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SK材とは?炭素工具鋼(SK材)の種類と使い分け

金属材料の基礎知識

金属加工・工具製作の現場では、「材料選定」が製品性能やコストに大きく影響します。中でも古くから使用されている「炭素工具鋼(Carbon Tool Steel)」、通称「SK材」は、焼入れによる硬化性と経済性から多くの分野で支持されています。

今日は、SK材の構造的な特徴・種類ごとの違い・用途に応じた選定基準・合金工具鋼との違いまでを詳しく解説し、現場での「正しい材料選び」を支援します。

炭素工具鋼(SK材)とは?

炭素工具鋼は、鉄(Fe)に炭素(C)を添加し、焼入れによって硬化させる金属材料です。JIS(日本産業規格)では「SK」の記号で表され、炭素含有量の多寡によりSK1〜SK7に分類されます。

▶ SK材の特徴

特性説明
焼入れ性空冷または油冷で硬化する。組織はマルテンサイト化し、高硬度を実現。
切削性熱処理前は切削しやすく、加工性が高い。
耐摩耗性焼入れ後は高硬度となり、摩耗しにくい。
コスト合金鋼よりも安価で入手性が高い。
注意点焼入れ時の変形・割れに注意。耐食性や高温強度は低い。

SK材の種類と炭素含有量の違い

SK材の種類は、主に炭素含有量(約0.6~1.2%)によって分けられます。炭素量が増えるほど硬度と耐摩耗性が向上しますが、同時に靭性(割れにくさ)は低下します。

鋼種炭素量主な特性代表的用途
SK1約1.2%極めて高硬度・極めて脆い彫刻刀、ゲージ、極薄刃
SK2約1.1%高硬度・高耐摩耗性精密工具、耐摩耗部品
SK3約1.0%硬さと靭性のバランス良好ノコギリ、彫刻刃
SK4約0.9%実用工具向けハサミ、カッター
SK5約0.8%万能型、コストパフォーマンス良好ドライバー、刃物一般
SK6約0.7%靭性寄り、加工しやすい一般刃物、工具部品
SK7約0.6%最も靭性が高い・柔らかい型枠、安価な工具

熱処理による性質変化

炭素工具鋼の真価は、熱処理によって発揮されます。

▶ 焼入れ(Quenching)

  • 加熱後急冷してマルテンサイト組織を形成。
  • 硬度はHRC60以上になることも。
  • 変形・割れのリスクがあるため、寸法精度が必要な部品では注意が必要。

▶ 焼戻し(Tempering)

  • 焼入れ後の脆さを軽減する処理。
  • 焼戻し温度により、靭性と硬度のバランスを調整可能。

用途別!SK材の実用的な選定ポイント

● 切れ味重視 → SK1・SK2

焼入れ後の硬度が高く、耐摩耗性に優れるが衝撃には弱い。彫刻刀・測定具・切断刃など、精密性が求められる場面で使われます。

● 汎用工具・コスト重視 → SK4・SK5

硬度と加工性のバランスに優れ、価格も手頃。ハサミ、カッター、紙刃、DIY工具に多く採用されます。

● 衝撃・曲げ応力がかかる用途 → SK6・SK7

靭性があり、破断しにくい。型枠、建設用工具、安価な量産品に最適。

炭素工具鋼 vs 合金工具鋼

比較項目炭素工具鋼(SK材)合金工具鋼(SKS、SKDなど)
合金元素ほとんど含まないクロム、モリブデンなどを添加
焼入性空冷または油冷油冷・空冷・大気冷まで可能
耐熱性低い(200℃程度まで)高温使用にも耐える
耐食性錆びやすい合金により改善される場合あり
価格安価高価(用途により差)
用途一般工具、刃物、金型高性能金型、精密工具、冷間・熱間加工用工具

選定のポイント

  • 高温下や耐衝撃性が必要 → 合金工具鋼
  • コストと加工性重視 → SK材

加工現場での注意点と設計上のヒント

● 加工前

  • 焼入れ前は切削加工がしやすく、最終加工は焼入れ後に研磨で調整する。
  • 歪みを見越した設計が必要(とくに長尺物)。

● 熱処理時

  • 焼入れ時の冷却速度を適切に管理。
  • 部品の形状・厚みにより熱処理条件を調整。

● 表面処理

  • 耐摩耗性や防錆性を補うため、黒染め、窒化、表面硬化処理などを併用する場合も多い。

まとめ:SK材を理解すれば工具の選定が変わる!

炭素工具鋼(SK材)は、その単純で明快な材質構成熱処理による多様な性質変化により、現代でも根強く使われ続けています。工具や刃物、金型など、多様な製品で活用されており、「SK1~SK7」という分類を理解することで、現場での最適な材料選定が可能になります。

設計段階から「求める性質」を明確にし、それに最適なSK材を選ぶことで、製品の寿命・品質・加工効率のすべてが向上します。

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