高強度 35S20 DIN 1651 鋼 - 旋削・焼入れ・焼戻しで自動車・工具用途に対応
DIN 1651 35S20 高強度快削鋼の概要
DIN 1651 Grade 35S20 (材料番号 1.0726) は、全殺鋼製法で製造される中炭素快削鋼です。中程度の強度が要求される大量生産部品、特に靭性要求が厳しくない断面形状の部品に最適化されています。硫黄を 0.18-0.25% 含有することで優れた切削性を実現し、高速切削が可能です。自動車工学、工具製造、装置工学 (ネジ、ナット、小部品) への応用が主です。本グレードは旋削加工後、焼入れ焼戻し処理を施して最終特性を発現させます。
化学組成 (質量%)
| 元素 | 含有範囲 | 役割 |
|---|
| 炭素 (C) | 0.32 - 0.39 | 焼入れ性と強度の確保 |
| マンガン (Mn) | 0.70 - 1.10 | 焼入れ性向上、脱硫 |
| リン (P) | ≤ 0.06 | 不純物 (許容上限) |
| ケイ素 (Si) | 0.10 - 0.30 | 脱酸、強度寄与 |
| 硫黄 (S) | 0.18 - 0.25 | MnS 析出による切削性向上 |
機械的特性 (焼入れ焼戻し後、20°C)
| 特性 | 値 |
|---|
| 引張強さ | 540 - 760 MPa |
| 降伏強さ | 325 - 420 MPa |
| 伸び | 13 - 17 % |
| ポアソン比 | 0.28 |
| せん断弾性率 | 81 GPa |
温度依存物性データ
弾性率の温度依存性
| 温度 (°C) | 弾性率 (GPa) |
|---|
| -100 | 217 |
| 20 | 210 - 212 |
| 100 | 207 |
| 200 | 193 - 199 |
| 300 | 185 - 192 |
| 400 | 175 - 184 |
| 500 | 175 |
| 600 | 164 |
熱膨張係数・比熱・熱伝導・熱拡散率
詳細な温度依存データは仕様書 (Article ID: 1007037177) と同一です。最高使用温度 500°C、融点 1380-1514°C です。
熱処理プロセスと微細組織制御
推奨熱処理サイクル
- 正火 (任意): 850-880°C × 適正時間 → 空冷 (材料均質化)
- 焼入れ: 830-860°C × 30-60分 → 水冷または油冷 (マルテンサイト化)
- 焼戻し: 540-680°C × 60分以上 → 空冷 (靭性確保・残留応力除去)
焼戻し温度による特性変化の目安
| 焼戻し温度 (°C) | 引張強さ (MPa) | 降伏強さ (MPa) | 伸び (%) | 硬度 (HB) |
|---|
| 540 (低温焼戻し) | ~850 | ~650 | ~8 | ~250 |
| 600 (中温焼戻し) | ~700 | ~500 | ~12 | ~210 |
| 680 (高温焼戻し) | ~550 | ~350 | ~18 | ~170 |
※ 上記は目安値。実際の値は材料寸法、炉内雰囲気、冷却速度により変動します。
切削加工における優位性
- 切りくず分断性: MnS 介在物が切りくずを微細化し、巻き付き・詰まりを防止
- 工具摩耗低減: 硫黄の潤滑効果と切削抵抗低減で工具寿命 1.5-2倍延長
- 高速切削対応: 一般構造用鋼対比 30-50% 高い切削速度 (Vc = 150-250 m/min 程度)
- 仕上げ精度: ビルトアップエッジ (BUE) 形成抑制により、安定した寸法精度・面粗さ (Ra 0.8-1.6 μm) を実現
自動車・工具用途への適用事例
| 分野 | 部品例 | 要求特性 | 35S20 採用理由 |
|---|
| 自動車 | トランスミッション シャフト、ピニオン ギア | 高強度、耐摩耗性、量産性 | 焼入れ焼戻しで高強度化 + 快削性で加工コスト低減 |
| 自動車 | エンジン マウント ボルト、高力ボルト | 高疲労強度、ねじ精度 | 冷間圧造後の熱処理で高強度化、ねじ切り加工が高速化 |
| 工具 | ドリル シャンク、タップ ホルダ | 剛性、寸法安定性 | 焼戻しによる残留応力除去 + 高速旋削で量産対応 |
| 装置 | 精密小ネジ、カム、ピン | 微細加工性、表面品質 | 自動盤での無人運転に適した切りくず処理性 |
注意事項・制限事項
- 溶接性: 硫黄含有により溶接割れ感受性が高い。溶接構造部材には非推奨 (要予熱・後熱処理)
- 靭性: シャルピー衝撃値は室温で 20-40 J 程度。低温靭性要求用途には不向き
- 耐食性: 表面処理 (メッキ、黒染め、リン酸塩処理) が必須
- 大径材: 断面中心部まで焼入れが行き届かないため、φ50mm 以上では芯部特性が低下する
同等・代替グレード
| 規格 | グレード | 特徴・相違点 |
|---|
| JIS G 4804 | SUM32 | 最も近い日本規格快削鋼。Pb 含有版 SUM32L もあり |
| ISO 683-4 | 11SMn30 | 国際規格。Pbフリー対応 |
| ASTM A29 | 1215 / 12L14 | 米国快削鋼。12L14 は Pb 含有でさらに切削性向上 |
| DIN EN 10277-3 | 11SMn30 (1.0715) | 冷間仕上鋼材規格。C+QT 指定なし |
