4140 vs 4340：合金鋼棒の比較

化学組成の差

4140（EN 1.7225 / 42CrMo4、JIS SCM440）は、約0.40% C、1% Cr、0.2% Moを含むクロムモリブデン鋼です。4340（EN 1.6582 / 34CrNiMo6、JIS SNCM439）は、同じ骨格を維持し、モリブデンをやや高めて、1.65–2.0%のニッケルを加えたものです。

ニッケルがもたらすもの

• 靭性： ニッケルは延性‐脆性遷移温度を下げ、シャルピー衝撃値を高めます。特に大きな断面や零下の使用温度で効果があります。
• 焼入性： 4340は、はるかに大きな基準断面でも内部まで焼入れできます — 大径では4140シャフトが表面硬化深さまでしか硬化しない場合でも、4340は心部まで目標の硬度と強度に達することができます。
• 疲労： 同じ引張強さでは、4340は一般に優れた疲労特性と破壊靭性を示します。そのため、着陸装置、高強度ボルト、重要な回転部品に使用されます。

典型的な焼入れ・焼戻し後の強度範囲は重なります（焼戻しと断面に応じておよそ850–1200 MPa）。したがって選択は、表面的な強度ではなく、その強度における靭性が問われることがほとんどです。

コストと入手性

4340は通常、キログラム当たり明らかに高価です — 市場と形状に応じて4140より30–60%高いことが多く — 在庫業者が扱うサイズも少なくなっています。機械加工性と溶接性は同等です；どちらも溶接時には予熱と管理された手順が必要です。

判断基準

シャフト、ギヤ、油圧ロッド、ボルト、一般機械には4140を標準としてください。設計が破壊に対して重要である場合、断面が大きい場合、使用環境が低温である場合、または仕様（航空宇宙、防衛、ハイエンドモータースポーツ）が指定する場合は、4340へステップアップしてください。荷重が穏やかな箇所でニッケルに費用をかけても、測定できる効果は得られません。

二つの鋼種の取り扱い

両鋼種とも、焼なまし、焼ならし、またはプリハードン（焼入れ・焼戻し済み）状態で供給され、どちらも同じ焼入れ方法に応じます — 約830–870 °Cからの油冷またはポリマー焼入れで、必要な強度まで焼戻しされます。4340はもう少し注意が必要です：焼入性が高いため、薄い断面では焼入れの厳しさに敏感であり、断面が急変する箇所の周囲で焼割れが生じやすく、また軟らかい表面層があると疲労面の利点が失われるため、脱炭の管理が重要です。誘導焼入れと火炎焼入れは4140に適しています；4340は、内部まで焼入れされた状態、または窒化された状態で使用されることが多くなっています。証明書では、室温の引張試験結果だけでなく、必要な試験温度での衝撃値を比較してください — それが二つの鋼種が真に分かれる点であり、引張仕様を満たすだけの4140の溶解材は、大きく低温で衝撃荷重を受ける部品において、4340の溶解材の靭性には及びません。

対応鋼種に関する注意

ENの組み合わせはAISIの組み合わせに対応します：42CrMo4（1.7225）は4140の近似対応鋼種であり、34CrNiMo6（1.6582）は4340の近似対応鋼種であり、JIS SCM440 / SNCM439も同じパターンに従います。体系を越えた代替はこの系統では一般的ですが、上記の証明書確認が条件となります。