ハイス鋼 SKH51（JIS G 4403）の指定——焼入れ・焼戻しと硬さ、粉末ハイス SKH40 との違い

SKH51 は JIS G 4403 の 13 種類のうちの一つ

「ハイス」は高速度工具鋼の通称である。JIS G 4403（高速度工具鋼鋼材）は熱間圧延または熱間鍛造で製造される高速度工具鋼鋼材について規定し、2025 年 12 月 22 日に改正された。まえがきには、令和 8 年 12 月 21 日までの間は JIS マーク表示認証で旧版の JIS G 4403:2022 を適用してもよいと書かれている^[1]。

規格の鋼材は 13 種類で、表 1 の摘要（参考）では、SKH2・SKH3・SKH4・SKH10 の 4 種類がタングステン系、SKH40 が粉末冶金法で製造したモリブデン系、SKH51・SKH53・SKH54・SKH55・SKH56・SKH57・SKH58・SKH59 の 8 種類がモリブデン系に分けられている。SKH51 の用途例は「じん性を必要とする一般切削用，その他各種工具など」である^[1]。日本塑性加工学会の会報誌の解説（2021 年）は、ハイスは 20 世紀初頭に発明され約半世紀はタングステン系が主力だったが、現在はモリブデン系が多く、量的には溶製ハイス、中でも SKH51（6W-5Mo-2V）が圧倒的に多い、と書いている^[2]。

次の表は、SKH51 と、粉末冶金法の SKH40、コバルトを含む SKH55 の化学成分（溶鋼分析値）の主な元素と、焼なましを行った鋼材の硬さ、附属書 A（参考）で対応づけられた ISO の記号を並べたものである^[1]。他の元素と鋼種は規格の表 2・表 3 で確かめる。

附属書 JA によると、JIS の 13 種類のうち 9 種類は ISO の類似鋼種として内容を変更して規定し、4 種類は JIS 独自の鋼種である。ISO 規格の鋼種のうち国内でニーズのない 7 種類は JIS では削除している^[1]。海外の仕入先から ISO の HS6-5-2 のような別の規格の記号で材料を受けるときは、附属書 A の対比を手がかりにしつつ、成分を一つずつ確かめてから承認する。承認の手順は同等材の指定と承認で扱った。

JIS G 4403 が鋼材として約束していること

製造方法の箇条は、鋼材はキルド鋼から製造し（SKH40 は粉末冶金法で製造する）、鍛錬成形比 6S 以上の熱間圧延または熱間鍛造で製造し、焼なましを行う、と定めている^[1]。附属書 JA は、ISO 規格が熱処理を受渡当事者間の協定としているのに対し、JIS は製造方法を明確にするために焼なましを行うことを規定した、と説明している^[1]。つまり JIS の SKH51 を注文すれば、焼なまし状態の鋼材が届く。

硬さの箇条で値が定められているのは、焼なましを行った鋼材の硬さ（表 3）で、SKH51 は 262 HBW 以下である。ブリネル硬さの測定が難しい鋼材はロックウェル硬さやビッカース硬さで測ってもよく、その場合の値は受渡当事者間の協定による^[1]。附属書 JA によれば、ISO 規格は焼なましを行っていない鋼材の硬さも規定しているが、JIS は焼なましを行った鋼材の硬さだけを規定している^[1]。

寸法と脱炭層深さに値があるのは熱間圧延丸鋼で、径の許容差は径 16 mm 以上 30 mm 未満で＋0.7 mm／－0.3 mm、30 mm 以上 70 mm 以下で＋2.5%／－1.0% など、脱炭層深さは径 25 mm 以上 50 mm 未満で 0.80 mm 以下などとされている。熱間圧延丸鋼以外の鋼材の外観、寸法の許容差、脱炭層深さは受渡当事者間の協定による^[1]。

表 7 の熱処理条件は、部品の熱処理の指示ではない

JIS G 4403 の表 7 には、SKH51 の焼入れ 1 220℃ 油冷・焼戻し 560℃ 空冷・800 HV といった条件が並び、全ての鋼種で温度の許容範囲を±10℃、焼戻しを 2 回とする、と書かれている^[1]。これは、脱炭層深さを硬さ試験で測る方法（実用脱炭層深さ）を使うときの供試材の熱処理条件と、深さを決める硬さの値である^[1]。部品の熱処理条件や硬さの保証値として引用しない。工具鋼の規格の読み方は、合金工具鋼を扱ったSKD11・SKD61・SK85 の選び方でも同じ構造を説明した。

粉末ハイスや ESR 材では、成分は製品分析で確かめる

化学成分の箇条は、溶鋼分析値で表 2 を満たすことを求めつつ、粉末冶金法やエレクトロスラグ再溶解（ESR）などで製造し、溶鋼分析用試料が採取できない鋼材は、溶鋼分析に代えて製品分析を行い、その値で表 2 を満たせばよい、としている^[1]。成績書の成分の欄が溶鋼分析か製品分析かは、粉末ハイスや特殊溶解の材料では違うことがあるので、成績書を読むときにどちらの値かを確かめる。

また規格の注記は、分析・硬さ・脱炭層深さ以外の試験として、磁気探傷試験、超音波探傷試験、非金属介在物試験、マクロ組織試験、顕微鏡組織試験などが行われることがあり、その場合は試験方法を受渡当事者間で協定する、としている^[1]。内部の欠陥や炭化物の状態が問題になる大物の工具素材では、必要な試験を注文時に決めておく。

SKH51 を選ぶ理由：硬さだけではない

先の解説は、ハイスは原料や熱処理から見ると経済的には難点があるのに使われ続ける理由として、硬さと圧縮強度の関係を挙げている。硬さを 64 HRC にしたとき、圧縮耐力は炭素工具鋼の SK105 が 2 600 MPa なのに対し SKH51 は 3 700 MPa である。また、クロム系の炭化物（M7C3）は常温では極めて硬いが 200℃ を超すと急激に硬さが下がるのに対し、モリブデン系の複炭化物（M6C）は常温から 400℃ くらいまで硬さがほとんど変わらない。冷間金型用鋼の SKD11 が熱間であまり使われない理由はこの点にある、とも書いている^[2]。同じ解説は、ハイスは鋼の中で最もヤング率が高く、SKH51 は SKD11 よりじん性がある、としている^[2]。

この説明に沿えば、刃先が発熱する切削工具や、高い面圧を受けるパンチ、表面処理の硬化層を母材で支える工具で SKH51 が選ばれる。冷間金型で SKD11 と SKH51 のどちらにするかは、求める耐摩耗性・じん性・コストを比べて設計が決める。購買が材料を勝手に置き換えないことは、ほかの鋼種と同じである。

熱処理と硬さは、発注側が指定する

SKH51 の鋼材の規格は、焼入れ焼戻し後の硬さを部品の保証値として定めていない。工具や型として使う硬さは、図面と熱処理の発注で決める。熱処理の指定の書き方は熱処理を図面でどう指定するかで、硬さの試験方法の書き方は図面の硬さ指定で扱った。ここではハイスに特有の点を挙げる。

焼入温度は融点の直下で、管理の幅が狭い

解説によると、ハイスの特徴は焼入温度が極めて高いことで、一般にモリブデン系では 1 190〜1 230℃、タングステン系では 1 260〜1 300℃ くらいが用いられ、この温度は融点直下なので厳密な管理が必要である。800℃ までの熱伝導率が小さいので予熱が重要になり、通常は第 1 段 550〜650℃、第 2 段 850〜900℃ で予熱する。焼入温度は工具の種類や切削条件で選び、バイトなど耐熱性・耐摩耗性を重視するものは上限の温度、タップやセンタードリルなど折損の多い工具や金型ではやや低めの温度を選んでいる、とも書いている^[2]。

同じ解説は、ハイスは熱処理に極めて敏感で、その原因は初析炭化物の析出温度が 1 000〜600℃ にあり、この炭化物が生じるとじん性が損なわれ硬さも下がるので、焼入れの際はこの温度範囲をできるだけ速く通過させることが重要だ、としている^[2]。熱処理を外注するときは、加工規格の JIS B 6913（鉄鋼の焼入焼戻し加工）も使える。この規格は加工材料に SKH51 を含め、加工品の品質の区分（1〜5 号）ごとに表面硬さのばらつきの許容値を定め、その区分の選定を受渡当事者間の協定としている。また加熱設備には、保持温度を目的温度に対して JIS B 6901 の保持温度許容差のいずれかのクラスの範囲に保てることを求め、品質の区分にかかわる保持温度許容差のクラスを明示することとしている^[5]。発注では品質の区分を合意し、融点直下で焼き入れるハイスでは、その区分に対応する保持温度許容差のクラスも熱処理業者に確かめておく。温度条件の細部は熱処理業者が決める領域だが、「タップ用で折損を避けたい」「バイトで耐摩耗を優先したい」といった工具の使われ方は、発注側が伝えないと熱処理業者には分からない。

焼戻しの回数を指定する

解説は、高速度工具鋼は 1 回目の焼戻しで焼入れ時のマルテンサイトは焼き戻されるが、その際に残留オーステナイトから新たなマルテンサイトが生じ、それを焼き戻す必要があるので、最低でも 2 回の焼戻しが必要になる、と書いている。コバルトを含む鋼は最低 3 回の焼戻し処理が必要とされ、硬さやひずみの調整のためにさらに焼戻しを追加することも多い、とも書いている^[2]。工具鋼一般についても、残留オーステナイトを分解させるには焼戻しの時間を長くするより回数を多くする方が効果が大きい、としている^[2]。

発注側としては、SKH51 なら「焼戻し 2 回以上」、SKH55 や SKH40 のようにコバルトを含む鋼種なら「3 回以上」を、硬さの範囲と一緒に熱処理の指示に書くのが確実である。これは規格の要求ではなく、解説の内容に沿った発注側の指定の提案である。精密な型でサブゼロ処理を加えるかどうかも、解説はファインブランキング用金型などでハイスにも要求が増えているとしているので^[2]、必要なら工程に入れるかを熱処理業者と決める。

熱処理の方法を変えるときは、結果を確かめ直す

短時間の誘導加熱で SKH51 を焼き入れた研究（2000 年）は、急速・短時間加熱では加熱時間と温度が炭化物の固溶と硬さに与える影響が十分には明らかでないことを出発点とし、保持の初期段階は小さな M6C 炭化物の固溶で特徴づけられること、誘導加熱前に素地の炭素と合金元素を増やしておくことが短時間加熱での硬さの上昇に寄与することを報告している。この知見を使って SKH51 の成形ロール 2 種類に高周波焼入れを適用し、表面硬さ 65 HRC 超と十分な硬化深さを得た、としている^[4]。

同じ SKH51 でも、炉での焼入れと誘導加熱では、加熱時間に対する炭化物の溶け方が違う。熱処理業者や熱処理の方法を変えるときは、硬さの範囲が同じでも初回品で硬さと組織を確かめ直す前提で計画する。

粉末ハイスは「上位品」とは限らない

JIS が粉末冶金法で製造すると定めているのは SKH40 だけである^[1]。解説は、粉末ハイスは炭化物をより微細・均一にできるので高い硬さとじん性が得られる、としている^[2]。一方、粉末ハイスの一次炭化物を調べた研究（1987 年）は、粉末ハイスは一次炭化物が微細で均一に分布するので高合金化してもじん性を大きく損なわずに耐摩耗性を高められるとしつつ、合金元素量が少なく硬さの低い溶製ハイスに比べて耐摩耗性が同等またはそれ以下になる事例をしばしば経験する、と書いている。同じ研究は、焼なまし硬さと焼戻し硬さは一次炭化物が大きくなるほど低下し、抗折力と耐摩耗性の炭化物の大きさへの依存のしかたは鋼種によって違う、と結論づけている^[3]。

つまり「SKH51 で摩耗が早いから粉末ハイスにすれば解決する」とは限らない。置き換えを検討するときは、どの性質（耐摩耗性・じん性・研削性）を上げたいのかを設計と決め、試作で確かめる。解説は、工具鋼は微量成分や製造方法で性質が大きく変わるので、JIS などの公的な鋼種名だけでなく各社のブランド名で取引されることが多い、とも書いている^[2]。図面にブランド名が書かれている場合は、JIS の記号で代替してよいのか、そのブランドの指定なのかを確かめる。

素材を注文するとき、受け入れるとき

JIS G 4403 の箇条 14 は、注文者は注文時に少なくとも鋼材の形状（丸鋼、鋼板、鋼帯またはその他）、種類の記号、寸法を製造業者・加工業者・中間業者に提示しなければならない、としている。附属書 JA によると、ISO 規格が提示される情報としている発注量、寸法の許容差、熱処理の種類、試験方法は JIS では削除されている^[1]。熱間圧延丸鋼以外の寸法の許容差のように協定による項目は、規格の必須項目ではなくても注文書に書いておく。

検査文書について JIS G 4403 の箇条 15 は、提出を注文者から要求された場合の義務としており、種類の指定がなければ JIS G 0415 の 5.1（検査証明書 3.1）になる^[1]。成績書は求めなければ出ないので、注文時に求めておく。検査文書の種類の違いはEN 10204 のミルシート区分にまとめた。表示の箇条は、鋼材に種類の記号、溶鋼番号またはその他の製造（検査）番号、製造業者名またはその略号、寸法を表示するよう求めている^[1]ので、受入では表示と成績書の番号を突き合わせる。

熱処理を外注に出す場合、JIS B 6913 は、加工の種類の記号、品質の区分、加工材料の履歴として材料試験成績などが明らかにされていることを求めている^[5]。材料を支給して熱処理だけを出すなら、鋼材の成績書を渡せるようにしておく。なお JIS B 6913（1999 年版）の加工材料の表には、現行の JIS G 4403 に無い鋼種の記号（SKH52 など）も並んでいるので^[5]、表の鋼種名をそのまま現行の規格に読み替えない。

よくある質問

図面に「SKH51 HRC 62〜64」とだけ書いてあります。足りますか

材料と目標の硬さは伝わるが、焼戻しの回数、硬さを測る位置、熱処理の品質の区分が決まっていない。ハイスは焼戻しを最低 2 回行う必要があるとされているので^[2]、回数を書き、測る位置と試験方法も添える。工具の使われ方（耐摩耗を優先するか、折損を避けたいか）も伝えると、熱処理業者が焼入温度を選びやすい。

焼入れ済みの SKH51 を素材として買えますか

JIS G 4403 は焼なましを行うことを製造方法として定め、硬さの規格値も焼なましを行った鋼材についてだけ定めている^[1]。焼入れ焼戻し済みの素材で受けるなら、硬さの値と試験方法を当事者間で決める必要があり、規格には合否を決める値がない。

SKH40 は SKH51 の上位品ですか

SKH40 は粉末冶金法で製造するコバルト入りの鋼種で、成分も焼なまし硬さも SKH51 とは違う^[1]。粉末ハイスは炭化物が微細で均一だが、炭化物の大きさによっては耐摩耗性が溶製ハイスと同等以下になる事例が報告されている^[3]。上下ではなく、求める性質で選ぶ鋼種と考える。

まとめ

SKH51 は JIS G 4403 の 13 種類の一つで、モリブデン系の溶製ハイスである。規格が鋼材として定めているのは、化学成分、焼なまし状態の硬さ（262 HBW 以下）、熱間圧延丸鋼の径の許容差と脱炭層深さなどで、工具や型として使う硬さは焼入れ焼戻しで作るので発注側が指定する。解説によれば、焼入温度はモリブデン系で 1 190〜1 230℃ と融点直下、焼戻しは最低 2 回（コバルトを含む鋼は最低 3 回）で、熱処理の指示には硬さの範囲・測る位置・焼戻しの回数・品質の区分を書く。JIS で粉末冶金法と定められているのは SKH40 だけで、粉末ハイスへの置き換えは性質を確かめてから行う。素材の検査文書は求めたときだけ出るので、注文時に求めておき、成分（溶鋼分析か製品分析か）、焼なまし硬さ、表示の番号を確かめる。

同じ束では、軽量で高強度のアルミ合金をA7075 の指定で、ばね材料をピアノ線とばね鋼の選び方で扱う。硬さの数値をスケールの間で読み替えるときの注意は硬さの換算（HRC・HV・HB）で扱う。

出典・参考資料

1. JIS G 4403:2025 高速度工具鋼鋼材（日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧／2025 年 12 月 22 日改正）
2. 鶴見州宏「工具鋼の熱処理」ぷらすとす 4 巻 38 号（日本塑性加工学会／2021 年 2 月）
3. 常陸美朝・松田幸紀「粉末高速度工具鋼の一次炭化物の分布形態と二，三の機械的性質について」電気製鋼 58 巻 4 号（大同特殊鋼／1987 年 11 月）
4. 尾崎公造ほか「短時間加熱による高速度工具鋼 SKH51 のオーステナイト化と炭化物固溶」電気製鋼 71 巻 2 号（大同特殊鋼／2000 年）
5. 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）

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