常に硬く、割れやすいため、衝撃が加わる用途には不向き
錆びやすいので防錆処理やメンテナンスが重要

5. SS材・S45C・SK材の比較まとめ

特性 / 材料	SS材（SS400）	S45C	SK材（SK85など）
炭素含有量	約0.15%	約0.45%	約0.85%
引張強さ	約400N/mm²	約700N/mm²（熱処理可）	HRC60前後（焼入れ後）
加工性	◎	○	△（難加工）
熱処理性	×	◎	◎
耐摩耗性	△	○	◎
コスト	低	中	やや高
主な用途	建築、一般構造	機械部品、駆動系	刃物、金型、工具