S45Cの引張強度は？MPaやkgf/mm2の数値と焼き入れ・焼きなましの違いも解説

機械部品や構造部材として広く使われているS45C（機械構造用炭素鋼）は、その優れた強度と加工性から、製造現場で非常に人気の高い材料です。

しかし、「S45Cの引張強度は実際どのくらいなのか」「MPaとkgf/mm²ではどう表現するのか」「焼き入れや焼きなましによって強度はどう変わるのか」といった疑問をお持ちの方も多いのではないでしょうか。

本記事では、S45Cの引張強度の数値をMPaとkgf/mm²の両単位でわかりやすく解説するとともに、熱処理による強度変化の違いについても詳しく紹介していきます。

材料選定や設計の参考に、ぜひ最後までお読みください。

S45Cの引張強度はMPa・kgf/mm²でどのくらいか

それではまず、S45Cの引張強度の基本的な数値について解説していきます。

S45Cの引張強度は、JIS規格（JIS G 4051）において569MPa以上（58kgf/mm²以上）と規定されています。

これは熱処理なしの素材状態（圧延まま・焼きならし状態）における最低保証値であり、実際にはこれを上回る値が出るケースも多くあります。

MPaとkgf/mm²はどちらも応力・強度の単位ですが、現代の工業ではSI単位であるMPa（メガパスカル）が標準的に使用されています。

一方、kgf/mm²は古くから日本の製造現場で使われてきた単位であり、旧図面や資料ではこちらが記載されている場合も少なくありません。

両単位の換算式を確認しておきましょう。

このように、58kgf/mm²と569MPaはほぼ同じ値であり、どちらの単位で表現しても内容は同じです。

設計や材料選定の際は、使用する規格や図面に合わせて単位を適切に読み替えるようにしましょう。

S45Cの機械的性質一覧と他鋼種との比較

続いては、S45Cの機械的性質の全体像と、他の炭素鋼との比較を確認していきます。

引張強度だけでなく、降伏点・伸び・絞り・硬さ（HB）などの数値を把握することで、材料選定の精度がぐっと上がります。

S45Cの機械的性質の基本数値

JIS G 4051に基づくS45Cの主な機械的性質（焼きならし状態）は以下のとおりです。

項目	数値（焼きならし）
引張強度	569 MPa以上（58 kgf/mm²以上）
降伏点（耐力）	343 MPa以上（35 kgf/mm²以上）
伸び	20%以上
絞り	40%以上
硬さ（HB）	167〜229 HB

降伏点（耐力）は343MPa（35kgf/mm²）以上であり、弾性変形の限界を示す重要な指標です。

伸びや絞りの値は靭性（粘り強さ）を示しており、S45Cが強度と靭性のバランスに優れた鋼材であることがわかります。

他の炭素鋼との引張強度比較

S45Cの引張強度を他の代表的な炭素鋼と比較すると、その特性がより明確になります。

鋼種	炭素含有量（概算）	引張強度（焼きならし）
S20C	約0.20%	約441 MPa以上
S35C	約0.35%	約519 MPa以上
S45C	約0.45%	約569 MPa以上
S55C	約0.55%	約686 MPa以上

炭素含有量が増えるほど引張強度は高くなる傾向がありますが、同時に靭性（粘り強さ）は低下します。

S45Cは強度と靭性のバランスがとれた中炭素鋼として、多くの機械部品に採用されているわけです。

S45Cの用途と選ばれる理由

S45Cが幅広い用途で使われる背景には、バランスの良い機械的性質だけでなく、切削加工性・溶接性・熱処理適性のすべてにおいて優れた対応力を持つ点が挙げられます。

代表的な用途としては、シャフト・ギア・ボルト・フランジ・カム・クランクなどの機械部品が挙げられます。

特に焼き入れ処理を施すことで表面硬度が大幅に向上するため、摩耗を受けやすい部品にも広く採用されています。

S45Cの焼き入れによる引張強度の変化

続いては、S45Cに焼き入れ（焼入れ）処理を施した場合の引張強度の変化を確認していきます。

焼き入れとは、鋼を高温（A3変態点以上、S45Cでは約820〜870℃）に加熱した後、水や油などで急冷する熱処理のことです。

この処理によってマルテンサイト組織が形成され、鋼は非常に高い硬さと強度を持つようになります。

焼き入れ後の引張強度の目安

焼き入れを行ったS45Cの引張強度は、焼き入れのみの状態では1000MPa（約102kgf/mm²）を超えることもあります。

しかし、焼き入れのみの状態では内部応力が高く、非常に脆い状態になるため、そのまま使用することはほとんどありません。

通常は焼き戻し（テンパリング）を組み合わせて使用します。

焼き戻し温度と引張強度の関係

焼き入れ後の焼き戻し温度によって、S45Cの引張強度は大きく変化します。

焼き戻し温度	引張強度の目安	特徴
200℃前後	900〜1000 MPa程度	高強度・硬質だが脆い
400℃前後	800〜900 MPa程度	強度と靭性のバランス型
600℃前後	700〜800 MPa程度	靭性重視・延性が高い

焼き戻し温度が高くなるほど引張強度は低下しますが、伸びや絞りが回復し、衝撃に強い状態になります。

用途に合わせた焼き戻し温度の設定が、S45C部品の性能を最大限に引き出す鍵といえるでしょう。

高周波焼き入れとの違い

S45Cに適用される焼き入れには、全体焼き入れのほかに高周波焼き入れ（誘導加熱焼き入れ）という手法もあります。

高周波焼き入れは部品の表面層のみを急加熱・急冷することで、表面だけを硬くし、内部の靭性を維持するという特性があります。

シャフトやギアなどの表面硬化が求められる部品では、高周波焼き入れが非常に有効な手法として広く採用されています。

S45Cの焼きなましによる引張強度の変化

続いては、焼きなまし（焼鈍）処理を行った場合のS45Cの引張強度の変化を確認していきます。

焼きなましとは、鋼を高温に加熱した後、炉の中でゆっくり冷却する熱処理のことです。

焼き入れとは真逆のアプローチであり、材料を軟化させることを主目的としています。

焼きなましの目的と効果

焼きなましには主に以下の目的があります。

まず、内部応力の除去が挙げられます。

加工や溶接によって生じた残留応力を解放し、寸法安定性を高める効果があります。

次に、軟化による切削加工性の向上です。

硬化した素材を軟らかくすることで、切削や塑性加工を容易にする目的でも用いられます。

さらに、結晶粒の均一化・組織の正常化にも効果があります。

焼きなまし後の引張強度の目安

焼きなましを行ったS45Cの引張強度は、一般的に569MPa前後またはそれ以下となり、硬さもHB160〜200程度まで低下します。

熱処理の種類	引張強度の目安	硬さ（HB）の目安
焼きならし（ノーマライズ）	569 MPa以上	167〜229 HB
焼きなまし（アニール）	569 MPa以下（軟化）	160〜200 HB程度
焼き入れ＋焼き戻し	700〜1000 MPa程度	250〜350 HB程度

焼きなましは強度を高める処理ではなく、加工工程の中間工程や最終工程での品質安定化を目的として使用されるケースがほとんどです。

焼きならしとの違い

焼きなましと混同されやすいのが焼きならし（ノーマライズ）です。

焼きならしも高温加熱後に冷却する処理ですが、炉内でゆっくり冷やす焼きなましとは異なり、大気中で自然冷却させる点が大きな違いです。

焼きならしは焼きなましよりも冷却速度がやや速いため、組織が均一化されるとともに、強度もやや高めに維持されます。

どちらの処理を選ぶかは、後工程での加工要件や最終的な機械的性質の目標値に応じて判断することが重要です。

まとめ

本記事では、「S45Cの引張強度はMPaやkgf/mm²でどのくらいか」というテーマを中心に、熱処理の違いによる強度変化についても詳しく解説しました。

S45Cの引張強度は、素材状態（焼きならし）で569MPa（58kgf/mm²）以上がJIS規格の基準値となっています。

焼き入れ・焼き戻し処理を施すことで700〜1000MPa程度まで強度が向上し、反対に焼きなましでは軟化・応力除去が図られます。

材料の用途や加工工程に応じて、適切な熱処理を選択することがS45Cのポテンシャルを最大限に引き出すポイントといえるでしょう。

MPaとkgf/mm²の換算（1 kgf/mm² ≒ 9.807 MPa）を押さえておくと、古い資料や新しい規格書でも迷わず対応できます。

ぜひ本記事の内容を、日々の材料選定や設計業務にお役立てください。