ASTM A109 グレードNo.3 1/4硬質鋼 – 仕様と特性
概要
ASTM A109 グレードNo.3（1/4硬質・Quarter Hard）は、冷間圧延炭素鋼板・鋼帯の中で、全軟質と半硬質の中間に位置するグレードです。ロックウェル硬度Bスケールで60–75 HRB、伸び13–27%を持ち、成形性と強度の優れたバランスが特徴です。ばね材、精密プレス部品、一般板金部品に広く採用されています。
一般特性
| 特性 | 温度 | 値 | 備考 |
|---|---|---|---|
| 密度 | 23.0 ℃ | 7.8 – 7.9 g/cm³ | 低炭素鋼として典型的 |
機械的特性
| 特性 | 温度 | 値 | 備考 |
|---|---|---|---|
| 弾性率（ヤング率） | 23.0 ℃ | 200 – 215 GPa | 低炭素鋼として典型的 |
| 伸び（A50） | 23.0 ℃ | 13 – 27 % | 良好な成形性 |
| ロックウェル硬度 Bスケール | 23.0 ℃ | 60 – 75 HRB | 1/4硬質の目安 |
| ロックウェル表面硬度 15-T | 23.0 ℃ | 80 – 85 HR15T | 薄板用表面硬度 |
| ロックウェル表面硬度 30-T | 23.0 ℃ | 56 – 67 HR30T | 薄板用表面硬度 |
| ポアソン比 | 23.0 ℃ | 0.29 | 低炭素鋼として典型的 |
| せん断弾性率 | 23.0 ℃ | 82 GPa | 低炭素鋼として典型的 |
| 引張強さ | 23.0 ℃ | 310 – 450 MPa | 板厚・処理により変動 |
熱的特性
| 特性 | 温度 | 値 | 備考 |
|---|---|---|---|
| 線膨張係数 | 23.0 ℃ | 1.32×10⁻⁵ – 1.38×10⁻⁵ 1/K | 低炭素鋼として典型的 |
| 最高使用温度 | – | 500 ℃ | 炭素鋼として典型的 |
| 融点 | – | 1480 – 1526 ℃ | 低炭素鋼として典型的 |
| 比熱容量 | 23.0 ℃ | 465 J/(kg·K) | 低炭素鋼として典型的 |
| 熱伝導率 | 23.0 ℃ | 25 – 93 W/(m·K) | 低炭素鋼として典型的 |
電気的特性
| 特性 | 温度 | 値 | 備考 |
|---|---|---|---|
| 電気抵抗率 | 23.0 ℃ | 1.43×10⁻⁷ – 1.74×10⁻⁷ Ω·m | 炭素鋼として典型的 |
磁気的特性
| 特性 | 値 | 備考 |
|---|---|---|
| キュリー温度 | 770 ℃ | 低炭素鋼として典型的 |
化学成分
| 元素 | 含有量（%） |
|---|---|
| 炭素（C） | 0.25 |
| クロム（Cr） | 0.15 |
| 銅（Cu） | 0.20 |
| マンガン（Mn） | 0.90 |
| モリブデン（Mo） | 0.06 |
| ニッケル（Ni） | 0.20 |
| リン（P） | 0.03 |
| 硫黄（S） | 0.025 |
ASTM A109 テンパー分類とグレードNo.3の位置づけ
| テンパー記号 | 名称 | 硬度 HRB | 伸び A50 | 引張強さ MPa | 主用途 |
|---|---|---|---|---|---|
| No. 1 | 全軟質 | 50 – 65 | 30 – 40% | 270 – 380 | 深絞り、複雑成形 |
| No. 2 | 1/4硬質 | 60 – 75 | 13 – 27% | 310 – 450 | ばね、精密部品、一般板金 |
| No. 3 | 半硬質 | 70 – 85 | 4 – 16% | 380 – 520 | 高強度ばね、精密部品 |
| No. 4 | 3/4硬質 | 80 – 90 | 2 – 8% | 450 – 580 | 高強度部品、耐摩耗 |
| No. 5 | 全硬質 | 85 – 95 | 1 – 4% | 520 – 650 | 最高強度、成形不可 |
主な用途
- 薄板ばね・板ばね（自動車シート、電気接点）
- 精密プレス部品（コネクタ、端子、シールドケース、ブラケット）
- 一般板金加工品（ケース、カバー、ダクト）
- 電気・電子機器部品（モーターコア、リレー部品）
- 自動車内外装部品（ヒンジ、ラッチ、ブラケット）
- 事務機器・家電製品の構造部品
- 建築金物・金具類
特長
- 成形性と強度の最良バランス（汎用性最高グレード）
- 深絞りから曲げ・絞り複合成形まで幅広く対応
- 焼き戻しによる硬度調整が容易
- 表面品質優秀で、めっき・塗装・化成処理に適する
- 寸法公差が厳しく、自動化ラインに適合
- コストパフォーマンスに優れる
グレード選定ガイド
| 要求特性 | 推奨グレード | 理由 |
|---|---|---|
| 深絞り・複雑成形が主 | No.1（全軟質） | 最大伸び、最低硬度 |
| 成形性と強度のバランス | No.2（1/4硬質）★ | 汎用性最高、最も入手容易 |
| 高強度ばね・薄板精密部品 | No.3（半硬質） | 高硬度、高強度、寸法安定 |
| 最高強度・耐摩耗・成形不要 | No.4/No.5 | 高硬度、低伸び |
加工・熱処理上の注意
- 曲げ加工：板厚×0.5–1.0倍の内側Rで可能（ロール直角方向推奨）
- 焼きなまし：650–700℃で全軟質化可能
- 応力除去：300–400℃×30–60分で残留応力低減
- 溶接：スポット溶接・シーム溶接良好、アーク溶接は硬化注意
- 表面処理：電気亜鉛めっき、溶融亜鉛めっき、電着塗装すべて適合
金属
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