ステンレスと合金鋼の締結部品：A2-70・A4-80・8.8・10.9・12.9

1. 特性等級の読み方

ボルト頭部に刻印された数字は、炭素鋼では ISO 898-1、ステンレスでは ISO 3506-1 で規定されています。両方の記号を読み解くことが、選定作業の半分を占めます。

1.1 炭素鋼・合金鋼：8.8、10.9、12.9

8.8 の場合は次のとおりです。

• 小数点より前の 8：引張強さ Rm = 8 × 100 = 800 MPa
• 小数点より後の 0.8：降伏比 Re/Rm = 0.8、したがって Re = 800 × 0.8 = 640 MPa

等級	引張強さ Rm（MPa）	降伏強さ Re（MPa）	代表材料
4.8	400	320	低炭素鋼 Q235
5.8	500	400	低炭素鋼
6.8	600	480	中炭素鋼
8.8	800	640	焼入れ焼戻し中炭素鋼（ML35、SWRCH35K）
10.9	1040	940	焼入れ焼戻し合金鋼（42CrMo、SCM440）
12.9	1220	1100	焼入れ焼戻し合金鋼（SCM440、35CrMo）

1.2 ステンレス：A2-70、A4-80

表記は A2-70 の形式です。

• A2：鋼種グループ。A1 は快削、A2 = 304 系（18% Cr、8% Ni）、A3 = 321、A4 = モリブデン入りの 316 系、A5 = 316L。
• 70：引張強さ = 70 × 10 = 700 MPa。

等級	合金	引張強さ（MPa）	代表用途
A2-50	304、半硬質	500	一般構造、建具
A2-70	304、冷間圧造	700	ステンレス用途の 80% を占める標準
A2-80	304、加工硬化	800	304 で強度が不足する箇所
A4-70	316、冷間圧造	700	海洋、海岸、塩化物環境
A4-80	316、加工硬化	800	海洋、高強度

2. 炭素鋼・合金鋼とステンレスの比較

2.1 化学成分

系統	代表鋼種	C	Cr	Ni	Mo
低炭素鋼	Q235 / SWRCH18A	0.18%	—	—	—
焼入れ焼戻し合金鋼	42CrMo / SCM440	0.42%	1.0%	—	0.2%
304	A2 / 06Cr19Ni10	≤ 0.08%	18%	8%	—
316	A4 / 06Cr17Ni12Mo2	≤ 0.08%	17%	12%	2.2%

2.2 強化機構の違い

炭素鋼と合金鋼は熱処理で強化します。焼入れ焼戻しによってマルテンサイトを焼戻しソルバイトに変え、強度を大きく高めます。8.8、10.9、12.9 はいずれも焼入れ焼戻し材です。

ステンレスは冷間加工で強化します。オーステナイト系ステンレスは焼入れでは硬化せず、加熱すると軟化するため、強度は冷間圧造や伸線の際の結晶粒の変形から得られます。A2-70 が A2-50 より強いのは、冷間圧下量が多いためです。

2.3 耐食性の源

炭素鋼と合金鋼にはコーティングが必要です。

• 亜鉛めっき：8〜12 μm、塩水噴霧 72〜100 時間。
• Geomet（ジンクリッチフレーク）：500〜1,000 時間。
• 亜鉛ニッケル：720〜1,000 時間。自動車シャシーの標準です。

ステンレスは 18% のクロムを含み、自己修復性のある Cr₂O₃ 不動態皮膜を形成するため、大気、淡水、弱酸中で耐えるのにコーティングは不要です。316 のモリブデンは、海水や海岸大気に対する耐塩化物性を高めます。

3. 機械的特性の比較

M10×50 の六角穴付きボルト、同一サイズで材料のみを変えた比較です。

等級	引張強さ（MPa）	降伏強さ（MPa）	推奨軸力（kN）	最高使用温度	耐食性
4.8 炭素鋼	400	320	12	300 °C	不良（めっきが必要）
8.8 炭素鋼	800	640	25	400 °C	中程度（亜鉛 / Geomet）
10.9 合金鋼	1040	940	36	425 °C	中程度（Geomet / Zn-Ni）
12.9 合金鋼	1220	1100	43	425 °C	中程度（Geomet / Zn-Ni）
A2-70（304）	700	450	18	425 °C 連続	良好（大気、淡水）
A4-70（316）	700	450	18	450 °C	優良（海岸、弱酸）
A4-80（316）	800	600	24	450 °C	優良
Inconel 718	1200	1000	40	650 °C	極めて良好（高温腐食）

4. A2・A4・A5 の選び方

4.1 A2-70（304）：80% の標準

A2-70 は冷間圧造した 304 そのものです。耐えられる環境は次のとおりです。

• 一般的な屋内環境（装置筐体、キャビネット、電子機器）
• 淡水（冷却塔、ポンプ）
• 弱酸・弱アルカリ（食品加工、医薬品製造装置）
• 海岸から離れた屋外（内陸の街路設備）

A2-70 を使ってはいけない用途は次のとおりです。

• 海岸から 5 km 以内：塩化物が 304 の不動態皮膜を破壊し、孔食を起こします。A4-70（316）を使用してください。
• プール、薬品、次亜塩素酸：塩化物濃度が高すぎ、316 でも不足します。二相系ステンレスか Inconel を使用します。
• 塩水や醤油が触れる食品接触部：A4-70 または A4-80。

4.2 A4-70 / A4-80（316）：海洋・過酷環境

316 は 2.2% のモリブデンを含み、耐孔食性は 304 の約 3 倍です。A4 の代表的な用途は次のとおりです。

• 船舶、港湾、海洋プラットフォーム
• 海岸沿いの建築物、橋梁の手すり
• 塩水・醤油・酢を扱う食品機械
• 消毒液や体液に触れる医療機器
• プール設備

A4-70 は冷間圧造、A4-80 は加工硬化で、14% 強く延性はやや低くなります。多くの用途は A4-70 で足り、軸力をさらに確保したい場合にのみ A4-80 を選びます。

4.3 その上：A5-80（316L）と二相系

316L は低炭素版（C ≤ 0.03%）で、溶接後の粒界腐食に耐えます。溶接構造のステンレスには A5 を指定してください。二相系 2205 は 316 の 2 倍の耐食性を 5 倍のコストで得るもので、化学プラントと洋上風力に用途が限られます。

5. 8.8・10.9・12.9 の選び方

5.1 8.8：主力等級

8.8 は産業界の標準です。十分に強く、安価で、靭性があり、脆くありません。鋼構造物、機械組立、一般機械の 80% がこれで回っています。材料は中炭素鋼 ML35 で、冷間圧造したのち焼入れ焼戻しし、青白亜鉛、黄亜鉛、Geomet で仕上げます。

5.2 10.9：高強度

より小さいボルトで大きな荷重を支える場合、たとえばホイールハブ、コンロッド、ロボット関節では、42CrMo または SCM440 の 10.9 を選びます。8.8 より 30% 強く、12.9 より靭性と疲労寿命に優れる最適点です。自動車の高強度ボルトの約 90% が 10.9 です。

5.3 12.9：扱い注意

12.9 は 1,220 MPa で商業等級の最高位ですが、3 つの問題があります。

1. 水素脆性。強度が高いほどリスクが高まります。適切なベーキングなしでめっきした 12.9 ボルトは、組付け後数時間から数日で破断することがあります。ASTM F1941 は、めっき後に 230 °C で 4 時間のベーキングを要求しています。
2. 脆性。塑性変形の予兆がほとんどなく破壊するため、安全上の問題となります。
3. 疲労寿命の低下。強度が高いほどねじ谷の応力集中が鋭くなり、疲労限は実際には 10.9 より低くなります。

12.9 が正当化されるのは、径を大きくできず、しかも荷重が 10.9 の能力を超える空間制約のある締結だけです。それ以外では 10.9 のほうが安全な仕様です。

6. かじりの防止

ステンレスで最も厄介な問題です。圧力・熱・無潤滑の条件下でステンレス同士の表面が微視的に溶着しては破れ、ナットがボルトの途中で焼き付いて切断せざるを得なくなります。

6.1 ステンレスがかじる理由

不動態皮膜は極めて薄いため、いったん破れると高圧下で新生面同士が接触して溶着します。炭素鋼は酸化皮膜と潤滑皮膜がある程度効果を抑えます。

6.2 防止策

1. ボルトとナットで異なる鋼種を使う：A2 ボルトに A4 ナット、または 304 に 316。化学成分が異なると溶着しにくくなります。
2. 焼付き防止剤を塗布する：MoS₂、銅、ニッケル系の化合物。単独で最も効果的な対策です。
3. 締付速度を落とす：電動工具は低速で使い、全速では回しません。
4. ゆるいねじ嵌合を使う：しまり嵌合ではなく 6g/6H。
5. 乾いたまま組み付けない：組立前に少量の油かねじ用グリースを塗ります。

7. コスト比較（2026）

M8×30 六角穴付きボルト、2026 年華南価格（税込）です。

等級	材料・表面処理	単価（USD）	相対比
4.8 炭素鋼	青白亜鉛	0.011	1×
8.8 炭素鋼	青白亜鉛	0.021	2×
10.9 合金鋼	Geomet	0.063	5.6×
12.9 合金鋼	黒色酸化 / Geomet	0.111	10×
A2-70（304）	生地	0.083	7.5×
A4-70（316）	生地	0.208	19×
Inconel 718	生地	4.86	440×

8. 判断フロー

1. 425 °C を超えるか？
   • はい：Inconel 718 または高温用合金鋼。
   • いいえ：次へ進みます。
2. 環境は腐食性か？
   • 内陸・屋内・乾燥：8.8 亜鉛めっき。
   • 屋外・湿潤：A2-70。
   • 海岸・塩化物・食品：A4-70（316）。
   • 薬品・過酷：A4-80 または二相系。
3. 荷重はどれだけか？
   • 通常：8.8 炭素鋼。
   • 高荷重・空間制限：10.9 合金鋼。
   • 最小サイズで極限荷重：12.9（注意して使用）。
4. 衝撃や低温か？
   • はい：12.9 より 10.9 を優先。ステンレスは A4-80。
   • いいえ：上記のとおり。

9. よくある誤解

10. よくある質問

Q1. 304 と 316 を目視で判別できますか。

できません。モリブデン試験液は 201/304 で赤変し、316 では無色のままです。確定には発光分光分析を用います。

Q2. 12.9 ボルトが自然に折れるのはなぜですか。

水素脆性です。めっき浴の水素が鋼中に拡散してねじ谷に集まり、遅れ破壊を起こします。めっき後に 230 °C で 4 時間ベーキングしてください。

Q3. ステンレスボルトをエンジンに使えますか。

一般には使えません。排気温度は 500 °C を超え、そこで 304 と 316 は強度が急落します。排気系の締結部品には Inconel 718 か高温用合金鋼を使います。

Q4. A2-70 と 8.8 はどちらが強いですか。

8.8 が 800 MPa、A2-70 が 700 MPa で、8.8 が 14% 強くなります。降伏比が異なる点（A2-70 は 0.64、8.8 は 0.80）に注意が必要で、実際の能力は締結部の設計に依存します。

Q5. 12.9 の M10 の締付トルクは。

μ = 0.14 で降伏の 90% まで締める場合、約 65〜75 N·m です。慣習に頼らず ISO 898-2 の表を確認してください。

Q6. 亜鉛めっきボルトは屋外で使えますか。

青白亜鉛は屋外で 1〜2 年で錆びます。Geomet なら 5〜10 年です。海岸沿いの屋外では A4-70 か亜鉛ニッケルを指定してください。

Q7. ステンレスボルトは何回再利用できますか。

5〜10 回です。組付けのたびに不動態皮膜が傷み、かじりリスクが上がります。重要締結部では毎回ねじ山を点検してください。

Q8. そのボルトが本当に 12.9 か見分ける方法は。

正規品には「12.9」とメーカーマークが刻印されています。刻印がない、不鮮明、あるいは異常に柔らかいものは、8.8 に刻印を打ち直したものであることが多いです。重要用途では分光分析と硬さの抜取検査が必要です。

Q9. チタンボルトの等級は。

Ti-6Al-4V は約 900 MPa で、密度は鋼の 60%、比強度は最高クラスです。ISO 898 の枠外にあり材料規格で指定され、1 g も無駄にできない航空宇宙、モータースポーツ、ロボティクスで使われます。

Q10. アルミ部品にステンレスボルトを使うとどうなりますか。

異種金属接触腐食が起きます。アルミニウムが陽極となって湿潤環境で早く腐食します。絶縁グリース、絶縁ワッシャ、またはアルミ製の締結部品で解決します。