45# vs T8 – 組成、熱処理、特性、および応用

はじめに

エンジニア、調達マネージャー、製造プランナーは、コスト、強度、加工性、耐摩耗性のバランスを考慮して部品を指定する際に、中炭素構造鋼と高炭素工具鋼の間で一般的に選択します。典型的な意思決定の文脈には、シャフトや鍛造品に対して安価で溶接しやすい鋼を優先するか、切削エッジ、金型、成形工具に対して硬く耐摩耗性のある鋼を選ぶかが含まれます。

高レベルでは、主な違いは、45#が単純な熱処理後に強度と靭性を最適化した中炭素構造鋼であるのに対し、T8は焼入れと焼戻し後に高い硬度と耐摩耗性を達成するように設計された高炭素工具鋼であるということです。これらの違いは、設計、製造、ライフサイクルコストにおいて対照的な選択を促します。

1. 規格と呼称

• 45#: 中国のGB規格で一般的な呼称（しばしばAISI/SAE 1045に相当）。シャフト、ギア、一般的な機械部品に使用される中炭素鋼として分類されます。
• T8: 国際的に使用される工具鋼の「T」シリーズの一部（炭素工具鋼）；高炭素工具用途に指定されています。ステンレス鋼やHSLAではなく、炭素工具鋼（工具鋼ファミリー）として分類されます。

他に関連する規格には以下が含まれます： - ASTM/ASME: 中炭素および工具鋼のためのAISI / SAE 10xxシリーズ（例：SAE 1045；高炭素工具用のSAE 1095）。 - EN: EN類似規格は類似の鋼を説明します（例：中炭素用のC45）。 - JIS: 日本の規格にはTシリーズの炭素工具鋼グレードが含まれています。 - GB: 中国の国家規格では、ここで議論されている一般的なグレードに対して45#およびT8の命名法を使用しています。

2. 化学組成と合金戦略

以下は代表的な組成表です。これらは違いを示すために使用される典型的な範囲であり、特定のバッチおよび規格の実際の組成はミル証明書で確認してください。

元素 (wt%)	45# (代表的)	T8 (代表的)
C	0.42–0.50	0.70–0.95
Mn	0.50–0.80	0.20–0.60
Si	0.17–0.37	0.10–0.40
P	≤0.035	≤0.03–0.04
S	≤0.035	≤0.03–0.04
Cr	≤0.25 (しばしば微量)	微量–0.50 (仕様に応じて)
Ni	微量	微量
Mo	微量	微量
V, Nb, Ti, B, N	微量/制御された不純物	通常は微量；一部のバリアントにはVまたはCrが含まれる場合があります

注意： - 45#は主に炭素強化されており、適度なMnとSiを含んで硬化性と強度を向上させています；意図的に合金化された鋼ではありません。 - T8は高炭素工具鋼であり、その主な強化メカニズムは焼入れ後にマルテンサイト硬度を可能にする高炭素含有量です。一部のTシリーズバリアントには、特定の工具鋼サブタイプに応じて小さなCr、V、またはWの添加が含まれる場合がありますが、古典的なT8の組成は高いCと限られた合金含有量が支配しています。

合金効果（定性的）： - 炭素：主な硬化性および硬化性の要因；Cが高いほど達成可能な硬度と耐摩耗性が向上しますが、溶接性と延性が低下します。 - マンガンとシリコン：硬化性と強度を増加させ、製鋼中に脱酸します。 - クロム、バナジウム、モリブデン：十分な量が存在する場合、硬化性、焼戻し抵抗、耐摩耗性を向上させます。 - 微量元素と微合金化（Nb、Ti、B）は、意図的に使用されるときに粒径、靭性、硬化性に影響を与えます。

3. 微細構造と熱処理応答

微細構造： - 45#: 熱間圧延または正規化された状態では、45#は通常フェライト-パーライトの微細構造を示します。焼入れと焼戻し後には、焼戻しマルテンサイト/フェライトの混合物が得られます。粒径とパーライト間隔は冷却と熱履歴に依存します。 - T8: アニーリング状態では、T8は球状化またはパーライトで、加工を容易にするためにセメンタイド粒子を含んでいます。硬化（焼入れ）後には、保持された炭化物を含むマルテンサイトが形成され、焼戻し後には分散した炭化物を持つ焼戻しマルテンサイトマトリックスが高い硬度と耐摩耗性を提供します。

熱処理応答： - 45#： - アニーリング：加工のために柔らかくします（フェライト + パーライト）。 - 正規化：粒を細かくし、わずかに高い強度と靭性を得ます。 - 焼入れ & 焼戻し：適度から高い強度を達成でき、合理的な靭性を持ちます；シャフトやギアに一般的に使用され、ある程度の耐摩耗性が必要です。 - T8： - 球状化アニーリング：加工のための柔らかい状態（炭化物が球状化）。 - 硬化（オーステナイト化 + 焼入れ）：高いマルテンサイト硬度を発展させます。 - 焼戻し：広範な硬度範囲を提供するように調整されます（高温 → 低硬度と改善された靭性）；典型的な用途は、切削/摩耗部品に高い硬度を必要とします。

実用的な意味：T8の適切な硬化後の微細構造は、高い硬度と耐摩耗性を最適化していますが、延性と溶接性は犠牲になります；45#は強度と靭性のバランスを取るように設計でき、より良い靭性と許容範囲の広い熱処理を持っています。

4. 機械的特性

代表的な機械的特性は熱処理と供給者によって異なります。以下の表は典型的な挙動範囲を対比しています；設計のために供給者データを確認してください。

特性	45# (典型的、正規化/焼戻し)	T8 (典型的、アニーリング対硬化)
引張強度	中程度：熱処理後に中程度の数百MPaから約700–900 MPaまで一般的	広範囲：アニーリング状態では低い；硬化/焼戻し後は非常に高い（>1000 MPa）
降伏強度	中程度：シャフトやギアに適した良好な降伏強度	アニーリングでは低い；硬化すると高い降伏を示すが延性は低下
伸び (%)	良好な延性（処理に応じて一般的に約10–20%）	硬化後は低い（1桁%）、アニーリング時は高い
衝撃靭性	正規化または焼戻し時に合理的な靭性	硬化状態では低い；高温焼戻しで改善
硬度	中程度：150–250 HB（アニーリングから焼戻し範囲）	広範囲：アニーリング時約180–240 HB；硬化時は焼戻しに応じてHRC 55–65まで

どちらが強い、靭性がある、または延性があるか？ - 強度：硬化状態では、T8は45#よりも高い究極の強度と著しく高い硬度に達することができます。 - 靭性/延性：45#は与えられた強度レベルに対して高い靭性と延性を示し、衝撃抵抗と疲労が懸念される場合に好まれます。 - 耐摩耗性：T8（硬化）は、より高い硬度と炭化物により45#を大きく上回ります。

5. 溶接性

溶接性は炭素含有量、硬化性、微合金化に強く依存します。

関連する指標： - IIW炭素等価： $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm： $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

解釈（定性的）： - 45#: 中程度の炭素（≈0.45%）は、適切な予熱と溶接後の熱処理を行うことで、厚い部品に対して許容できる溶接性を提供します。CEおよびPcm値は、通常、水素亀裂やHAZの硬度に対する制御を伴う従来の溶接慣行を許可する範囲にあります。 - T8: 高い炭素はCEおよびPcmを上昇させ、硬く脆いHAZや水素亀裂のリスクを増加させます。予熱、制御されたインターパス温度、溶接後の焼戻しまたはPWHTがしばしば必要です。多くの工具用途では、溶接は避けられるか、従来の融合溶接ではなく特殊な手順（例：ブレージング、ハードフェイシング）に制限されます。

結論：45#は溶接が容易で製造において許容されやすい；T8は厳格な制御または代替接合戦略を必要とします。

6. 腐食と表面保護

• 45#も古典的なT8工具鋼もステンレスではありません。腐食抵抗は名目上のものであり、腐食環境に対する選択には表面保護が必要です。
• 一般的な保護方法：塗装、油塗り、リン酸塗装、亜鉛メッキ（45#構造部品用）、電気メッキ、または工具用の耐腐食性オーバーレイの適用。
• PREN（ステンレスの適用性）は非ステンレス炭素/工具鋼には適用されませんが、完全性のために： $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ この指標は、Cr、Mo、Nの含有量が重要なステンレス合金にのみ適用されます。

選択アドバイス：腐食抵抗が設計のドライバーである場合は、45#やT8に依存するのではなく、ステンレスグレードを選択するか、保護コーティングを適用してください。

7. 製造、加工性、成形性

• 45#: アニーリング後の合理的な加工性；アニーリングまたは正規化された状態での良好な成形性と曲げ能力。典型的な製造には鍛造、加工、適度な冷間成形が含まれます。
• T8: アニーリング（球状化）状態では、T8は加工可能ですが、依然として低炭素鋼よりも硬いです。硬化後は加工が難しく、研削が通常必要です。成形は制限されており、多くの工具部品は熱処理後に研削またはEDMで仕上げられます。

仕上げ：T8工具は通常、高硬度のために最適化された研削プロセスと工具材料（CBN、ダイヤモンド）を必要とします；45#は条件に応じて標準のHSSまたはカーバイド工具で加工できます。

8. 典型的な用途

45# (中炭素)	T8 (高炭素工具鋼)
シャフト、アクスル、ピン、スタッド	切削工具、パンチ、せん断刃
ギア（熱処理後）	成形金型、冷間加工工具
中程度の強度と靭性を必要とする機械部品	高い硬度とエッジ保持を必要とする摩耗部品
鍛造部品、構造部品	ブランク工具、ナイフ、せん断エッジ

選択の理由： - 部品が強度、靭性、疲労抵抗、コスト効果のある製造のバランスを必要とする場合は45#を選択してください。 - 高い硬度と耐摩耗性が不可欠で、設計が特殊な熱処理と仕上げを許可する場合はT8を選択してください。

9. コストと入手可能性

• コスト：45#は、炭素が低く合金化が最小限であるため、T8のような工具鋼よりも通常、キログラムあたりのコストが低いです。工具鋼は、炭素含有量が高く、追加の加工が必要なため、プレミアム価格が設定されています。
• 入手可能性：45#はバー、鍛造品、プレート、シートで広く入手可能です。T8は工具鋼の在庫形態（バー、ブランク）で入手可能ですが、通常は限られた寸法であり、特殊な工具鋼グレードや熱処理条件の場合、リードタイムが長くなることがあります。
• 製品形態：事前硬化した在庫や特殊な熱処理が必要な場合、コストとリードタイムが増加します—特にT8の場合。

10. まとめと推奨

まとめ表（定性的）

属性	45#	T8
溶接性	良好（標準的な注意事項を伴う）	不良から制限；厳格な管理が必要
強度–靭性のバランス	良好なバランス；中程度の強度、良好な靭性	高い硬度/強度の可能性；硬化時に靭性が低下
コスト	低い	高い

推奨： - 部品が強度、靭性、疲労抵抗、溶接性、製造の柔軟性のコスト効果のあるバランスを必要とする場合は45#を選択してください（シャフト、アクスル、一般的な機械部品）。 - 工具、切削エッジ、または研削および熱処理を行って耐摩耗性を長持ちさせる必要がある部品に対して高い硬度と耐摩耗性が主な要件である場合はT8を選択してください。また、製造が特殊な熱処理と仕上げを受け入れることができる場合。

最終的な実用的な注意：常に購入注文に正確な規格と必要な熱処理条件を指定し、組成と硬度のためのミル証明書を要求してください。重要な溶接部品や高信頼性部品の場合、部品の熱影響部に代表される溶接手順の資格確認と靭性試験を実施してください。