試作人基礎講座

本日はSUJ2について解説していきます！
一般的な形状や、加工性などを解説していきますので、是非ご覧ください♪

SUJ2とは

SUJ2とは、JIS（日本産業規格）に規定された「高炭素クロム軸受鋼（Bearing Steel）」の代表的な鋼種であり、正式名称は「JIS G 4805 高炭素クロム軸受鋼鋼種」の中の一種です。
主に転がり軸受（ベアリング）に用いられ、その特性として高硬度、耐摩耗性、寸法安定性に優れています。
鋼種名の「SUJ」は「Steel Used for bearing Japanese Industrial Standard」の略とされ、「2」は成分グレードを表す番号です。
JISにおける分類では、SUJ鋼は以下のように定義されています。
・SUJ1〜SUJ5：高炭素クロム軸受鋼（焼入れ性、耐摩耗性に優れる）
・SUJ2：その中でももっとも一般的なグレードで、用途・流通量ともに圧倒的に多く、標準的な材料と位置付けられています。
SUJ2は主に以下のような基準に適合しています。
・JIS G 4805（高炭素クロム軸受鋼）
・ISO 683-17（国際規格）
・ASTM A295（AISI 52100）：アメリカでの同等鋼種。SUJ2とほぼ同じ成分と特性を持ちます。
このように、SUJ2は国際的にも標準的な軸受鋼材であり、日本国内だけでなく海外市場においても互換性がある材料です。
特に、自動車、産業機械、工作機械などの精密部品に欠かせない存在となっています。
また、SUJ2は一般的な炭素鋼や合金鋼とは異なり、「軸受鋼」という専用カテゴリーに属します。
これは、ベアリングという極めて高回転・高荷重の条件下で使用される部品に特化した特性が求められるためで、通常の構造用鋼では代替が難しい独自のポジションにあります。
さらに、製造・加工工程では厳しい品質管理が課されており、非金属介在物（酸化物や硫化物など）の除去や、球状化焼鈍処理（球状パーライト化）などによって高精度な金属組織が求められます。
このため、材料供給元でも高い製鋼・圧延技術が要求されるのが特徴です。
総じて、SUJ2は「精密・耐久性・信頼性」の3拍子揃った材料であり、JIS規格においても重要な役割を果たしています。

化学成分と分類（高炭素クロム軸受鋼）

SUJ2は、その名称からもわかる通り「高炭素クロム軸受鋼」に分類される特殊鋼です。
その最大の特徴は、高い炭素含有量（C）とクロム（Cr）を主成分とする合金設計にあります。
この構成により、焼入れ性、硬度、耐摩耗性など、軸受に求められる重要な性質が実現されています。

■ SUJ2の代表的な化学成分（JIS G 4805準拠）

元素	含有量（％）
C（炭素）	0.95～1.10
Si（ケイ素）	0.15～0.35
Mn（マンガン）	0.25～0.45
P（リン）	0.025以下
S（硫黄）	0.025以下
Cr（クロム）	1.30～1.60

この成分構成を見ると、SUJ2がいかに高炭素・高クロム系の鋼種であるかがわかります。
特に注目すべきは以下の点です。

● 高炭素（0.95～1.10％）

炭素は鋼の硬さと強さを決定づける主要な要素であり、SUJ2のような軸受鋼にとっては、焼入れによってマルテンサイト変態を起こし、非常に高い硬度を得るために不可欠です。
炭素量が高いことで、焼入れ後の硬度がHRC 60以上にも達します。

● クロム添加（1.30～1.60％）

クロムは耐摩耗性と焼入れ性を向上させる元素であり、特にSUJ2では耐摩耗性の向上と焼戻し軟化抵抗性の付与に大きな効果を発揮します。
また、クロムは腐食に対して一定の耐性を与えるものの、SUJ2のクロム量ではステンレス鋼ほどの耐食性は得られません。

● その他の微量元素（Si・Mnなど）

ケイ素（Si）は脱酸剤として、またマンガン（Mn）は硫化物の形成を促進して機械的性質を安定化させる目的で添加されています。
一方でリン（P）や硫黄（S）は一般に鋼の靭性や耐久性を低下させる不純物とされており、これらの含有量は非常に低く抑えられています。

● 高炭素クロム鋼としての分類

SUJ2は「高炭素クロム軸受鋼」のカテゴリーに属し、同じような化学成分を持つ海外の鋼材としては以下のようなものがあります。
・AISI 52100（ASTM A295）：アメリカ規格。SUJ2の国際的な相当材
・DIN 100Cr6：ドイツ規格。機械特性もSUJ2と類似
これらの鋼種は基本的に互換性があり、グローバルな生産や輸出入にも対応できます。
実際に、ベアリングや精密機械部品のグローバル市場では、SUJ2と同等材が幅広く使用されています。

● 成分管理と製造の難しさ

SUJ2のような高炭素鋼では、熱処理中に焼割れや変形が起こりやすいため、極めて厳密な成分管理と精密な熱処理工程が要求されます。
特に精密ベアリング用途では、非金属介在物の含有量や粒度、脱ガス処理なども重視され、鋼材メーカーの品質管理能力が最終製品の性能を左右します。

SUJ2の特性と機械的性質

高硬度と耐摩耗性のメカニズム

SUJ2の最大の特徴の一つが、焼入れ処理後に得られる非常に高い硬度と優れた耐摩耗性です。
これらの性質は、ベアリング鋼としての使命、すなわち「高速回転」「重負荷」「繰り返し接触」という過酷な条件下での安定稼働を可能にするために不可欠です。

■ 高硬度の仕組み

SUJ2の硬度は、熱処理（特に焼入れ・焼戻し）によって得られます。
焼入れ処理により、鋼内部のオーステナイト相が急冷されてマルテンサイトという非常に硬い金属組織に変化します。
このマルテンサイト組織は以下のような特徴を持ちます。
・体積膨張を伴う結晶構造変化により、内部応力が増大
・極めて硬く、かつ弾性限界が高い
・鋼中の炭素原子がマルテンサイト内に固溶し、格子ひずみが生じる
このような構造的要因により、焼入れ後のSUJ2はHRC60以上の高硬度に到達します。
これは、一般的な構造用炭素鋼（例：S45Cなど）のHRC50前後と比べても、かなり高い数値です。

■ 耐摩耗性の原理

SUJ2の耐摩耗性は、単に硬度が高いことだけに由来しません。
以下の点も重要です。
・微細で均一な金属組織
　製鋼時に不純物を徹底的に除去することで、非金属介在物の少ない均質な組織が得られます。
これにより、摩耗の起点となる欠陥が少なくなります。

・適度な残留オーステナイト
　焼入れ時に一部残るオーステナイトは、微小変形時の応力緩和材として働き、突発的なクラック発生を防ぐ役割も担っています。

・クロムによる酸化被膜形成と表面強化
　クロムは摩耗面での酸化反応を抑制する働きもあり、摺動面の安定性を向上させます。

■ 実用上の効果

このような特性により、SUJ2は以下のような摩耗が懸念される部品に理想的です。
・転動体（ボール・ローラー）
・軸受のレース（内輪・外輪）
・ガイドピンやシャフト類
たとえば、ベアリング内部ではボールやローラーが常に回転しながら接触・摩擦を繰り返します。
この際に材料が削られたり、表面が変質したりすることは致命的ですが、SUJ2の高硬度・高耐摩耗性によって長寿命かつ安定した使用が可能になります。

■ 注意点：硬すぎるがゆえの脆さ

一方で、SUJ2の高硬度は靭性（割れにくさ）を犠牲にしている側面もあります。
強い衝撃や集中荷重がかかると、微細なクラックが発生し、破壊に至る危険性も否定できません。
このため、熱処理の際には適切な焼戻しによる靭性とのバランス取りが極めて重要です。

焼入れ・焼戻し後の性質

SUJ2は熱処理によって特性が大きく変化する鋼材であり、その性能を最大限に引き出すには焼入れと焼戻しという一連の熱処理工程が不可欠です。
焼入れによって高硬度を得る一方で、焼戻しを行うことで内部応力の緩和や靭性の付与がなされ、実用的な機械部品としての性質が整います。

■ 焼入れ処理とは

焼入れとは、SUJ2を約800〜850℃まで加熱し、オーステナイト組織に変化させた後、急冷（通常は油冷または空冷）によってマルテンサイト組織に変態させる処理です。
この変化により、以下のような効果が得られます。
・極めて高い硬度（HRC60〜65程度）
・優れた耐摩耗性と耐疲労性
・表面および内部の緻密な金属組織形成
ただし、焼入れ直後の状態では、内部に大きな残留応力が生じており、靭性が低下しているため、そのままでは実用に適しません。

■ 焼戻し処理の目的

焼戻しとは、焼入れ後の鋼材を150〜200℃程度の比較的低温で再加熱し、一定時間保持する処理です。
これにより以下の効果が得られます。
・残留応力の除去・緩和
・靭性（割れにくさ）の向上
・寸法安定性の確保
SUJ2の場合、低温焼戻しが一般的であり、硬度をほとんど失わずに靭性を回復できるのが特徴です。
焼戻し後もHRC60前後の硬度が維持されます。
なお、用途によっては二度焼戻し（二次焼戻し）を行う場合もあり、これはさらに安定した金属組織と寸法精度を得るために用いられます。

■ 焼入れ・焼戻し後の組織

熱処理後のSUJ2の金属組織は主にマルテンサイトを主体とし、微細な炭化物（セメンタイト）を含んだ構造です。
以下のような特徴があります。
・緻密で均一なマルテンサイト組織により高強度が得られる
・残留オーステナイトが微量存在し、摺動面の応力を緩和
・微細な炭化物が摩耗に対する抵抗性を向上
このような組織は、ベアリングや精密摺動部などで繰り返し荷重に耐えるために最適化されています。

■ 寸法安定性と経年変化への強さ

焼入れ焼戻し後のSUJ2は、寸法変化が極めて少なく、経年による性能劣化が少ないことも利点です。
これは、熱処理によって内部応力が緩和され、結晶構造が安定化するためです。
特にゲージ類や測定工具など、数ミクロン単位の精度が求められる部品にはこの特性が大きなメリットになります。

■ 注意点と対策

一方で、熱処理中には変形・ひずみ・焼割れといった問題が生じやすく、次のような対策が必要です。
・均一な加熱と冷却を徹底する
・加工前に球状化焼鈍などの下地処理を行う
・焼入れ後の冷却速度を制御し、割れを防ぐ
このように、SUJ2の性能は単に材質そのものによるだけでなく、適切な熱処理プロセスによって完成されると言えます。

耐久性・疲労強度の特徴

SUJ2は、ベアリングや高精度機械部品に広く用いられている鋼材であり、その理由の一つに「耐久性」と「疲労強度」の高さがあります。
これらの特性は、長時間にわたり繰り返し荷重を受ける機械部品にとって非常に重要で、SUJ2の持つ構造的・金属学的特性がその性能を支えています。

■ 繰り返し荷重に耐える疲労強度

疲労強度とは、金属が繰り返し応力を受けた際に破壊されずに耐える限界応力のことであり、SUJ2はその値が非常に高いことで知られています。
これは、以下のような条件を満たしているためです。
・高硬度マルテンサイト組織により、表面がきわめて強靭である
・微細な炭化物（セメンタイト）が硬質な構造を形成し、摩耗や損傷に抵抗
・残留オーステナイトが存在し、応力集中を和らげるクッション的役割を果たす
これにより、SUJ2は数百万回以上に及ぶ繰り返し応力に対しても、表面疲労・転動疲労を起こしにくく、ローリングコンタクト疲労（RCF）強度が高いという特性を示します。

■ 耐久性の実用的評価：寿命予測

ベアリングの寿命設計においては、「L10寿命（信頼性90%での回転数）」と呼ばれる指標が使用されます。
SUJ2製のベアリングは、このL10寿命の数値が高く、重荷重下でも高信頼性を維持できる点で非常に優秀です。
この信頼性の高さは、ベアリングメーカー各社が行う純度管理（介在物の除去）や精密熱処理の精度によってさらに高められています。
製鋼段階での不純物を排除し、金属組織を安定化させることで、耐久性のばらつきを最小限に抑えています。

■ 表面損傷に強い理由

転がり軸受やガイドピンなど、SUJ2が使われる用途では「表面剥離（スパリング）」や「ピッティング（微小欠陥）」などの表面疲労が問題になります。
しかし、SUJ2は以下の理由によりこうした損傷にも高い抵抗性を示します。
・焼入れにより得られた高硬度表面が摩耗を抑制
・表面粗さが極めて低く仕上げられ、クラックの発生源が少ない
・再焼戻し処理やショットピーニング処理による圧縮残留応力の付与
・これらの要素が合わさることで、SUJ2は摩耗損傷から破壊に至るまでの時間が非常に長く、トータル寿命が長いという評価を得ています。

■ 注意点と対策

一方で、SUJ2の高硬度は靭性の低下とも表裏一体であり、次のような問題が生じやすい点には注意が必要です。
・衝撃荷重に弱く、割れが発生しやすい
・応力集中が生じやすい設計では早期破壊の可能性がある
・内部欠陥（介在物、微小空洞）に起因する破断のリスク
これを回避するには、製造段階での介在物管理、表面仕上げの高精度化、そして用途に応じた適切な応力設計・潤滑管理が求められます。

■ まとめ

SUJ2の耐久性・疲労強度は、単に「高硬度」であることにとどまらず、組織の均質性・残留応力の管理・表面性状の最適化といった複数の要素によって支えられています。
特に、高速回転や微小な繰り返し荷重が継続する部品においては、その性能が他の鋼種と比べて非常に安定しており、信頼性の面でも群を抜いていると言えるでしょう。

SUJ2の主な用途と採用事例

軸受（ベアリング）への利用

SUJ2は、転がり軸受（ベアリング）に最も多く使われる材料であり、その特性はこの用途のために最適化されていると言っても過言ではありません。
ベアリングは、機械の回転部において摩擦を最小限に抑え、スムーズな動作を維持するために不可欠な部品です。
ここではSUJ2がベアリング材として優れている理由と、具体的な使用事例について解説します。
まず、ベアリングには耐摩耗性・耐疲労性・寸法安定性・硬度・清浄度といった多くの要件が求められます。
SUJ2は、焼入れによってHRC60以上の高硬度を持ち、しかも非常に緻密で均質な組織を形成できることから、転動体（ボール・ローラー）および内輪・外輪のすべてに使われることが可能です。

SUJ2のベアリング用途での特徴

・高硬度で摩耗しにくいため、長期間にわたって摺動性を保持
・転動疲労に強いため、回転運動に伴う微小な応力繰り返しに対して破壊されにくい
・寸法変化が少なく、高精度なすきま管理が可能
・グローバル互換性が高い（AISI 52100やDIN 100Cr6とほぼ同等）
これらの理由から、SUJ2製ベアリングは以下のような分野で広く活用されています。
・自動車の車輪・エンジン・トランスミッションなどの回転部品
・工作機械の主軸ベアリング
・モーターや発電機の回転支持部
・家電製品（洗濯機・エアコン・掃除機など）
・精密機器（医療機器、光学機器）
SUJ2を用いたベアリングは、その高い信頼性と安定性能から「産業の縁の下の力持ち」とも言える存在です。
近年では、セラミックスやステンレスベアリングも登場していますが、コスト・性能バランスの面で、SUJ2は今なお最もポピュラーな素材となっています。

精密工具・ゲージ類への展開

SUJ2は、ベアリング以外にも精密工具や測定器具（ゲージ）といった分野でも重要な材料として用いられています。
これらの用途に求められるのは、耐摩耗性はもちろんのこと、長期間使用しても寸法が変化しないこと、かつ加工精度を保つことです。
SUJ2はこれらの要求にしっかりと応える特性を備えています。

測定工具におけるSUJ2の使用例

・ブロックゲージ
・ピンゲージ・リングゲージ
・スレッドゲージ（ねじゲージ）
・マイクロメータ・ノギスの部品
これらの測定工具は、ミクロン単位の精度が求められることから、素材としての寸法安定性と熱処理後の変形の少なさが必須条件です。
SUJ2は焼入れ・焼戻し後の寸法変化が非常に少なく、また表面仕上げ性が良いため、鏡面に近い精密加工が可能です。
また、硬度を活かした切削工具の部品（ブレード、ミシン針、ロータリーブレードなど）としても採用されており、強靭な切れ味と長寿命を両立できます。
さらに、球状化焼鈍を施したSUJ2は、切削性を高めた状態で供給され、研削加工にも適しているため、高精度部品の加工母材としても非常に使いやすい材料です。
研削によってミクロン精度まで仕上げられるため、航空機や医療分野の微細加工にも応用されています。
精密測定や切削機構に求められる「硬く、かつ安定している」素材特性を備えたSUJ2は、測定・検査の信頼性を支える中核素材として、高い評価を得ています。

高精度機械部品（スピンドル・シャフト等）への適用

SUJ2はその高強度・高硬度・寸法安定性といった特性を活かし、高精度機械部品の素材としても幅広く利用されています。
特に、スピンドル・シャフト・ガイドピンなど、回転精度や真直性、繰り返し応力に対する信頼性が要求される部品においては、他の鋼種よりも優れたパフォーマンスを発揮します。

代表的な使用例には以下のようなものがあります。
・工作機械の主軸（スピンドル）：高速回転と重荷重を受けながら、振れのない回転が必要
・精密シャフト（リニアモーター用・小径軸）：寸法精度と回転精度が重要
・ガイドピン・スライドシャフト：直線運動の滑らかさを保つための耐摩耗性が必要
・プリンター・OA機器の駆動軸：軽量・小径かつ高剛性を実現する必要がある
これらの用途では、単なる「硬さ」だけでなく、「靭性」や「加工後の歪みの少なさ」も重視されます。
SUJ2は球状化焼鈍材を用いた後、精密機械加工と熱処理を経て、μm（マイクロメートル）単位の精度での部品製作が可能です。
また、研削・ラップ加工との相性も良く、滑らかな表面仕上げが可能なため、潤滑油保持性にも優れるという特徴があります。
これにより、機械の寿命や精度が飛躍的に向上します。
高精度な製品の中でも、特に静音性や耐振動性が求められる部品には、硬さと振動吸収性のバランスが重要ですが、SUJ2は適切な熱処理と仕上げによりこの要件にも対応可能です。
以上のように、SUJ2は“精密・耐久・信頼”をキーワードとする機械部品設計において理想的な材料であり、現代の高度な機械工学を支える不可欠な存在となっています。

他、ブログ記事もご覧ください♪

動画の投稿もしておりますので良ければご覧ください♪