CNC合金の熱処理・調質条件

CNC合金の調質条件：温度別の鋼の焼入れ焼戻し硬さ、6061-OからT651、7075-T73、17-4PHのH900からH1150とNACE制限。

炭素鋼・合金鋼 — 熱処理プロセスと代表的硬さ

プロセス	働き	代表的な硬さ	代表的な用途	適用規格
Annealing	臨界温度以上またはその近くまで加熱し、炉内で非常にゆっくり冷却して軟化と応力除去を行う	160–217 HB (grade-dependent)	機械加工用素材、冷間成形、再焼入れ前の応力除去	GB/T 16923; ASTM A29; SAE J412
Normalizing	Ac3/Acmより30–50 °C高く加熱し、静止空気中で冷却して結晶粒を微細化し組織を均質化する	187–300 HB (grade-dependent)	大型鍛造品、焼入れによるひずみが懸念される構造部品	GB/T 16923; ASTM A29
Quenching + tempering	オーステナイト化して水または油でマルテンサイトまで焼入れし、Ac1以下に再加熱して応力除去と硬さ調整を行う	24–57 HRC (depends on tempering temperature)	完成した機械部品：シャフト、歯車、締結具	GB/T 16924; ASTM A29
Quench and high temper (Q&T)	焼入れ後、500–650 °Cで高温焼戻しを行い、強度と靭性のバランスに最も優れる焼戻しソルバイトを生成する	28–34 HRC (common supply band)	交互荷重を受けるコンロッド、ボルト、歯車、シャフト	GB/T 16924; GB/T 7232

この表の読み方。 代表値は鋼種、断面寸法、炉の運用によって変動する。設計は適用規格とミルテストレポートに従うこと。図面のQ&T（焼入れ焼戻し）は、焼入れ後に約500–650 °Cで高温焼戻しを行うことを意味する複合記号であり、別個のプロセスではない。焼戻しを行っていない焼入れままのマルテンサイトは脆く、使用状態では用いられない。

焼鈍状態と焼ならし状態の1045鋼では、それぞれどの程度の硬さが期待できますか？

焼鈍した1045は約160–200 HB（熱間圧延材の代表値は163 HB）、焼ならしした1045は約187 HBで引張強さ640 MPaに達する。焼ならしは機械加工性の一部を犠牲にして、より強く均質な組織を得る処理である。

状態	引張強さ（MPa）	耐力（MPa）	伸び（%）	硬さ	出典
Hot-rolled / annealed	565 (typical hot-rolled)	310	16	163 HB; annealed band 160–200 HB	S21 / S22 / S5
Normalized	640	410	22	187 HB	S6 / S5
Quenched and tempered	—	—	—	220–290 HB	S5
As-quenched (water, surface)	—	—	—	55–60 HRC	S5
Flame / induction hardened (surface)	—	—	—	55–58 HRC, case depth 1.5–5 mm	S5

4140はプリハードン（調質）状態でどのくらいの硬さで供給されますか？

プリハードンの4140は28–34 HRCで入荷する。540 °Cで焼戻しする標準的な熱処理では28–32 HRC、引張強さ1,000–1,100 MPaとなる。クロムとモリブデンにより4140の焼入れ性は1045よりはるかに高いため、大きな断面でも焼戻し硬さを保つ。大きな棒材はミルテストレポートで確認すること。硬さは断面寸法とともに低下する。

状態 / 焼戻し温度	引張強さ（MPa）	耐力（MPa）	伸び（%）	硬さ	出典
Annealed	~655	~415	25	197–217 HB	S4
Normalized	~1,020	~650	17	250–300 HB	S4
As-quenched (oil)	—	—	—	55–60 HRC	S4
Q&T at 205 °C	~2,000	~1,600	8	52–57 HRC	S4
Q&T at 315 °C	~1,700	~1,450	10	45–50 HRC	S4
Q&T at 425 °C	~1,400	~1,250	12	38–42 HRC	S4
Q&T at 540 °C (standard HT)	1,000–1,100	850–950	18	28–32 HRC	S4
Q&T at 650 °C (high ductility)	~850	~700	22	24–28 HRC	S4
Pre-hardened as-supplied	—	—	—	28–34 HRC	S4

焼入れ直後、焼戻し前の鋼はどのくらい硬いですか？

1045（水焼入れ）も4140（油焼入れ）も焼入れままでは約55–60 HRCに達する。しかし焼戻ししていないマルテンサイトは実用には脆すぎるため、焼入れした部品はすべて使用前に実用硬さまで焼戻しされる。

鋼種	焼入れ媒体	焼入れまま（HRC）	焼戻し後の実用硬さ	注記
1045	Water	55–60	220–290 HB (Q&T)	焼入れ性の浅い炭素鋼。大きな断面では中心部が軟化する
4140	Oil	55–60	28–32 HRC (tempered at 540 °C)	焼入れ性の深いCr-Mo合金鋼。大きな断面にはこちらを選ぶ

焼入れ焼戻し（調質）とは何を意味し、なぜ指定されるのですか？

焼入れ焼戻しとは、マルテンサイトまで焼入れした後、臨界温度以下に再加熱する処理を意味する。焼入れ＋高温焼戻し（500–650 °C）では焼戻しソルバイトが生成され、代表的には28–32 HRCとなり、シャフトや歯車にとって強度と靭性の最良のバランスとなる。焼戻しは常に硬さと引き換えに靭性を得る処理である。焼入れ上がり55–60 HRCの同じ4140も、焼戻し温度を205 °Cから650 °Cへ上げると52–57 HRCから24–28 HRCまで変化する。

鋼種	Q&T供給帯域	焼入れのみ	焼戻しの理由
1045	220–290 HB	55–60 HRC (water)	焼戻ししていないマルテンサイトは使用中に割れる。焼戻しは硬さを制御された範囲で犠牲にして靭性を取り戻す
4140	28–34 HRC pre-hard	55–60 HRC (oil)	500–650 °Cの高温焼戻しで焼戻しソルバイトを生成する。シャフトや歯車がこの状態で指定される

6061-T6は6061-Oに比べてどのくらい強いですか？

6061-T6の引張強さは310 MPa（45 ksi）で、6061-Oの125 MPa（18 ksi）に対し約2.5倍。耐力は276対55 MPa、硬さは95対30 HBである。この差はすべて熱処理によるもので、合金成分によるものではない。標準的な下限値は代表値と並記される。6061-T6の板と厚板は引張強さ290 MPa（42 ksi）、耐力240 MPa（35 ksi）を満たす必要があり、310/276 MPaは代表値である。

合金・調質	引張強さ MPa（ksi）	耐力 MPa（ksi）	伸び（%）	硬さ（HB）	出典
6061-O	125 (18)	55 (8)	25–27	30	S7 / S8
6061-T4 / T451	240 (35)	145 (21)	22	65	S7 / S8
6061-T6 / T651	310 (45)	276 (40)	12–15	95	S7 / S8

6061-T651は6061-T6より強いですか？

いいえ。どちらも引張強さ310 MPa（45 ksi）、耐力276 MPaである。T651は焼入れ後に1–3%の永久伸長を加えて焼入応力を除去するため、機械加工中の寸法精度が向上する。板物やパネル加工がT651素材から始められるのはこのためである。

調質	プロセス	機械的特性の差	適用規格	出典
O	完全焼鈍 — 加熱してゆっくり冷却し、最も軟らかい状態にする	強度は最低、成形性は最高	ISO 2107; ASTM B209/B221	S14 / S19 / S7
T4	溶体化処理後、室温で自然時効	中程度の強度、成形性はなお良好	ISO 2107; ASTM B209/B221	S14 / S15 / S7
T6	溶体化処理後、人工時効で最高強度まで上げる	この合金で最高の強度	ISO 2107; ASTM B209/B221	S14 / S15 / S7
T651	T6に1–3%の伸長を加え、時効前に応力除去する	強度はT6と同等。機械加工時の寸法安定性が向上	ISO 2107; ASTM B209/B221	S14 / S7 / S24
T73	溶体化処理後、二段時効で過時効とする	強度はT6より低い。耐応力腐食性は大幅に向上。主に7xxx系	AMS 4078; ASTM B209; GB/T 3880	S9 / S2

T73調質とは何で、いつ選ぶべきですか？

T73は航空宇宙部品の耐応力腐食性を目的とした過時効の二段調質である。7075-T73の強度は公表された二つの基準を別行として保持しており、ASM Handbookの代表値505 MPaと、ASTM B209厚板規格の460–475 MPaを平均化することはしない。6061はT73では供給されないため、数値は7075が担っている。

適用基準	引張強さ（MPa）	耐力（MPa）	伸び（%）	硬さ	出典
7075-T73 — ASM Handbook typical (bar / forging reference)	505	435	13	—	S1 / S2
7075-T73 — ASTM B209 / AMS 4078 plate, by thickness (spec)	460–475	385–390	5–8	126–140 HB	S9
7075-T6 — typical, for comparison	572 (83 ksi)	503 (73 ksi)	—	—	S7

17-4PHで最も強い標準時効条件は何ですか？

H900は482 °C（900 °F）で1時間時効し、引張強さの下限1,310 MPa（190 ksi）、耐力1,170 MPa（170 ksi）、硬さ40 HRC以上が得られる。三つの標準条件の中で最高強度・最低靭性の端にあたる。すべての値はASTM A564 / AMS 5643による棒材規格の下限値である。

条件	時効温度 / 時間	引張強さ下限 MPa（ksi）	耐力下限 MPa（ksi）	伸び下限（%）	硬さ	シャルピーVノッチ（ft-lb）	出典
H900	482 °C (900 °F) / 1 h	1,310 (190)	1,170 (170)	10	≥40 HRC (typical 44)	10–15 (low)	S3 / S23
H1025	552 °C (1,025 °F) / 4 h	1,070 (155)	1,000 (145)	12	≥35 HRC (typical 38)	35–45 (moderate)	S3 / S23
H1150	621 °C (1,150 °F) / 4 h	930 (135)	725 (105)	16	28–33 HRC (typical 33)	60–80 (high)	S3 / S23

17-4PHで最も靭性が高いのはどの条件ですか？

H1150は621 °Cで時効し、引張強さ下限930 MPa（135 ksi）、伸び16%、硬さ28–33 HRCを保ち、三条件中でシャルピー靭性が最も高い。H900からH1150へ移ると、引張強さは約30%、耐力は約38%低下し、伸びは10%から16%へ上昇する。時効温度が高いほど銅リッチ析出物が粗大化し、強度と引き換えに靭性を得る。シャルピー値は圧延方向の代表的な帯域であり、製品形状と方向によって変動する。

条件	シャルピーVノッチ（ft-lb）	伸び（%）	硬さ	最適用途
H900	10–15 (low)	10	≥40 HRC	最高強度部品で、衝撃や極低温曝露のないもの
H1025	35–45 (moderate)	12	≥35 HRC	汎用のバランス条件
H1150	60–80 (high)	16	28–33 HRC	衝撃や極低温に接する部品。NACE適合の選択肢でもある

17-4PHはNACEのサワーガス環境で使用できますか？

NACE MR0175 / ISO 15156-3の下で適合するのはH1150のみ、またはヒートごとの検証で実測硬さが33 HRC以下であることを確認したH1025である。硬さ下限40 HRCのH900は適合しない。判定は硬さ基準であり、サワーサービスでは硬さを33 HRC以下に制限する。

条件	規格硬さ	NACE MR0175の判定	注記
H900	≥40 HRC (typical 44)	Not qualified	33 HRCのサワーサービス上限を大きく超える
H1025	≥35 HRC (typical 38)	Conditional	ヒートごとの検証で実測硬さが33 HRC以下である場合に限り可
H1150	28–33 HRC (typical 33)	Compliant	サワーサービスでの標準的な選択

これらの数値の使い方

min と記した値は適用規格（ASTM / AMS）の下限値である。表記のない値は代表値であり、製品形状、断面寸法、炉の運用によって変動する。設計は適用規格とミルテストレポートに従うこと。
鋼の硬さは断面寸法とともに低下する（マス効果）。4140プリハードンの28–34 HRCは供給された棒材サイズに対する値であるため、大きな断面はカタログ値を前提とせずミルテストレポートで確認すること。
代表的な熱処理条件：6061は溶体化処理530 °C・水焼入れ、T6は人工時効160 °Cで約18時間または177 °Cで約8時間、Oへの焼鈍は413 °C。7075-T73は二段時効として110 °Cで8時間＋175 °Cで8時間、その前に475 °Cで90分の溶体化処理と3日間の自然時効を行う。
17-4PHの各条件は、一つの溶体化処理ままの母材（約1040 °Cから冷却したCondition A）を異なる温度で時効したものである。H番号は時効温度を °F で表す。棒材はASTM A564/A564M、板・薄板はASTM A693、航空宇宙部品はAMS 5643/5604による。中国の対応鋼種05Cr17Ni4Cu4NbはGB/T 1220に規定されている。
焼入れしたが焼戻ししていないマルテンサイト（両基準鋼とも55–60 HRC）は、機械加工・研削時の危険であり、納入状態ではない。鋼は焼鈍、焼ならし、または焼入れ焼戻し状態で発注し、残りは熱処理業者に任せること。

よくある質問

焼鈍状態と焼ならし状態の1045鋼では、それぞれどの程度の硬さが期待できますか？
焼鈍した1045は約160–200 HB（代表値163 HB）、焼ならしした1045は約187 HBで引張強さ640 MPa。

4140はプリハードン（焼入れ焼戻し）状態でどのくらいの硬さで供給されますか？
プリハードンの4140は通常28–34 HRC。540 °Cで焼戻しする標準熱処理では28–32 HRC、引張強さ1,000–1,100 MPa。

焼入れ直後、焼戻し前の鋼はどのくらい硬いですか？
1045（水焼入れ）も4140（油焼入れ）も焼入れままでは約55–60 HRCに達するが、焼戻ししていないマルテンサイトは実用には脆すぎる。

焼入れ焼戻し（調質）とは何を意味し、なぜ指定されるのですか？
焼入れ後、500–650 °Cで高温焼戻しを行い焼戻しソルバイトを生成する。代表値は28–32 HRCで、シャフトや歯車に最良の強度・靭性バランスをもたらす。

6061-T6は6061-Oに比べてどのくらい強いですか？
6061-T6の引張強さは310 MPa（45 ksi）、6061-Oは125 MPa（18 ksi）で、強度は約2.5倍。

6061-T651は6061-T6より強いですか？
いいえ。どちらも引張強さ310 MPa（45 ksi）、耐力276 MPa。T651は応力除去のために1–3%の伸長を加えるため、機械加工時の寸法精度が向上する。

T73調質とは何で、いつ選ぶべきですか？
過時効の二段調質。7075-T73はASM Handbookで引張強さ505 MPa（ASTM B209の厚板では460–475 MPa）を示し、耐応力腐食性を目的に選ばれる。

17-4PHで最も強い標準時効条件は何ですか？
H900は482 °Cで1時間時効し、引張強さ下限1,310 MPa（190 ksi）、硬さ40 HRC以上。三条件中で靭性は最低。

17-4PHで、衝撃や極低温部品に最も高い靭性を与える条件はどれですか？
H1150は621 °Cで時効し、引張強さ930 MPa（135 ksi）、伸び16%、硬さ28–33 HRCで、三条件中シャルピー靭性が最高。

17-4PHはNACEのサワーガス環境で使用できますか？
NACE MR0175の下ではH1150、または硬さ検証済みで最大33 HRCのH1025のみ適合する。硬さ下限40 HRCのH900は適合しない。

規格および出典

S1 — ASM Metals Handbook 第2巻（Properties and Selection: Nonferrous Alloys）、第10版：7075-T73の代表値
S2 — AA7075鍛造品に関する査読研究（PMC）：T73の時効シーケンスとASMの基準値
S3 — JN Alloys、17-4PHの熱処理：H900 / H1025 / H1150の条件データ（ASTM A564の下限値とクロスチェック済み）
S4 — Nifty Alloys、4140鋼の熱処理：温度別焼戻し線図
S5 — steelstandart の1045グレードデータ：焼鈍、Q&T、焼入れままの硬さ
S6 — 公表されたミルシート、1045中張力炭素鋼棒、焼ならし特性
S7 — Tech Steel、6061（UNS A96061）の特性：調質別代表値と7075-T6の比較
S8 — Weltstahl、Aluminum 6061 データシート：機械的特性の代表値
S9 — 7075-T73 / T7351 板・厚板データ：厚さ別機械的特性（ASTM B209基準）
S14 — ISO 2107、アルミ調質記号（中国の対応規格はGB/T 16475）。S15 — AZoM アルミ分類。S19 — GB/T 16475。S24 — アルミ調質ガイド（T651の伸長処理）
S21 / S22 — 1045焼鈍状態データ（The World Material、SAE 1045ミルデータ）。S23 — Alloy 17-4PH クイックファクトシート：硬さとシャルピー帯域
荷重を支える下限値は適用規格に規定されている：ASTM A564/A564M、ASTM A693、ASTM B209/B221、AMS 4078/5643/5604、ISO 2107、SAE J412、GB/T 16923、GB/T 16924、GB/T 7232、GB/T 1220、NACE MR0175 / ISO 15156-3
MatWebは除外した（robots.txtが自動アクセスを遮断）。販売店のデータシートは代表値の列のみを掲載しており、規格の下限値はASTM / AMS / GBの原本を引用している