熱処理を図面で指定する——硬さ・有効硬化層深さ・測る位置

「焼入れ HRC 55 以上」では、熱処理業者は何を決めればよいか分からない

図面の注記に「焼入れ HRC 55 以上」とだけ書かれていると、熱処理業者は、焼入れの方法（ずぶ焼入れか、高周波焼入れか、浸炭焼入れか）、焼戻しの条件、どの面のどの深さまで硬くするか、硬さをどこで測るかを自分で決めることになる。設計者の頭の中では「歯面だけ表面を硬く、芯はねばく」だったとしても、図面にそれが書かれていなければ伝わらない。

熱処理を外注するときに書くべきことは、日本産業規格の熱処理加工の規格群（鉄鋼の焼入焼戻し加工 JIS B 6913、高周波焼入焼戻し加工 JIS B 6912、浸炭及び浸炭窒化焼入焼戻し加工 JIS B 6914 など）と、硬化層深さの測定方法の規格（JIS G 0557、JIS G 0559 など）を並べると見えてくる。この記事は、それらの規格が発注者と熱処理業者の間で「協定による」としている部分を、発注側がどう埋めるかを整理する。硬さの試験方法と測定条件の書き方は硬さの試験方法と測定条件の指定で詳しく扱うので、ここでは熱処理の指定に必要な範囲にとどめる。

処理の種類は「記号」と「品質の区分」で呼ぶ

熱処理の加工規格は、加工の種類ごとに JIS B 0122（加工方法記号）に準拠した記号を定めている。浸炭の規格では、ガス浸炭焼入焼戻しが HCG－HQ－HT、真空浸炭焼入焼戻しが HCV－HQ－HT、プラズマ浸炭焼入焼戻しが HCP－HQ－HT、液体浸炭焼入焼戻しが HCL－HQ－HT とされ、浸炭窒化にも同様の記号がある^[2]。焼入焼戻しの規格では、水焼入焼戻し HQW－HT、油焼入焼戻し HQO－HT、空気焼入焼戻し HQA－HT などが並ぶ^[3]。高周波の規格では、高周波焼入焼戻しが HQI－HT、高周波焼入れ・高周波焼戻しが HQI－HTI、高周波焼入れだけが HQI である^[4]。

加工の呼び方は、加工の種類または記号と、加工品の品質の区分の 2 つで示す。浸炭の規格の例では、ガス浸炭焼入焼戻しで品質の区分 1 号の場合、「ガス浸炭焼入焼戻し 1 号」または「HCG－HQ－HT－1」と呼ぶ^[2]。品質の区分は、表面硬さのばらつきの許容値を決める区分で、浸炭の規格では 1 号と 2 号、焼入焼戻しの規格では 1 号から 5 号まである。どの区分を選ぶかは、受渡当事者間の協定による^[2][3]。

つまり、規格を引用しても、区分を書かなければ許容値が決まらない。発注側は、部品の機能に照らして区分を選び、記号と区分を組で図面か仕様書に書く。区分を厳しくするほど熱処理業者の設備と管理への要求が上がり、値段にも響く。区分を選ぶのは発注側の判断である。

硬さは、範囲・スケール・測る面を組で書く

浸炭の規格は、表面硬さのばらつきの許容値を、ビッカース硬さ、ロックウェル C スケール、ロックウェル A スケール、ショア硬さのそれぞれについて、単体内と同一ロット内に分けて表にしている^[2]。そのうえで備考に、HV、HRC、HRA、HS の数値はそれぞれの硬さ試験機によって実測で求めるもので、各表の硬さの間には直接の関連性はないと書いている^[2]。図面の硬さを HRC で書き、熱処理業者が HV で測って換算した値を成績書に載せる、という運用は、この備考と合わない。

同じ備考は、同一ロットの意味も定めている。同じロットの加工材料を用い、バッチ式の設備では 1 回の浸炭、1 回の焼入れ、1 回の焼戻しで処理された加工品の 1 群、連続式の設備では同一条件で処理されたと認められる 1 群をいう。測定箇所は、形状上ほぼ同一の加工条件と認められる範囲とし、部分浸炭の場合は浸炭の境界付近を測定箇所から除く^[2]。成績書の「ロット」が、炉の 1 チャージなのか、納品の単位なのかを確かめておくと、不具合が出たときに範囲を絞れる。

浸炭の規格は、ビッカース硬さで見た表面硬さのばらつきの許容値を、品質の区分（1 号・2 号）、500 HV 以下か超えるか、単体内か同一ロット内かに分けて定めている^[2]。許容幅は 1 号より 2 号が広く、500 HV を超える硬い領域のほうが、また単体内より同一ロット内のほうが広い。例えば 1 号の単体内の許容値は、500 HV 以下で 35 HV、500 HV を超えると 60 HV である^[2]。

図面に「HV 650〜700」のような狭い範囲を書くと、規格の区分のどちらにも収まらない要求になりうる。範囲を決めるときは、区分の許容幅を見ながら決めるとよい。硬さの試験力や測定位置の書き方は硬さの試験方法の記事を参照してほしい。

硬化層深さは「どの定義で」「どこを」測るかまで書く

浸炭：有効硬化層深さは 550 HV までの距離

JIS G 0557（鋼の浸炭硬化層深さ測定方法）は 2025 年に改正された。浸炭焼入れまたは浸炭浸窒焼入れによる有効硬化層深さ（CHD）を、焼入れのまま、または 200 ℃ を超えない温度で焼戻しした硬化層の表面から、限界硬さである JIS Z 2244-1 による 550 HV の硬さの層までの距離と定義している^[1]。注釈には、有効硬化層深さの 3 倍の深さの位置の硬さが 450 HV を超える鋼の場合、受渡当事者間の協定によって、25 HV 刻みで 550 HV を超える硬さを限界硬さに選べるとある^[1]。芯部まで硬い鋼では、550 HV で区切ると硬化層深さが実態より深く出てしまうからである。

全硬化層深さ（THD）は、マクロ組織試験、顕微鏡試験、または硬さの変化から求める^[1]。図面に「硬化層深さ 1.0 mm」とだけ書くと、有効なのか全なのかが分からない。浸炭の加工規格も、硬化層深さは有効硬化層深さまたは全硬化層深さのいずれかによる、としている^[2]。どちらを指すかを必ず書く。

測る断面と試験力

JIS G 0557 では、試験片は通常、製品そのものを用いる。協定がない限り、測定は製品の長手方向に垂直な断面で行い、長手方向がない場合は受渡当事者間で協定する位置の表面に垂直な断面で行う^[1]。硬さによる測定では、ビッカースまたはヌープの圧子で 0.9807 N（HV 0.1）から 9.807 N（HV 1）の試験力を用い、通常は 2.942 N（HV 0.3）を適用する。ただし、受渡当事者間の協定によってほかの試験力を使ってもよいとされている^[1]。前処理した面について2 つ以上の測定域を測り、それぞれで硬さの推移曲線を描くが、測定域の位置は受渡当事者間による協定が必要とされている^[1]。

歯車であれば歯先と歯元で、軸であれば段付き部と平行部で硬化層の深さは違う。どの断面のどの位置で測った値を合否に使うかは、規格が当事者に決めさせている事柄である。発注側が図面に測定位置を指示しなければ、熱処理業者は測りやすい位置で測る。重要な機能面がある部品では、図面に「有効硬化層深さの測定位置」を矢印で示す。

表示は、ミリメートルで小数点以下 1 位までとし、例えば「CHD = 2.5 mm」と書く。協定で 2.9 N 以外の試験力を使った場合や、550 HV を超える限界硬さを使う場合は、それを CHD の後に示す。規格が挙げる例は「CHD 575 HV5」で、試験力 49.03 N（HV5）・限界硬さ 575 HV で測った場合である^[1]。図面の指示もこの書き方にそろえると、規格の測定方法との対応がはっきりする。

高周波焼入れ：限界硬さは炭素量で変わる

JIS G 0559（鋼の炎焼入及び高周波焼入硬化層深さ測定方法）も 2025 年に改正された。対象は通常 0.3 mm を超える硬化層深さで、有効硬化層深さ（SHD）は、表面から、鋼の炭素含有率に応じて表で決まる限界硬さの層までの距離と定義されている^[5]。例えば炭素含有率 0.43 % 以上 0.53 % 未満の鋼では 450 HV である。炭素含有率は、測定しようとする鋼の規格に規定された炭素含有率範囲の中央値を使う^[5]。また、受渡当事者間の協定によって、要求された最小表面硬さに換算係数（通常 0.80）を掛けた値を限界硬さとする方法も示されている^[5]。

浸炭と高周波では、同じ「有効硬化層深さ」という言葉でも、区切りの硬さが違う。材料を S45C から別の鋼種に替えれば、高周波焼入れの有効硬化層深さの区切りも変わりうる。材料の変更は熱処理の指定の見直しとセットで扱う。窒化については、別の規格（JIS G 0562 鉄鋼の窒化層深さ測定方法）がある。

熱処理業者に渡す情報：材料の履歴

熱処理の加工規格は、発注する側が出す情報にも踏み込んでいる。焼入焼戻し、高周波、浸炭の各規格は、加工材料の履歴について、表に掲げる項目が明らかにされたものでなければならないとしている^[2][3][4]。浸炭の規格の表では、加工材料の材料試験成績（材料の種類、化学成分、溶鋼番号、引張試験成績、硬さ試験成績、焼入性試験成績、金属組織試験成績など）、加工材料の製造方法（鋳造、鍛造、圧延、機械加工、溶接などの別）、前熱処理の有無と方法、表面仕上げ条件と矯正の度合いが並ぶ^[2]。加工に支障がないときは省略してもよい項目もあるが、加工材料の受入れに際しては、加工に必要な項目を受渡当事者間で確認するとされている^[2]。

部品メーカーが熱処理を二次外注している場合、熱処理業者は材料のミルシートを見ないまま処理していることがある。発注側としては、熱処理を含む部品の発注では、材料の証明書が熱処理業者まで届いているかを確かめる。証明書の種類の見方はEN 10204 のミルシート区分で扱っている。

外注先に求める記録と、納品時の表示

加工規格は、熱処理業者の側の記録も定めている。加工工程の作業方法と作業条件のうち必要事項を記録して保有し、必要なときには受渡当事者間で確認する^[2][3]。高周波の規格は、焼戻しを省略する場合はそのことを記録しなければならないとしている^[4]。浸炭の規格は、浸炭、焼入れ、焼戻しの加熱設備が、加熱帯ごとに加工温度を追跡表示できる温度記録装置をもっていなければならないとし、設備の許容差を保持できるよう管理して、その記録を保有することを求めている^[2]。

熱処理は、出来上がった部品を見ただけでは処理条件が分からない。表面硬さは非破壊で測れても、硬化層深さは断面を切らないと分からない。だからこそ、温度の記録と作業条件の記録が残っているかが、外注先を選ぶときの確認点になる。発注側の実務としては、量産前に記録の様式を見せてもらい、不具合が出たときにロット単位でさかのぼれるかを確かめておくとよい。仕入先の工程を監査で確かめる手順はサプライヤー監査のやり方で扱っている。

納品時には、送り状（納品書を含む）または荷札に、加工の種類または記号、加工品の品質の区分、数量または質量、加工業者名またはその略号、加工年月日の 5 つを表示する^[2][3][4]。検査は、浸炭の規格では、外観、表面硬さのばらつき、硬化層深さのばらつき、金属組織、浸炭防止部、変形について行い、硬化層深さの検査は加工品のロットを代表する試験片によってもよく、金属組織の検査は協定によって省略してもよい、とされている^[2]。代表試験片で硬化層深さを確かめる場合は、その試験片が製品と同じ材料・同じチャージで処理されたものかを成績書で確かめる。

JIS G 0557 の試験報告書は、必要な場合に提出するもので、この規格に基づいて測定した旨、表面硬化方法（熱処理条件）、試験方法（試験力など）、浸炭硬化層深さの表示、試験片名称・識別番号・試験位置など、測定時の特記事項、試験片の区分（製品か同一鋼種の鋼材か）の 7 項目を記載し、協定によって選択してもよいとされている^[1]。発注時に、成績書にどの項目を載せるかを決めておく。

変形と、浸炭させない部分

熱処理による変形は避けられない。浸炭の規格は、変形は使用上支障を及ぼさない範囲内になければならず、変形の許容値については受渡当事者間の協定による、としている^[2]。焼入れ後に研削する部分があるなら、研削代を含めた寸法と、熱処理後に測る寸法を図面で分けて書く。

部分浸炭で浸炭させたくない部分（後でねじを切る部分など）がある場合、浸炭防止部の品質は、規格では使用上有害となるような浸炭があってはならないとされるだけで^[2]、範囲は図面で示すしかない。熱処理の後にめっきする部品には別の注意も要る。焼入れで硬さを上げた鋼は、強度が高いぶん水素ぜい性の感受性も高い側に入る。めっきを後工程に持つなら、硬さによっては規格が脱水素処理（ベーキング）を要求する（締結用部品なら JIS B 1044 で 390 HV を超えるもの）ので、硬さの情報をめっきの仕様までつなげ、要否を確かめる。書き方はめっきの発注で指定することで扱っている。

基準は発注時に書く

熱処理の不具合は、組み付けた後や使い始めてから見つかることが多い。取適法の対象となる取引で問題になるのは、受け取った後で「思っていたものと違う」と言い出す形である。テキストは、基準があいまいで違いをはっきり示せない場合の受領拒否と返品を認めず、基準をあとから厳しくすることも認めていない。そのうえで公正取引委員会のテキストは、従来の基準では合格していた金型について検査基準を一方的に変更し、無償でやり直しを求めた例を違反事例として挙げている^[6]。後から表れる不具合の返品にも期限がある。同じテキストでは、直ちに発見できない不適合でも返品できるのは受領後 6 か月以内で、その部品を使った製品に一般消費者向けの 6 か月を超える保証期間を定めているときだけ、それに応じて最長 1 年まで延びる^[6]。

処理の種類と区分、硬さの範囲とスケール、硬化層深さの定義と測定位置は、発注時に図面か仕様書に書く。量産の途中で区切りの硬さや測定位置を変えるなら、仕様の変更として合意する。取適法上の扱いは受領拒否・返品・やり直しはどこまで許されるかで扱っている。

処理ごとの指定の違い

主な表面硬化について、有効硬化層深さの決め方と、発注側が書くことを並べる。中央の欄は各規格の記述^[1][2][5]、右端は実務としての提案である。

よくある質問

図面に硬さだけ書き、熱処理の方法は業者に任せてもよいですか

任せること自体はできるが、その場合は処理方法の選択も含めて仕入先の判断になり、同じ硬さでも硬化層の深さや芯部の性質が仕入先ごとに変わる。硬化層深さを機能で必要とするなら、方法と深さを書く。任せるなら、仕入先がどの処理を選んだかを成績書に書かせ、変えるときは事前に知らせてもらう。

有効硬化層深さを全数で確かめることはできますか

断面を切って硬さを測る方法は破壊試験なので、全数では確かめられない。規格は、ロットを代表する試験片で硬化層深さを検査してもよいとしている^[2]。だからこそ、温度記録などの工程の記録で、ロット全体が同じ条件で処理されたことを確かめる。

熱処理の後で研削すると、硬化層深さはどう扱えばよいですか

研削すると表面が削られた分だけ有効硬化層深さが減る。図面に書く硬化層深さが研削前の値か、研削後の完成品での値かを明記する。どちらを指すかで熱処理業者の狙う深さが変わる。

工程 FMEA やコントロールプランには、何を載せればよいですか

熱処理を工程の一つとして持つ部品では、硬さと硬化層深さの管理方法、温度記録の確認、代表試験片の扱いを管理項目に入れる。書き方は工程 FMEA をコントロールプランに落とす手順で扱っている。

まとめ

熱処理の指定は、処理の種類を記号と品質の区分で示し^[2][3][4]、硬さを範囲とスケールで書き、硬化層深さを定義（有効か全か、区切りの硬さ）と測定位置まで含めて書く^[1][5]。浸炭の有効硬化層深さは 550 HV、高周波は炭素量で決まる限界硬さで区切られ、測定域の位置は当事者が決める^[1][5]。発注側は材料の履歴を熱処理業者に渡し、加工の記録と納品時の 5 項目の表示を求める^[2]。これらを発注時に書いておくことが、受入で合否を判断する前提になる^[6]。

出典・参考資料

1. JIS G 0557:2025 鋼の浸炭硬化層深さ測定方法（日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧／2025 年 4 月 21 日改正）
2. JIS B 6914:2002 鉄鋼の浸炭及び浸炭窒化焼入焼戻し加工（追補 1:2010）（日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧／2010 年 8 月 20 日改正・2025 年 10 月 20 日確認）
3. JIS B 6913:1999 鉄鋼の焼入焼戻し加工（追補 1:2010）（日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧／2010 年 8 月 20 日改正・2025 年 10 月 20 日確認）
4. JIS B 6912:2002 鉄鋼の高周波焼入焼戻し加工（追補 1:2010）（日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧／2010 年 8 月 20 日改正・2025 年 10 月 20 日確認）
5. JIS G 0559:2025 鋼の炎焼入及び高周波焼入硬化層深さ測定方法（日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧／2025 年 4 月 21 日改正）
6. 中小受託取引適正化法テキスト「下請法」から「取適法」へ（公正取引委員会・中小企業庁／令和 7 年 11 月）

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