SUJ2 対 100Cr6 – 成分、熱処理、特性、および用途

はじめに

SUJ2と100Cr6は、世界中で転がり要素、リング、その他の耐摩耗部品に使用される高炭素、高クロムベアリング鋼の2つの業界認識された名称です。エンジニア、調達マネージャー、製造プランナーは、ハードネビリティ、表面仕上げ、転がり接触下での寸法安定性が重要なベアリング部品、シャフト、または摩耗部品を指定する際に、これらのグレードの選択に直面することが一般的です。

実際の選択のジレンマは、地域の標準化とサプライチェーン（日本とヨーロッパの設計/仕様慣行）と、冶金的同等性の間で中心にあります。両方のグレードは同じアプリケーションスペースを意図していますが、異なる標準と製造公差に従っています。この記事では、技術専門家が情報に基づいた選択を行えるように、標準、化学組成、微細構造、熱処理応答、機械的性能、製造上の問題、およびアプリケーションガイダンスを比較します。

1. 標準と名称

• SUJ2: 一般的にJIS G4805 SUJ2として引用される日本工業規格（JIS）名称。多くの点でAISI 52100に相当します。
• 100Cr6: ヨーロッパ標準EN名称（EN 100Cr6）。EN数値システムでは1.3505としても参照されます。
• AISI/ASTMの同等物: AISI 52100は、多くのベアリングアプリケーションにおいてSUJ2および100Cr6の両方と同等と見なされることが一般的です。
• GB（中国）: 通常、中国のGB同等物の下で供給され、これらの化学組成に密接に一致します。

分類: SUJ2と100Cr6は、いずれも高炭素、クロム合金のベアリング鋼（非ステンレス、工具/転がり接触鋼）です。これらはステンレス鋼でもHSLAグレードでもありません。

2. 化学組成と合金戦略

以下の表は、SUJ2と100Cr6の典型的な組成範囲をまとめたものです。値は質量パーセントで示され、一般的な仕様範囲を表しています。正確な限界については、特定の供給者の証明書を参照する必要があります。

元素	SUJ2（典型的範囲、wt%）	100Cr6（典型的範囲、wt%）
C	0.95 – 1.10	0.95 – 1.05
Mn	0.25 – 0.45	0.25 – 0.45
Si	0.15 – 0.35	0.15 – 0.35
P	≤ 0.03 – 0.04	≤ 0.03 – 0.04
S	≤ 0.03 – 0.04	≤ 0.03 – 0.04
Cr	1.30 – 1.60	1.30 – 1.65
Ni	≤ 0.30（微量）	≤ 0.30（微量）
Mo	≤ 0.08（一般的になし）	≤ 0.08（一般的になし）
V, Nb, Ti, B, N	通常は指定されず、微量レベルで存在	通常は指定されず、微量レベルで存在

合金が性能に与える影響: - 炭素: 主なハードネビリティおよびマルテンサイト硬度の寄与者; ~1.0% Cは、焼入れおよび焼戻し後に高い硬度と高い耐摩耗性を可能にします。 - クロム（~1.3–1.6%）: ハードネビリティを増加させ、耐摩耗性および焼戻し安定性に寄与します; ステンレス腐食抵抗を付与するには十分ではありません。 - Mn/Si: 脱酸および強度の寄与者; Mnはハードネビリティを助けます。 - P/Sの低レベルは、疲労性能および包含物制御のために管理されています。

全体的な合金戦略: 高炭素と適度なクロム含有量を通じて達成可能な硬度と耐摩耗性を最大化し、化学組成をシンプルに保つことで包含物と疲労寿命を制御します。

3. 微細構造と熱処理応答

典型的な微細構造: - アニーリング/ソフトアニーリング状態: 良好な加工性のためにフェライトマトリックス内に主に球状化した炭化物が存在します。これは成形および加工のための好ましい出発微細構造です。 - 焼入れおよび焼戻し: 細かく分散したクロム炭化物を含むマルテンサイトマトリックス; 高い硬度と耐摩耗性を提供します。特定の断面サイズまでのベアリングリングおよびボールには、全体硬化が一般的です。 - ケースハードンバリアント: これらのグレードにはあまり一般的ではありません; 鍛造は通常使用されませんが、鋼はすでに高炭素を含んでいます。

プロセスの影響: - 正規化（A3以上および空冷）は、粒子サイズを精製し、最終硬化前により均一なハードネビリティを生成できます。 - 焼入れ（油または空気、断面サイズおよび必要な硬度に応じて）は、オーステナイトをマルテンサイトに変換します。厚いセクションや変形を減少させる必要がある場合は、間欠焼入れまたはオーステンパリングバリアントが使用されることがあります。 - 焼戻しは脆さを減少させながら高い硬度を保持します; 焼戻し温度は最終的なHRCと靭性のトレードオフを制御します。低い焼戻し温度は高い硬度と低い靭性をもたらし; 高い焼戻しは硬度のコストで靭性を増加させます。

SUJ2と100Cr6の微細構造調整の違いは、主に手続き的（熱処理サイクル、焼入れ媒体、製造公差）であり、化学的要因によるものではありません。

4. 機械的特性

機械的特性は熱処理および断面サイズに強く依存します。以下の表は、アニーリングおよび全体硬化状態の指標範囲を提供します; 参考として使用し、供給者のデータシートまたは引張試験で確認してください。

特性	アニーリング（典型的）	全体硬化（焼入れ＆焼戻し）典型的
引張強度（MPa）	~600 – 900（アニーリング）	しばしば>1500（硬化マルテンサイト; 硬度に応じて2000 MPaを超えることができます）
降伏強度（MPa）	~300 – 600（アニーリング）	>1200（硬化）
伸び（%）	~10 – 20（アニーリング）	~1 – 6（硬化）
衝撃靭性（シャルピー、J）	中程度（アニーリング、アプリケーション依存）	低から中程度（高硬度は靭性を低下させる）
硬度	~HB 180–260（アニーリング）	~58 – 66 HRC（ベアリングアプリケーションに典型的）

どちらが強い/靭性がある/延性があるか: - SUJ2と100Cr6は、化学組成が本質的に同等であるため、非常に類似した機械的応答を示します。全体硬化したマルテンサイトは高い強度と硬度を提供しますが、延性と衝撃靭性のコストがかかります; アニーリングは、加工および成形のためにより柔らかく、延性のある構造を生成します。

5. 溶接性

高炭素（~1.0%）は、これらのグレードを従来の溶接に対して不適切な候補にします。主な考慮事項: - 高炭素含有量は、熱影響部（HAZ）で硬く脆いマルテンサイトの形成リスクを高め、冷却亀裂に対する感受性を高めます。 - CrおよびMnによって駆動されるハードネビリティは、HAZ硬度をさらに増加させます。

有用な溶接性指数: - 炭素等価（IIW）: $$ CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15} $$ - より包括的な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: - 両方の式は、C ≈ 1.0および測定可能なCrを持つ場合、$CE_{IIW}$および$P_{cm}$の値が低炭素鋼に対して高くなることを示しており、予熱、低水素手順、および溶接後の焼戻しが必要であることを示しています。重要な部品の場合、溶接は通常避けられます; 機械的結合、加工、または分離可能な部品の設計が好まれます。

6. 腐食および表面保護

• これらのグレードは非ステンレスです; クロムが~1.3–1.6%で、プレーンカーボン鋼に対して腐食抵抗をわずかに改善しますが、腐食抵抗があるとは言えません。
• 一般的な保護手段: 塗装、油塗り、リン酸処理、または電気メッキ; 一部のサブコンポーネントに対しては亜鉛メッキが可能ですが、精密転がり要素には一般的ではありません。
• PREN（ピッティング抵抗等価数）は、PRENがはるかに高いCr、Mo、およびNを持つステンレスグレードに使用されるため、意味のある方法では適用できません: $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$
• 腐食にさらされるベアリング部品には、ハードクロムメッキやDLCコーティングなどの表面処理が頻繁に行われるか、ステンレスベアリング鋼（例: AISI 440Cまたはマルテンサイトステンレスベアリング）への切り替えが指定されます。

7. 製造、加工性、および成形性

• 加工性: アニーリング（球状化）状態で最良—焼入れされた硬い部品の高速加工にはカーバイド工具と遅い送りが必要です。アニーリング状態のSUJ2/100Cr6は、AISI 52100と同等に加工されます。
• 研削および仕上げ: 熱処理後の転がり要素およびリングの精密研削が一般的です; 硬化部品には良好なカーバイドまたはCBN工具が使用されます。
• 成形/曲げ: 硬化状態では制限があります; 成形される予定の部品はアニーリング状態で成形し、その後仕上げ加工および熱処理を行うべきです。
• 表面仕上げ: ベアリング寿命のために低い表面粗さと高い寸法精度を達成することが重要です; 微細研削およびスーパーフィニッシングが標準です。

8. 典型的な用途

SUJ2（JIS）の典型的な用途	100Cr6（EN）の典型的な用途
日本市場の機械用の精密ボール、ローラー、小型ベアリング、シャフトおよびスピンドル	ヨーロッパ市場の転がり要素ベアリング（ボール、ローラー、リング）、シャフト、精密摩耗部品
自動車および産業機器用の小型から中型のベアリング部品	工作機械、自動車トランスミッション、重工業用の高精度ベアリング
JIS標準の文書および供給チェーンが必要な部品	EN/ヨーロッパ標準のトレーサビリティおよび供給チェーンの整合性が必要な部品

選択の根拠: 高硬度、良好な疲労強度、予測可能な摩耗挙動が必要な転がり接触部品にはこれらのグレードを選択します。SUJ2と100Cr6の選択は、冶金的性能よりも地域の標準、供給者の資格、およびトレーサビリティ要件によって頻繁に駆動されます。

9. コストと入手可能性

• 両方のグレードは、バー、リング、ストリップ、および精密ボールの形状で広く入手可能な商品ベアリング鋼です。
• 地域の違い: SUJ2はアジアおよびアジアの供給者によって一般的に在庫されています; 100Cr6はヨーロッパで標準です。多くの市場では、AISI 52100が一般的な商業名です。
• コスト: 一般的に比較可能; 価格の違いは、形状（バー、リング、ボール）、表面仕上げ、および必要な熱処理/加工によるものであり、内在的な化学的違いによるものではありません。

10. 概要と推奨

概要表（定性的）:

属性	SUJ2	100Cr6
溶接性	不良（高C、予熱/後熱が必要）	不良（SUJ2と同様）
強度–靭性のトレードオフ	高硬度/強度が達成可能; 硬化時に中程度から低靭性	同等の挙動; 熱処理に依存
コストと入手可能性	アジアで広く入手可能; 競争力のある価格設定	ヨーロッパで広く入手可能; 競争力のある価格設定

推奨事項: - 供給チェーン、仕様、または部品の受け入れがJISベースである場合、または主にSUJ2製品形状と認証を在庫している日本またはアジアの供給者から調達する場合は、SUJ2を選択してください。 - EN/ヨーロッパ標準の文書、トレーサビリティが必要な場合、またはヨーロッパの調達慣行および供給者ネットワーク内で運用している場合は、100Cr6を選択してください。

実用的なガイダンス: - 重要なベアリング部品については、グレードに加えて必要な熱処理、硬度範囲、表面仕上げ公差、および疲労試験要件を指定してください—これらの加工詳細は、SUJ2と100Cr6の化学的違いよりも性能に重要です。 - これらの鋼から作られた部品の溶接は、溶接手順の資格、適切な予熱、低水素消耗品、および溶接後の焼戻しがプロセス仕様の一部でない限り避けてください。

要するに: 冶金的には、SUJ2と100Cr6はほとんどのベアリングおよび摩耗アプリケーションにおいて同等です; 主要な内在的性能の違いを期待するのではなく、標準、供給者の入手可能性、および加工仕様に基づいて選択してください。