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一般構造用圧延鋼材(SS材)とは?【専門家が解説】素人でも3分で判ります

金属材料 | 2021年04月22日

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SS材は、構造用鋼の中でも、知名度が高い上、幅広い用途で使われるJIS鋼材です。

構造用鋼とは、物の形を維持するための部材として使われる鋼材です。ビルや工場などの建築物をはじめ、橋梁など土木構造物にも利用されます。SS材はかつて、コストパフォーマンスの良さと、靭性の強さで評価されていました。

ここ20年で建造物の耐震性が見直されるようになり、SS材と他の構造鋼を組み合わせて使うようになりました。

今回は、SS材の特徴、他の構造用鋼との違い、使い分け、鋳鉄法の変化の歴史、製品事例に焦点をあて説明していきたいと思います。

一般構造用圧延鋼材(SS材)とは

SS材は、Steel Structureの略称で、正式名称は一般構造用圧延鋼材です。

JIS規格(日本工業規格)鋼材の中でも、不良品が少なく、不留まりがよいことから、合理性と利便性を追及する建築現場や土木作業現場に使用されています。

鋼材に含まれる炭素の量が、0.15~0.2%の低炭素の軟鋼で、含有不純物は、リン(P)と硫黄(S)の含有量を0.05%以内と決めている他は、明確な基準はありません。引っ張りの強さや、降伏度に重点を置いている鋼材ですので、熱処理を施すよりそのまま使うことからナマ材という別名もあります。

SS材をはじめとする構造用鋼は、’60年代~’80年代半ばまで、旧式の鋳造法である分塊鋳造法で製造されていました。分解鋳造法で作られたSS材は、今以上に中身の成分に偏析があり不安定でした。そのためシールドガスを用いた溶接を行うと、含有硫黄により、ひび割れ(サルファクラック)が起こる点が欠陥だったのです。

分塊鋳造

分塊鋳造は、精錬が終わった溶鉄を鋳型に流し鋼の棒(インゴット)を作って冷まし、再加熱する際に、複数の金属を混ぜて脱酸する鋳造法です。脱酸の具合により、キルド鋼、セミキルド鋼、リムド鋼の3種類に分けられていました。

昔のSS材は、リムド鋼と呼ばれる溶鉄にフェロンマンガン(FeMn)を混ぜ、軽く脱酸したものを熱間圧延して作られていました。

参考:【圧延】とは?工法、種類、製品例、圧延の発展の歴史についてご紹介!

70年代後半に連続鋳造法が本格的に稼働し、大手鉄鋼メーカーが製鉄、鋳造、鋼材製作のオートメーション化に乗り出してから、SS材も、不純物が取り除かれる様になり、現在9割のSS材は、脱酸がなされているキルド鋼から作られています。

SS材=SS400と言われる理由は?

SS材の主流といえば、SS400です。

SSの後の数字は「SS材に最低保証されている強度」を国際基準の数値で現したものです。SS400とすれば、引っ張り強度が400~510N/mm2あります。この数値はあくまで”計測上”のことで、建築鋼材に使うのであれば、1㎡あたり、荷重は235㎡に収まるようにしなけばいけないのです。

板の厚さが厚くなるほど、降伏強度が小さくなるので、1㎡あたりの荷重は少なくなります。建築鋼材として使う時は、この点を頭に入れておきましょう。

SS材はこの他にも、400より柔らかめの330、炭素含有量の多い490、540があります。

330は曲げや、スチール缶製造など、工場内で使用されるのに使われ、540も規格としてはありますが、利便性や汎用性の問題から、市場に出回りません。

市場で売りにだされるのは、400と490のみで、400が、曲げ、切断、組織調整目的の焼きなましが可能なのに対し、490は炭素含有量が多く、汎用性が少ない事から、SS材=SS400と言われる事も度々あります。


参考:【SS400】とは!?SS400の規格や加工方法について専門家が解説!

一般構造用圧延鋼材(SS材)の特性

世の中には、SS材だけでなく、様々な構造用鋼があります。SS材は、どのような特性を持ち、他の構造用鋼と役割分担をしているのでしょうか。

建築基準法の性能規定化や、95年の阪神大震災に伴い、柱や梁に使われる各種鋼材の見直し、適材適所による使い分けが推奨されています。SS材は、低炭素の軟鋼ですので、溶接や肌焼きなど金属そのものを焼いて補強することは向いていないのです。

参考:強度が上がる?ステンレスの焼き入れについて紹介!

建築現場では、焼き入れによる強度補強が出来る他の鋼材や、溶接に向いている鋼材、金属含有量や強度に明確な基準が儲けられている構造用鋼を、用途別に用います。


SS材、SM材、SN材の違いは?

では、建築現場ではSS材の他にどのような構造用鋼を組み合わせいるのでしょうか。

建設現場では、SS材の他に以下の2つの構造用鋼材として使われています。

  • SM材(溶接構造用圧延鋼材:Steel Marine)
  • SN材(建築構造用圧延鋼材:Steel New)

  • SM材は、かつて造船に使用されていた鋼板で、リンと硫黄の含有比率が、SS材よりも少なく溶接に向いているのが特徴です。高温というよりも、中低温に靭性を発揮し、梁同士を剛接合する際に使われます。

SN材は、94年に誕生し、95年の阪神淡路大震災を境に規格が厳格化した構造用鋼です。

SS材やSM材が、建物以外に使用されるのに対しSN材は、建造物の耐震補強を目的に作られた構造用鋼です。炭素含有量だけでなく、板厚許容量、耐力(YP)、降伏力(YR)の上限が厳格に定められています。

引っ張り強度別に400と、490があり、400には、A,B,C、490は、BとCの二種類の鉄鋼があります。

Aは溶接および焼き入れをしないナマ材専用、Bは溶接可能鋼材、Cの硫黄含有率はJS鋼材の中でも最も低い0.008%で、なおかつ超音波検査をクリアしています。

SN材が、SS材やSM材に比べ、成分含有量、耐力、降伏力、鋼材別加工方法を厳密に定める理由は、SN材の使用用途が、支柱や、大黒柱だからです。

耐震基準が厳格化した現在の建築現場では、SN材を支柱や大梁に使い、SS材は二次鋼材になることも珍しくありません。

日刊鉄鋼新聞の19年度1月~7月までのデータによると、かつてはコストパフォーマンスに優れていると言われていたSS材も、材料費の高騰や、大手鉄工所のシステム強化に伴い、価格が上昇しています。

SS400と、SN430の細巾H鋼を例にとると、SS400が平均価格95000円/トンだったのに対し、SN490は 86000円/トンだったのです。SS材だけでなく、構造用鋼は、大手製造メーカーが出す成分が記載されているミルシートと製品をよく照らし合わせ、適材適所に使うことが求められるようになります。SS材と、他の構造用鋼材の違い、使い分けが判った所で、SS材を使った商品をご紹介します。


一般構造用圧延鋼材(SS材)の製品事例

SS材は、表面が純鉄に近い低炭素、中は偏析が多く、高炭素気味で、熱を加えた加工に向かず、曲げ、折りの加工も熟練職人の腕が試されます。鋼板やH鋼、丸棒、I鋼や、圧延板が工場で大量生産されるのとは違った、SS材の魅力を伝えてくれる製品を紹介します。

引用元:市川絞工業株式会社

こちらは、溶接が難しいとされるSS材を、曲げ、折りを加え、複雑に加工した製缶機の試作品です。22mmの薄いSS材を切断できるレーザーカット機、6mm~3mまで曲げ可能なベンダー、複数の種類の溶接機を使いこなし、ここまで加工しました。

引用元:大和ダイセット有限会社

ダイセットは金属プレスになくてはならないものです。金型をプレスに固定し、上下運動させるガイド役を果たします。金型交換が簡単な形が求められます。これは、SS材で注文を受けて作られたダイセットです。

CAD画面をDFXデータで加工会社に送ることで、この加工が実現します。

サイズや板の厚さ、穴の大きさなど細やかな注文に答えられるのが小規模工場の魅力です。

引用元:株式会社富士産業

避難用らせん階段です。どの建物にも当たり前に設置してありますが、避難用らせん階段や

すべり台にもSS400は使用されています。

SS材の唯一の弱点は錆に弱いことです。

階段のように、外で使う場合はSUS304などのステンレス鋼や、SKTなどの炭素鋼を組み合わせて使います。

参考:SUS304とSUS430の意味とは? 使い分けや特徴も分かりやすく解説!

SS材まとめ

SS材は、引っ張りの強さとコストパフォーマンスに定評がある構造用鋼で、70年代半ばに国内大手鉄鋼メーカーが連続鋳造法を確率してから、品質もあがりました。

炭素0.15~0.2の軟鋼で、含有物のリン(P)と硫黄(S)の量が決まっていますが、SS材に含まれる炭素の含有量はメーカーにより様々です。

‘95年の阪神淡路大震災を境に、建築基準法や耐震基準が厳格化してからは、建造物の大梁にSN材を使うようになりました。これはSN材が、SS材よりも不純物の含有量の規定や、靭性、耐性の基準が厳格に定められているからです。

錆に弱く、溶接に向かないという弱点はありますが、板、H鋼、棒鋼、山形鋼と、様々な形状で流通することや、汎用性の高さから、SS材の市場は明るいのです。

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この記事を書いた人
Mitsuri編集部
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