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4140と4340の鍛造品：部品に合う合金鋼はどちらか

2026年10月12日

4140と4340は、軸、歯車、クランクシャフト、重い継手の鍛造図面で、バイヤーが最もよく目にする2つの合金鋼です。紙の上ではよく似ており、多くのバイヤーが、高価な4340に余分に払う価値があるのかを尋ねます。答えは、一般的な優劣ではなく、断面の厚さと荷重によって決まります。このガイドでは、2つを化学成分、焼入れ性、靭性、一般的な特性、コストで比較し、選び方を説明します。

2つの鋼とは

どちらも、焼入れ焼戻しで硬化させる中炭素の低合金鋼です。約0.40%の炭素を共通して含み、これが、有用な強度まで硬化できる理由です。

4140は、クロムモリブデン鋼です。一般的な組成は、炭素約0.38〜0.43%、マンガン0.75〜1.0%、クロム0.80〜1.10%、モリブデン0.15〜0.25%です。クロムとモリブデンは、焼入れ性と強度を高め、焼戻しでの軟化にも抵抗します。

4340は、ニッケルクロムモリブデン鋼です。一般的な組成は、炭素約0.38〜0.43%、マンガン0.60〜0.80%、ニッケル1.65〜2.00%、クロム0.70〜0.90%、モリブデン0.20〜0.30%です。ニッケルが主な違いです。焼入れ性と靭性を高め、コストも上げます。

どちらも、AISIとSAEの番号で規定され、棒材の ASTM A29 などの規格に掲載されています。これらの材質の鍛造品は、ASTM A668、または顧客や業界の規格に基づいて購入されることが多くあります。厳密な限界値は規格ごとに異なるため、図面にあるものを使用してください。

本当の違いは焼入れ性

焼入れ性とは、焼入れしたときに、鋼が断面のどのくらい深くまで硬化できるかです。薄い部品は、芯まで速く冷えるため、ほとんどの合金鋼が完全に硬化します。厚い部品は、中心がゆっくり冷えるため、焼入れ性の低い鋼は、そこが軟らかいままです。4340は4140より焼入れ性が高く、より大きな断面まで硬化します。

おおよその目安として、4140は、油焼入れで、厚さ約50〜75 mmまでの断面を通し焼入れできるのに対し、4340は、100 mm以上の断面を通し焼入れできます。これらの数値は、焼入れ、正確な成分、硬さの目標によって変わります。大きな軸や重いリングのように、厚い断面の中心に荷重がかかる部品なら、4340のほうが安全な選択です。部品が薄い、または小さい場合は、4140でも、より安く、同じ特性に届きます。

一般的な特性

同じ硬さに焼入れ焼戻しした後は、どちらの鋼も強度は同程度です。強度を決めるのは焼戻し温度で、どちらも幅広いレベルに調整できます。表は、それぞれの一般的な範囲を示していますが、実際の値は、断面と熱処理によって決まります。

特性	4140 Q&T	4340 Q&T
引張強さ	約850〜1,100 MPa	約900〜1,200 MPa
降伏強さ	約650〜950 MPa	約750〜1,050 MPa
硬さ	約26〜34 HRC	約28〜38 HRC
強度レベルでの衝撃靭性	良好	高い、特に低温で
通し焼入れできる断面（油）	約50〜75 mmまで	約100 mm以上
相対コスト	基準	約15〜30%高い、ニッケル価格による

これらは計画用の目安として扱ってください。ASTM A668 や顧客規格のような規格が、各クラスと断面サイズの実際の最低値を定めます。焼入れ焼戻しが特性をどう決めるかは、鍛造品の熱処理のガイドで説明しています。

靭性と疲労

ニッケルは靭性、特に低温での靭性を高めます。同じ強度なら、4340のほうが通常、4140より衝撃エネルギーが高く、強度が上がるほど、その差は広がります。航空機の降着装置、重い回転軸、駆動系の部品、大型エンジンのクランクシャフトなど、衝撃を受ける高荷重の部品に4340が伝統的に選ばれるのは、このためです。中程度の強度で使う部品には、4140の靭性で十分で、歯車、軸、工具ホルダー、油田用部品に使われます。

疲労強度は、一定の清浄度では、引張強さにほぼ比例します。鋼の清浄度と表面仕上げは、材質と同じくらい重要です。真空アーク再溶解の4340は、高サイクル疲労のために航空宇宙で使われますが、大気溶解の4340よりはるかに高価で、ほとんどの産業用部品には必要ありません。

コスト

4340が高いのは、主にニッケルのためです。ニッケル価格は変動するため、4140と4340の差は、時期や地域によって変わります。一般的な範囲は、4340の棒材やビレットで、kgあたり約15〜30%高くなります。鍛造部品では、材料は価格の一部にすぎません。鍛造費、熱処理、機械加工は両者でほぼ同じですが、同じ硬さでは、4340のほうが少し機械加工しにくいことがあります。金属が総額に占める割合が小さい部品では、差は単価の数%にとどまることもあります。

入手性も重要です。4140は、丸棒でも鍛造品の形でも広く在庫されており、通常は納期が短くなります。4340は在庫が少なく、特注サイズではミルへの発注が必要になることもあります。納期が厳しい場合は、サプライヤーに、何を在庫しているか尋ねてください。

それぞれが使われる場所

部品の種類	通常の選択	理由
断面75 mm以下の軸	4140	通し焼入れでき、コストが低い
重い軸とロータ	4340	厚い断面まで硬化する
歯車と歯車ブランク	4140または4320、浸炭歯車は8620	通し焼入れか表面硬化かによる
油田用フランジ、ドリル部品	4130または4140	石油・ガスの規格で標準的
降着装置と重い駆動系	4340またはより高合金の変種	高強度での靭性
大型エンジンのクランクシャフト	4340または42CrMo4系	断面サイズ、疲労、靭性

用途の面については、鍛造クランクシャフトとカムシャフトと鍛造歯車ブランクのガイドで、部品の種類ごとに、どう規定されるかを紹介しています。

代表断面と質量効果

規格にある強度の数値は、代表断面と呼ばれる断面サイズに結びついています。その理由は質量効果で、大きな部品は焼入れでゆっくり冷えるため、同じ鋼でも、大きな断面では強度が低くなるからです。規格では、4140について、断面50 mmまでは1つの強度、100 mmの断面ではより低い強度を許容することがあります。図面が、薄い断面と厚い断面の両方がある部品に1つの強度レベルしか示していない場合は、試験片がどの断面を代表するのかを、サプライヤーに尋ねてください。薄い延長部から採った試験片は、部品の厚い部分の強度を過大に示すことがあり、最も厚い断面の中心から採った試験片は、薄い部分の強度を過小に示すことがあります。

ここで、4340は価格に見合う働きをします。厚い断面の中心でより多くの強度を保つため、4340の部品は、4140ではできない断面で、中心の所定の強度を満たせます。図面が約75 mmを超える断面の半径中間位置での強度レベルを要求している場合、サプライヤーは、求められなくても4340や類似の鋼を提案することが多く、その理由を知っておくと役立ちます。

溶解方法と清浄度

4140で作った2つの部品でも、鋼の清浄度によって疲労寿命は大きく変わりえます。製鋼で生じる小さな非金属粒子である介在物は、疲労き裂の起点になります。優れたミルの大気溶解鋼は、ほとんどの産業用部品には十分きれいです。真空脱ガス鋼は水素と介在物が少なく、重鍛造品で一般的です。真空アーク再溶解鋼はさらに清浄で、用途がコストを正当化する場合に使われます。部品が数百万回の荷重サイクルを受ける場合は、サプライヤーに溶解方法と、規格に清浄度の上限があるかを尋ねてください。多くの一般部品では標準グレードで足り、より清浄な溶解に払っても、利益なくコストが加わるだけです。

硫黄含有量も重要です。快削鋼には、切りくずの分断に役立つ余分な硫黄が含まれていますが、横方向の靭性が下がります。良好な靭性が必要な鍛造品は、通常、硫黄の上限を低く規定して購入します。図面の上限が用途に合っているか確認してください。

脱炭と機械加工しろ

中炭素鋼は、大気中で加熱すると表面から炭素を失い、焼入れ焼戻しの後に軟らかい表層が残ります。深さは温度、時間、炉内雰囲気によって決まります。疲労荷重を受ける部品にこの表層が残ると、き裂が発生する表面の疲労強度が下がります。機械加工しろは、最終熱処理の後に脱炭層を除去するのに十分でなければならず、これが、疲労用途の部品が全面を研削や機械加工で仕上げられることが多い理由の一つです。サプライヤーに、予定している加工しろを尋ね、想定される深さを上回っていることを確認してください。一般的な加工しろの値は、鍛造の公差と抜き勾配のガイドに掲載しています。

機械加工と溶接

焼入れ焼戻しの状態では、どちらの鋼も中程度の硬さならかなり良好に切削でき、同じ硬さでは4340が少し削りにくくなります。多くの部品は、焼ならしの後に粗加工し、焼入れ焼戻しの後に仕上げ加工します。どちらの鋼も、熱影響部が硬化して割れることがあるため溶接が難しく、溶接には、予熱、入熱の管理、溶接後の熱処理が必要です。設計上溶接が必要な場合は、炭素量のより低い鋼で目的が果たせないか、サプライヤーに尋ねてください。

知っておきたいほかの材質

どちらの材質も最適解でない場合もあります。4130は、4140より炭素量の低い仲間で、溶接や耐サワー環境の制約がある石油・ガスや航空宇宙で使われます。4330Vと300Mは、4340の高強度の変種で、航空宇宙で使われます。8620は、強靭な芯の上に硬い表層が必要な場合に使われる、浸炭用の鋼です。大きな断面の焼入れ焼戻しでは、欧州の 34CrNiMo6 と米国の 4340 が近い相当材です。異なる材質の見積を比較する場合は、サプライヤーに、その選択の理由を説明するよう依頼してください。

RFQに記載する内容

材質と、版を含む規格、必要な状態（たとえば、引張強さの範囲まで焼入れ焼戻し）、そして特性を満たす必要のある断面サイズを記載してください。試験片を採る位置と、必要な試験（温度を含む衝撃試験など）を示してください。どちらの材質でも構わない場合は、その旨を伝え、両方の価格を依頼してください。完成重量と年間数量も含めてください。

次のステップ

図面と、分かれば荷重条件を添えて、RFQを送ってください。お客様のサイズ範囲で合金鋼を扱う鍛造サプライヤー最大3社をご紹介し、24営業時間以内に返信します。チェックリスト全体については、鍛造サプライヤーの選び方をご覧ください。

よくある質問

関連ガイド

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