SUS304とSS400の強度を徹底比較
1: SUS304とSS400の基準強度の比較
1-1: SUS304の強度特性
SUS304はオーステナイト系ステンレス鋼であり、耐食性と加工性に優れ、建築・化学・食品設備など幅広い分野で使用されます。
主な強度特性（代表値）：
- 引張強さ：520～750 MPa
- 降伏点（または0.2%耐力）：205 MPa以上
- 硬さ（HB）：約160〜210
SUS304は冷間加工で加工硬化しやすく、加工後の強度向上も可能です。
1-2: SS400の強度特性
SS400は一般構造用圧延鋼材で、主に土木・建築分野で構造材として用いられる代表的な炭素鋼です。
代表的な機械的特性：
- 引張強さ：400～510 MPa
- 降伏点：245 MPa（厚さ16mm以下の場合）
- 硬さ（HB）：約125〜150
機械的性質はSUS304に劣るものの、価格の安さと入手性の高さから広く採用されています。
1-3: 基準強度の定義と重要性
「基準強度」とは、設計における材料選定の基準となる機械的強度（主に引張強さ・降伏点など）を指します。これは次のような観点で重要です：
- 安全率の設定に必要な数値基盤
- 使用環境や荷重条件に応じた材料選定
- 構造設計の根拠としての明確性
SUS304は耐食性・延性を重視する用途に、SS400はコストパフォーマンスを重視した構造用途に向いています。
2: SUS304とSS400の許容応力の違い
2-1: 許容応力の基本概念
「許容応力（σ_allow）」とは、材料が長期的に安全に使用できる最大の設計応力です。一般に以下の式で求められます：
この値は、構造物や機械が過剰な変形や破壊を起こさないようにするための基準になります。
2-2: SUS304の許容応力
SUS304の場合、耐力と用途により異なりますが、おおよその許容応力は以下の通りです：
- 常温（20℃付近）：137〜175 MPa（安全率1.5〜2で算出）
- 高温下（例えば400℃）：80〜120 MPa程度に低下
耐熱性が高いため、温度変化がある環境でも強度を維持しやすいという利点があります。
2-3: SS400の許容応力
SS400は構造用鋼材として、JISに基づく設計基準があります。主な許容応力は：
- 常温（20℃）：160 MPa前後（安全率1.5〜1.6を適用）
- 使用環境によっては設計許容応力を120〜140 MPaまで落とすケースも
SS400は熱影響に弱いため、高温用途には適さないという点に注意が必要です。
3: 引張強度と硬度の比較
3-1: SUS304の引張強度と硬度特性
SUS304の特徴：
- 引張強さ：520〜750 MPa（冷間加工で増加可能）
- 硬度：160〜210 HB
- 耐衝撃性：高い（延性が大きいため）
耐食性があるため、腐食性環境でも長期間の使用が可能です。硬さは中程度ですが、成形性と加工性に優れています。
3-2: SS400の引張強度と硬度特性
SS400の特徴：
- 引張強さ：400〜510 MPa
- 硬度：125〜150 HB
- 強度と靭性のバランス：可もなく不可もなし
コストを抑えつつ一定の構造強度を確保できる点で、多用途に適応可能です。ただし、耐食性や高温強度は劣るため、腐食環境や熱負荷の高い現場では使用制限が生じます。
3-3: 引張強度の測定方法
引張強度は、引張試験機を用いて測定します。試験は以下のステップで実施されます：
- 試験片の準備（JIS Z2201などに準拠）
- 定速で引張荷重をかける
- 最大応力と破断点を記録
- 引張強さ・降伏点・伸び率を算出
この試験により、材料の弾性領域・塑性領域の挙動も観察できます。製品設計や品質管理において、引張試験は最も基本かつ重要な評価方法の一つです。
4: SUS304とSS400の耐久性の違い
4-1: 腐食に対する耐性の比較
- SUS304はオーステナイト系ステンレスで、優れた耐食性を持つ材料です。特に大気中や湿潤環境、軽度の酸性・塩基性溶液において長期間の腐食防止が可能です。
- SS400は炭素鋼であり、腐食環境下では錆びやすく、防錆処理（塗装・めっき）が必須です。屋外や水回りでは、未処理のままでは急速に腐食します。
→ 水や薬品に接触する環境ではSUS304が圧倒的に有利です。
4-2: 高温環境での強度特性
- SUS304は、約800℃程度までの耐熱性を有し、熱による劣化が少ないため、加熱・冷却を繰り返す構造部品にも適用されます。
- SS400は、常温使用を前提とした鋼材であり、400℃を超えると機械的強度が急激に低下します。
→ 高温雰囲気での使用が想定される場合は、SUS304が安定した性能を発揮します。
4-3: 使用条件による耐久性の影響
- SUS304は腐食環境・高温環境・湿気などに強く、メンテナンスの頻度を抑えて長期使用が可能です。
- SS400は、乾燥・屋内環境では十分な耐久性を持ちますが、気候変動や腐食因子の多い環境では劣化が早まります。
→ 耐久性を重視する用途では、コストと環境条件のバランスを見て材料を選定する必要があります。
5: SUS304とSS400の加工特性の比較
5-1: 切削加工の難易度
- SUS304は粘性が高く、加工硬化しやすいため、切削加工が難しいとされます。切削工具の摩耗が早く、低速・高送りが基本です。
- SS400は炭素量が少なく、一般的な工具で容易に加工が可能です。加工コストが低く、量産に適しています。
→ 加工効率を重視する場合はSS400が有利ですが、仕上げ精度や機械的特性が必要な場合はSUS304が選ばれます。
5-2: 溶接時の注意点
- SUS304は溶接性は良好ですが、溶接熱影響部において粒界腐食が発生する可能性があるため、後処理（酸洗・パッシベーション）が必要です。
- SS400は溶接性に優れ、特別な前処理なく容易に溶接可能ですが、熱変形や割れのリスクは厚板ほど注意が必要です。
→ 高耐食性を求める場合はSUS304、コスト優先ならSS400といった選択基準になります。
5-3: 成形強度の違い
- SUS304は延性が高く、冷間成形や曲げ加工に適している反面、バネバック（戻り）に注意が必要です。
- SS400は引張強度が比較的低いため、大きな変形や曲げ加工にも向いています。ただし、亀裂の発生には注意が必要です。
→ 複雑な形状の成形や冷間加工がある場合はSUS304の方が変形追従性に優れます。
6: 用途に応じた材料選定
6-1: SUS304の一般的な用途
- 食品機械、厨房設備
- 化学プラントの配管・タンク
- 医療機器、建築内装材
- 排気部品、高温機器の部品
→ 耐食性・清潔性・耐熱性が求められる分野に最適です。
6-2: SS400の一般的な用途
- 建築構造材（H形鋼・チャンネル）
- 機械のフレーム、ベースプレート
- 鋼橋やトラス構造物
- 各種ブラケット・補強材
→ 低コストかつ高強度を要する構造用途で広く採用されています。
6-3: 用途に適した材料の選定基準
| 選定基準 | SUS304が優位 | SS400が優位 |
|---|---|---|
| 耐食性・衛生性 | ◎ 高い | △ 防錆処理が必要 |
| 高温環境 | ◎ 優れた耐熱性 | △ 長期使用に不向き |
| 加工コスト | △ 高価・加工難易度高 | ◎ 加工しやすく低コスト |
| 精密加工部品 | ○ 表面精度・耐久性に優れる | △ 精密用途には不向き |
| 構造体・大型部品 | ○ 耐久性重視で選定可 | ◎ 建築構造物に適している |
→ コスト・耐食性・加工性のバランスを見極めて、最適な材料を選定することが重要です。
7: SUS304とSS400のコスト比較
7-1: 初期コストと長期コスト
- SUS304はニッケルを含むため、原材料価格が高く、初期コストも割高です。特に厚板や特殊形状の加工品ではコスト差が顕著になります。
- SS400は一般的な炭素鋼であり、市場価格が安定しており、初期導入コストが低いことが大きなメリットです。
一方で、SUS304は耐食性が高いため、メンテナンスや交換頻度が低く、長期的にはコスト削減につながる場合があります。
→ 初期コスト vs トータルコストのバランスが選定の分かれ目となります。
7-2: コスト効率の側面
- SUS304は、再塗装・交換の頻度が少なくて済む環境下では、総合的なコスト効率に優れるケースがあります（例：食品工場、医療施設）。
- SS400は、大量生産や構造体用途でコストパフォーマンスが高く、加工性も良いため人件費削減にも貢献します。
→ 使用期間・環境・メンテナンス頻度を加味して、コスト効率を総合的に評価することが重要です。
7-3: 市場流通の影響
- SS400は国内外で広く流通しており、安定供給が可能です。突発的な材料不足のリスクが少なく、納期対応力も高いです。
- SUS304は、国際的なニッケル価格の変動に影響を受けやすく、価格変動が激しい傾向にあります。場合によっては調達困難となることもあります。
→ 安定供給を重視するプロジェクトではSS400が安心材料となりやすい一方、性能優先ならばSUS304を選択すべき場面もあります。
8: 結論: 様々な条件での選択基準
8-1: 具体的な選択ガイド
以下の条件に応じて、最適な材料を選定します：
- 耐食性が重要 → SUS304
- 高温部品や加熱を伴う工程 → SUS304
- コスト重視・屋内使用・構造体 → SS400
- 切削・加工工数削減 → SS400
- 長寿命・メンテナンス不要 → SUS304
→ 使用環境・期間・予算・メンテナンスコストのトータルバランスで判断するのがベストです。
8-2: 実際の施工事例
- SUS304採用例：食品工場の配管ライン、温泉設備の熱交換器、医療機器の筐体
- SS400採用例：ビルの鉄骨フレーム、プラントの架台、橋梁構造物
→ 業種や設計思想に応じた材料選定が、品質とコストの最適化に直結します。
8-3: 今後の比較研究の必要性
- 今後、高耐食・高強度とコストのバランスを追求した新素材（フェライト系・析出硬化系など）の登場により、さらなる選択肢が広がることが予想されます。
- また、LCA（ライフサイクルアセスメント）に基づく材料選定や、環境負荷低減を目的とした新しい評価基準も重要視され始めています。
→ SUS304とSS400の比較は今後も進化し、より戦略的な材料選定が求められる時代となります。
