試作人基礎講座

本日は材料解説シリーズ～S50C編～です！
特徴や他金属との違いなど解説していきますので、是非ご覧ください♪

S50Cとは

S50Cは、JIS G 4051(機械構造用炭素鋼鋼材)で規定された鋼材です。
機械構造用炭素鋼は、S-C材と呼ばれ、キルド鋼から合金鋼と同様の管理で製造されるので高品質です。

その中で、S50C以上の鋼は高炭素鋼に分類され、S-C材の中でも硬さや引張強度が高くなります。

S50Cはプレート(板材)としての流通量の多い材料です。
質量効果などから焼き入れ性が不足して所定の硬さが得られない場合にも使用されます。

S50Cの関連規格

S50Cは下記のJIS規格で規定されています。
S50Cの鋼管は、S50CTKとして規定されています。

規格番号	規格名称	概要
JIS G 4051	機械構造用炭素鋼鋼材	S50C素材の成分規定など
JIS G 3478	一般機械構造用炭素鋼鋼管	鋼管について規定

S50Cの化学成分

JISで規定された、S50Cの化学成分は下記のとおりです。

S50Cの化学成分【％】

C	Si	Mn	P	S
0.47～0.53	≦0.035i	0.60～0.90	≦0.030	≦0.035

Ni	Cr	Cu	Ni+Cr
0.20以下	0.20以下	0.30以下	0.35以下

焼き入れ性(マルテンサイト化するために必要な冷却速度)は、Mnの影響が高いので、S50Cでは含有量が多くなっています。
また、炭素量が多いほうが焼き入れ性が良いので、S50Cであればかなり良くなります。

炭素当量

S50Cの炭素当量は以下の通りです。
0.58～0.74
炭素当量は、溶接の熱影響部の脆さを炭素量に換算した数値で示した値です。
この数値が0.44％以上になると溶接割れを起こしやすくなります。

S50Cの機械的性質

下記は、旧JISに記載されていた、直径25mmの標準試験片での機械的性質です。
もっと太い材料の場合は、質量効果により強度が低下しますのでご注意ください。

S50CはS45Cよりも、伸び、絞り、衝撃値が低下するため、脆さがあります。

S50Cの機械的性質

熱処理	降伏点 MPa	引張強さ MPa	伸び ％	絞り ％	シャルピー衝撃値 J/㎠	硬度 HB
焼きならし	365以上	610以上	18以上	-	-	179～235
焼きなまし	-	-	-	-	-	143～187
焼き入れ焼き戻し	540以上	740以上	15以上	40以上	69以上	212～277

S50Cの熱処理(焼き入れ・調質)

S50CのJISに規定された基本的な熱処理条件は下記のとおりです。
必ずしもこのとおりである必要はなく、必要な強度や硬さを得るために熱処理条件は変更すべきです。

S50Cの熱処理条件

焼きならし	焼きなまし	焼き入れ	焼き戻し
810～860℃　空冷	約800℃　炉冷	810～860℃　水冷	550～650℃　急冷

熱処理条件はあくまで基本の方法であって、必ずしもこの通りにする必要はありません。
複雑な形状の大きなものをS50Cなどの高炭素鋼で作ると、熱処理時に焼き割れのリスクが高くなります。
変形が問題となる場合は、塩浴を用いたマルテンパなどの処理によって改善が期待できます。

S50Cの物理的性質

下記の値は必ずしもS50Cそのものではなく、炭素量が近い炭素鋼の値となりますので、参考に留めておいてください。
特に熱伝導率や固有抵抗は成分のバラツキによる変動が大きくなりますのでご注意ください。

S50Cの物理的性質

物理的性質	物性値
縦弾性係数(ヤング率)【GPa】	205
横弾性係数【GPa】	82
ポアソン比(常温)	0.27～0.29
密度【g/㎤】	7.84
比重	7.84
融点【℃】	1660～1690
熱伝導率【W/(m・k)】	44
熱膨張係数【10-6/K】	10.7
固有抵抗【10-8Ω・ｍ】	19.2～19.7
比熱【J/kg・K】	0.489～0.494

S50Cの使い方と注意事項

S50Cの用途

S50Cは、キーやピンといった局部的に面圧が高くなる部品に適しています。
耐摩耗性が要求される場合は、セメンタイトが析出する炭素工具鋼(SK材)が適していますが、そうでない場合はS50C～S55Cが適しています。

金型、治工具類への適用

S50C材は、精度良く仕上げられた板材、ブロック材の流通が多く、プレスや樹脂金型、治工具といった用途にもS55Cと並んで多用されます。
工具鋼(SK材、SKD材など)よりも安価なので、金型の構造部分などは、あらかじめ硬さを調節されたS50C、またはS50C相当のプリハードン(調質済み)鋼が使用されます。

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