鋼の引張強さは1つではなく、グレード、合金含有量、熱処理によって異なり、一般的な鋼から特殊鋼までの全範囲で、おおよそ360 MPaから2,000 MPa超(52,000〜290,000+ psi)に及びます。A36のような単純な構造用グレードはこの範囲の低い側に、マルエージング鋼や超高強度合金は高い側にあります。仕様書や計算のために特定のグレードの数値が必要な場合は、「鋼はXMPa」という一般的な数値ではなく、下の表を使ってください。そのような数値は存在しません。
鋼のグレード別引張強さ
| 鋼種/グレード | 引張強さ(MPa) | UTS(psi/ksi) | 信頼度 |
|---|---|---|---|
| A36構造用鋼 | 400–550 | 58,000–80,000 | 参考値。最新の材料規格で確認してください |
| A992構造用鋼 | ≈450 | ≈65,000 | 単一の情報源 — 参考値のみ |
| 1018軟鋼/低炭素鋼 | ≈440 | ≈64,000 | 単一の情報源 — 参考値のみ |
| 304ステンレス鋼 | 505–820 | 73,000–119,000 | 2つの情報源 — 範囲は重なるが完全には一致しない(下の注記を参照) |
| 4140クロモリ鋼、焼なまし | ≈655 | ≈95,000 | 単一の情報源 — 参考値のみ |
| 4140クロモリ鋼、焼入れ・焼戻し(QT 800) | ≈1,080 | ≈156,000 | 単一の情報源 — 参考値のみ |
| A514高強度鋼 | ≈760 | ≈110,000 | 単一の情報源 — 参考値のみ |
| マルエージング鋼/超高強度鋼 | 2,000–2,700+ | 290,000+ | 2つの情報源が大きさでは一致するが、正確な上限は異なる — 「2,000 MPa以上」として扱う |
304ステンレスの行について:ある情報源は範囲を505〜700 MPa、別の情報源は515〜820 MPaとしています。下限は近く(505 vs. 515)、上限はより大きく食い違います(700 vs. 820)。正確に見せるために1つの数値を選ぶのではなく、誠実な範囲は全幅です。304の実際の引張強さは、冷間加工状態か焼なまし状態かに大きく左右されるため、この材料を指定するなら、公表された範囲に頼らず、実際のヒート/状態のミルシートを入手してください。
A36の行より下の数値は参考推定値であり、設計データではありません。4140をはじめ合金鋼の引張強さは、熱処理と製品の状態によって大きく変わります。特定のロットについては、ミル証明書または適用される材料規格を使用してください。
範囲がこれほど広い理由
同じ基本元素(鉄に、約2%までの炭素と合金添加物を加えたもの)が、3つの要因によって、360〜2,700+ MPaの範囲のどこにでも収まります。
- 炭素と合金の含有量 — 炭素や合金元素(クロム、モリブデン、ニッケル)が多いほど、一般に到達可能な強度が上がりますが、延性と溶接性はある程度犠牲になります。
- 熱処理 — 同じ合金でも、焼なまし状態と焼入れ・焼戻し状態では、引張強さが50%以上異なることがあります(上の2つの4140の行を参照。同じグレードで熱処理が異なり、強度に約65%の差があります)。
- 加工 — 冷間加工(圧延、引き抜き)された鋼は、熱間圧延または焼なまし状態の同じ組成より強くなります。冷間加工が、さらなる変形に抵抗する転位を導入するためです。
このため、仕様書やPPAPレポートでは、特定のASTM/SAEグレードに加えて状態も記載します(たとえば、単に「4140」ではなく「4140 QT」)。グレードだけでは数値が定まらないからです。
降伏強さと引張強さ — 2つの数値を混同しない
構造用鋼A36の降伏強さはおよそ250〜350MPaで、引張強さ400〜550MPaを明確に下回ります。この差が重要です。エンジニアが実際に設計で使うのは降伏強さ（安全係数つき）です。材料が永久変形を始める点がそこだからです。引張強さ（UTS）は破断する点です。降伏点の低さを考慮せず引張強さだけで部品を仕様決めすると、公称「強度」に達するはるか手前で永久変形するリスクを負います。降伏・UTS・破断の全体像は、引張強さとは？をご覧ください。
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