1045 炭素鋼: 特性、用途、および加工性

1045は、炭素含有量約0.45%の中炭素鋼です。低炭素鋼よりも高い焼入れ性を必要とする機械加工されたシャフト、ピン、摩耗面などに適しています。ただし、鋼種名だけでは引張強度、硬度、納入状態は特定できません。

特性データをバーのサイズと加工ルートに合わせ、完成品が満たすべき条件を定義します。

生産現場の鉄筋 — 鉄筋の製造。グレードは不明。タスクメディア／ウィキメディア・コモンズ, CC0サイズに合わせてトリミングしました。

1045鋼とはどういう意味ですか？

SAE規格では、「10」は普通炭素鋼のファミリーを、「45」は公称炭素含有量が約0.45%であることを示します。AISI 1045やUNS G10450といった表記を目にすることもあるでしょう。これらの表記は材料のグレードを表すものであり、棒鋼が焼きなまし処理、冷間引抜き、または既に焼き入れされていることを意味するものではありません。

冷間引抜き加工や熱処理は、機械的特性を変化させる可能性がある。旋削加工、研削加工、研磨加工は、主に表面加工または寸法加工を指す。研磨された棒材は、冷間引抜きされた棒材とは異なる体積特性を持つ場合がある。

表示されている組成は、Atlas 1045 barのものです。注文書に記載されている化学組成の制限値と製品要件に従ってください。SAE J403は炭素鋼の化学組成を規定する規格です。サプライヤーが公開している表は、適用される規格に代わるものではありません。

アトラス1045バーの組成、質量％
素子	公表されている範囲または最大値
カーボン、C	0.43〜0.50％
マンガン、Mn	0.60〜0.90％
シリコン、Si	0.10〜0.35％
リン、P	最大0.040％
硫黄、S	最大0.040％

1045 機械的特性は状態とサイズに依存する

まず納品条件を確認し、次に適用可能な直径範囲を特定してください。冷間引抜き棒、圧延棒、焼入れ焼戻し部品に、共通の「1045強度」値を適用すべきではありません。

アトラス社は、通常の1045を化学組成に基づいて供給しており、最低限の機械的特性を保証するものではありません。下記の表に記載されている数値は参考値です。保証された特性については、供給業者と別途合意する必要があります。

アトラス1045バール：公表されている参考値であり、供給を保証するものではありません。
バーの状態	直径（mm）	引張強度（MPa）*	降伏強度（MPa）*	伸長（％）†	硬度（HB）*
冷間引抜	≤16	690	540	8	207
冷間引抜	>16～38	650	510	8	195
冷間引抜	>38～80	640	500	9	190
圧延または旋削加工後、研磨する。	≤260	600	300	14	179

*出典元ではこれらの項目を「最小値」と表記していますが、表には代表的な特性値のみが記載されています。これらは、合意された特性管理命令の下でのみ許容限界値となります。†伸びは50mmゲージ長で測定します。出典：アトラス、1ページ。画面が狭い場合は、表を水平方向にスクロールしてください。

例：20 mmの冷間引抜き棒から機械加工された15 mmのシャフト。供給された20 mmの棒は、>16～38 mmの列に属します。これを15 mmに旋削加工しても、≤16 mmの冷間引抜きカテゴリの材料にはなりません。設計で540 MPaの降伏強度が要求されている場合、このより小さい棒の参照値は適合性を証明するものではありません。必要な特性、加工状態、および試験基準について供給業者と合意してください。

焼き入れと焼き戻しは別の条件です

アトラス社は、直径40mmまでの焼入れ焼戻し棒材について、650～800MPaの引張強度範囲を例示的に示しています。これは上記の行とは異なる材料条件であり、すべての1045部品に適用できる強度向上策ではありません。処理方法、断面形状、試験箇所は要求仕様に合致している必要があります。

「正規化」についても、同様に独自のデータが必要です。これは熱間圧延の別名ではなく、どちらの状態も、仕様や試験なしに一定の硬度を定めるものではありません。

強度、硬度、剛性はそれぞれ異なる質問に答えるものである。

降伏強度は永久変形に関係する。硬度は局所的な圧痕に対する抵抗を表し、熱処理された表面の状態を監視するのに役立つ。弾性剛性は、荷重がかかった部品が降伏するまでにどれだけたわむかを決定する。

シャフトの硬度が高いからといって、必ずしも剛性が大幅に向上するとは限りません。弾性曲げが問題となっている場合は、硬度を上げることを解決策とする前に、直径、支持されていない長さ、および支持位置を確認してください。

物性値の推定には独自の情報源が必要です

予備計算のために、Ovako社は関連するC45シリーズについて以下の値を公表しています。これらは中炭素鋼の参考値として役立ちますが、任意の1045ヒートの認証特性ではありません。最終モデルでは、実際のグレードと温度については供給元のデータを使用してください。

関連するC45ファミリー：Ovakoの典型的な物理値
プロパティ	標準値	公表されている温度基準
密度	7,800 kg/m³ (7.80 g/cm³)	表に温度の記載なし
ヤング率	210GPa	表に温度の記載なし
熱伝導率	40～45 W/(m·K)	周囲温度
平均熱膨張率	12μm/(m・K)	20-300°C
比熱容量	460～480 J/(kg·K)	供給業者が記載している50/100℃

出典：Ovako C45、「その他の特性（代表値）」。周囲温度の値を溶接温度に適用したり、この表を等級の同等性の証拠として扱ったりしないでください。

1045はどれほど難しくなるのだろうか？

1045鋼は、適切な加熱と焼入れを行うことで硬い表面を形成できます。例えば、voestalpine社は、800～830℃で焼入れ後、水冷することで平均表面硬度が約57HRCになると報告しています。これはサプライヤーによる処理例であり、部品全体または各焼戻しサイクル後の最終硬度を保証するものではありません。

硬度と焼入れ性は別物です。焼入れ性とは、特定の冷却条件下で鋼がどれだけ深く硬化できるかを示すものです。表面硬度が高いからといって、太いシャフトの中心部の特性がわかるわけではありません。

必要な物件の処理方法を選択してください

サプライヤー対応例と検証結果
ルート	公開されている温度の例	目的と検証
フルアニーリング	800～850℃、アトラス	より軟らかい加工条件を用意する。冷却方法と最終硬度について合意する。
正規化	840～880℃、アトラス	制御された初期構造を確立する。必要な硬度または機械的特性を確認する。
冷やして焼き戻す	820～860℃で焼き入れ、550～660℃で焼き戻し、アトラス	強度と延性のバランスが取れた実用的な製品を開発する。焼入れを検証し、指定された断面における特性を確認する。
誘導加熱または火炎焼入れ	820～860℃、voestalpine	選択した表面を硬化させます。硬度、深さ、遷移領域、およびその後の焼き戻し要件を定義します。
応力緩和	600～650℃、voestalpine	材料の状態が許す限り、残留応力を低減してください。以前の焼き戻し処理および最終硬度との適合性を確認してください。

出典：Atlas、熱処理、およびvoestalpine、AISI 1045。これらは個別の工程参照であり、完全な炉の手順ではありません。保持時間、雰囲気、移送、焼入れ条件、および最終試験については、別途指定する必要があります。

深さと面番号を指定してください。高周波焼入れされたピンの場合は、焼入れ領域、有効深さの定義、表面硬度、および芯部の要件を合意してください。仕上げ後、最終部品を確認してください。表面の圧痕が1つ通過した場合でも、研削代や局所的な軟化領域が問題となる場合があります。

焼き戻しと応力除去は温度範囲が重なる場合があるが、目的は異なる。特に、アトラス社の550～660℃の工程は焼き戻しである。その後の応力除去工程は、前の処理と照らし合わせて検討する必要がある。応力除去によって、部品が保持すべき硬度が変化する可能性があるからだ。

旋盤は、センター間に支えられた棒を旋削する。 — センター間を移動中。学年は不明。デイビッド・イングリッシュ / ウィキメディア・コモンズ, CC BY-SA 4.0表示用にサイズ調整済み。

1045 は機械加工しやすいですか?

1045鋼は旋削、穴あけ、フライス加工が日常的に行われるが、適切な切削条件を推奨するには、被削材の状態と硬度を考慮する必要がある。被削性パーセンテージだけでは、加工速度や送り速度を決定することはできない。

チャックに実際に取り付けられている材料から始めましょう。

納品時の状態、測定された硬度、スケール、および硬化層の有無を確認してください。サンドビック・コロマントは、非合金鋼の切削データを炭素含有量と熱処理条件別に分類しています。使用するインサートまたはドリル、および実施する加工内容に応じて、工具メーカーのデータを使用してください。

スピードを追求する前に、セットアップの問題を解決しましょう。

長いシャフトの場合、テーパーやビビリが発生したら、支持部、突き出し量、ワーク保持状態を確認してください。断続切削の場合は、インサートの選定に断続切削を考慮に入れてください。摩耗と切りくずの挙動を記録しておき、次回の調整で問題に対応できるようにしてください。

硬化前に最終的な表面形状を計画する

適切な加工状態になるまで主要な材料除去を完了し、処理による歪みや仕上げ加工の許容範囲について合意する。焼き入れと研削を行うジャーナルは、納品状態のまま完全に加工されるピンとは異なる加工手順が必要となる。

1045 鋼は溶接できますか?

はい、適切な手順を踏めば可能ですが、通常の低炭素鋼溶接よりも入念な準備が必要です。熱サイクルによって硬い熱影響部が形成される可能性があり、割れのリスクは材料、水素、接合部の応力によって異なります。

TWIの水素割れに関するガイダンスでは、予熱が冷却を遅らせ、水素の放出を促進する仕組みが説明されています。必要な温度は、組成、厚さ、拘束条件、消耗品、および熱入力によって異なります。すべての1045継手に共通の予熱温度を設定すると、これらの違いが隠蔽されてしまいます。

溶接と冷間成形が新しい設計の主要因となる場合は、 1045規格を採用する前に、 1018規格のルートと強度および耐摩耗性の要件を比較検討してください。

1045溶接試験では何を立証すべきか？

材質と形状： 熱処理の化学組成、初期硬度、接合部の寸法、拘束条件、および既存の表面処理。
手順： 充填剤を使用する場合、その準備、水素制御、予熱/工程間制限、熱入力、冷却または後処理経路。
受け入れ： 必要な溶け込み深さ、溶接部および熱影響部の硬度、指定時間における亀裂検査、および関連する機械的試験。

レーザー溶接の場合、意図した接合部とプロセスで作成したサンプルに対して、これらのチェックを実施してください。ビードが狭い、または滑らかであるだけでは、適切な硬度、溶け込み深さ、または耐亀裂性を示すものではありません。既存の硬化領域についても、局所的な特性変化を評価する必要があります。

クランクシャフト（ベアリングジャーナルとシャフト断面の変化部を示す） — クランクシャフトの形状。写真に写っている材料は1045とは特定されていません。アレックス・コヴァチ / ウィキメディア・コモンズ, 2.0てCCサイズに合わせてトリミングしました。

1045はどのような場面で意味を持つのか？

一般的な用途としては、シャフト、車軸、ピン、ピストンロッド、ギアラックなどが挙げられます。これらはあくまでも初期的な用途であり、この名称を持つすべての部品に1045を使用すべきだという証拠ではありません。

摩耗荷重を受けるピンの場合、表面硬化処理によって、異なるコア状態を維持しながらニーズを満たすことができる。一方、高荷重を受けるシャフトの場合、コア強度、耐衝撃性、または肩部の疲労が重要な課題となる可能性がある。

部品全体を点検してください。キー溝、急激な直径変化、または損傷したジャーナルは、材料証明書が規定の引張強度要件を満たしていても、性能に影響を与える可能性があります。

材料と製造工程全体を比較検討してください。最も安い棒材の見積もりでも、矯正、工具摩耗、熱処理の再加工、または追加検査などの費用が発生すれば、その優位性は失われてしまいます。

1045、1018、4140：どれを選ぶべきか？

提案された1045ルートが要件を満たせないことを、等級変更の理由として使用してください。等級名の数字が大きいことは、パフォーマンスランキングではありません。

製造業およびサービスニーズによる等級比較
検討すべきグレード	役に立つとき	確認しなければならないことは
1018軟鋼	溶接、成形、および一般的な機械加工部品で、必要なコア特性が低炭素鋼種の使用を許容する場合。	最終的な強度、および摩耗面に対して別途浸炭処理が必要かどうか。
1045炭素鋼	中炭素鋼の焼入れ反応を必要とする機械加工部品（誘導加熱焼入れされた表面を含む）。	供給条件、特性分布、硬化深さ、および実際の断面応答。
4140合金鋼	1045鋼ではより深い硬化や必要なコア特性の組み合わせを確実に達成できない場合は、Cr-Mo合金を用いる方法があります。	指定された処理後の該当深度における特性。疲労強度と靭性については、別途検証が必要である。

同じ製品形状、断面、最終状態を比較する。表面硬化処理を施した1045鋼部品と、焼きなまし処理を施した4140鋼棒では、異なる要求事項に対応することになる。

「1045」以外の材料を指定してください。

C45とS45Cは1045と同等ですか？

C45、C45E、C45R、S45Cは、一般的な原料比較の名称です。Ovako社はこれらを類似の名称として記載していますが、同時にC45の各バリエーション間の組成の違いも示しています。名称が似ているからといって、代替品として使用できるわけではありません。

適用される化学組成の制限、製品形態、納入条件、サイズ依存特性、および試験要件を比較してください。図面でSAE 1045が要求されている場合は、発注前に担当の購買担当者または設計責任者に別の規格の承認を得てください。

発注書には何が記載されるべきですか？

必要な条件と検査内容を見積もってもらうために、仕入先に十分な情報を提供してください。入荷時の受入検査と、部品の機械加工または熱処理後に必要となる検査は分けて実施してください。

等級および製品形態: 適用される仕様書および改訂基準、等級、棒材または鍛造品の形状、数量、寸法を明記してください。棒材の仕様書は、板材または完成鍛造品を対象とするものではありません。
配送条件: 該当する場合は、圧延、冷間引抜き、焼ならし、焼きなまし、または焼入れ焼戻し処理を施してください。直径公差、真直度、表面仕上げの要件も追加してください。
必須のプロパティ: 設計に必要な引張強度、降伏強度、硬度、靭性の値を定義します。硬化表面の場合は、ゾーン、深さの定義、コアの要件を追加します。
検査とトレーサビリティ: 試験場所、方向、方法、サンプリング頻度、および試験時の材料状態について合意する。試験結果は、供給されたロットまたはロットに追跡可能であることを要求する。
表面仕上げ: 完成品またはその後の加工に影響を与えるスケール、表面欠陥、脱炭、加工代、腐食防止対策に対処する。

1045鋼に関する質問がさらに2つあります。

1045は屋外で錆びますか？

はい。1045は炭素鋼であり、ステンレス鋼ではありません。露出面および作業面には、保管保護、コーティング、またはその他の腐食防止方法を選択してください。摺動面または密閉面の場合は、保護によって寸法、摩擦、またはシールとの適合性が変化しないかどうかも確認してください。

携帯型XRF装置で、棒状試料の純度が1045であることを確認できますか？

1045を識別するために必要な炭素含有量を確認することはできません。Evidentは、XRFの炭素に関する限界について説明しています。トレーサブルな材料文書を使用し、化学的検証が必要な場合は、校正済みのスパーク発光分光法（OES）などの適切な炭素分析法を使用してください。日立は、炭素およびその他の鋼元素のOES分析について説明しています。化学的検証では、硬度や機械的特性は依然として確立されません。

1045部品のレーザー加工を計画していますか？

図面、材料の状態、および受入要件をOceanplayer Laser社と共有してください。代表的なサンプルは、提案されたプロセスが部品の要件を満たしているかどうかを判断するのに役立ちます。

申請について話し合う

お問い合わせの際に、以下の情報を含めてください。
部品の図面と厚さ、材料証明書または熱処理化学組成、納入時の硬度、既存の処理、予定されているレーザー加工、および必要な検査結果。

技術情報源

アトラススチール社製 1045バールデータシート組成、条件付き機械的特性データ、および熱処理。2021年9月10日改訂。
voestalpine — AISI 1045表面硬度を含む、用途および処理例。
オバコ・スチール・ナビゲーター — C45関連するグレードのバリエーションと、明示的にラベル付けされたC45の物性データ。
SAE J403 — 炭素鋼の化学組成・公共の適用範囲。詳細な仕様は、それを指定する命令を規定する。
サンドビック・コロマント - ワークピース材料材質および状態による機械加工の分類。
TWI ― 鋼材の水素割れ防止予熱、水素制御、溶接手順に関する考慮事項。
明らかになった事実 ― XRFに関する疑問と限界携帯型XRFで炭素を測定できない理由。
日立ハイテク ― 品質保証・品質管理のための金属分析炭素分析が可能なOES分析。