SUS鋼材の許容応力とは何か
許容応力とは、材料が長期間にわたり安全に使用できる応力の最大値を指します。一般的には降伏応力や破断応力に安全係数を乗じて算出されます。SUS304やSUS303などのオーステナイト系ステンレスでは、以下の式で計算されることが多いです。
許容応力 σa = 降伏応力 σy ÷ 安全係数 n
安全係数は使用環境や荷重条件に応じて1.2〜3程度が一般的です。耐食性や温度条件が厳しい場合には、より保守的な安全係数を採用します。許容応力の基準値はJIS規格でも定められており、JISの鋼材規格で確認可能です。
主要SUS鋼材の許容応力一覧
代表的なオーステナイト系SUS鋼材の許容応力（常温）をまとめると以下の通りです。
| 鋼種 | 降伏応力 σy (MPa) | 破断応力 σb (MPa) | 許容応力 σa (MPa) |
|---|---|---|---|
| SUS304 | 205 | 520 | 102〜170（安全係数1.2〜2） |
| SUS303 | 185 | 490 | 92〜154（安全係数1.2〜2） |
| SUS316 | 205 | 520 | 102〜170（安全係数1.2〜2） |
鋼種ごとの特性の違いにより、耐食性や加工性とのバランスを見ながら許容応力を設定することが重要です。特にSUS303は切削性を高める硫黄添加により、局所応力下での脆性割れに注意が必要です。精密部品設計に関して解説で詳しく解説しています。
許容応力と加工性の関係
SUS鋼材は加工履歴によって硬化や応力集中が生じ、許容応力に影響します。具体的には以下の通りです。
- 冷間加工：曲げやプレス加工で材料が硬化し、局所的に許容応力が変化。150〜200HV以上の硬化部分は割れリスクあり。
- 熱処理（焼鈍）：硬化部分を均一化し、許容応力を安定化。冷間加工後のSUS304などでは必須。
- 溶接加工：溶接部の残留応力により局所的に許容応力が低下するため、適切な順序や応力緩和処理が必要。
加工条件による許容応力変動を理解することは、機械部品や配管設計で重要です。加工条件ごとの許容応力に関して解説で詳しく解説しています。
用途別の許容応力設定例
使用環境や用途によって、許容応力の設定は異なります。実務上は耐食性・耐摩耗性・加工性とのバランスを考慮します。
- 食品機器・厨房機器：SUS304 150〜170MPa、安全係数1.5で加工性優先。
- 化学装置・耐摩耗部品：SUS316 160〜180MPa、耐食性重視。耐酸・耐塩化物環境に対応。化学機器用途の選定に関して解説で詳しく解説しています。
- 精密機械部品：SUS303 140〜160MPa、切削加工性重視。精密部品設計での許容応力調整に関して解説で詳しく解説しています。
- 建材・配管：SUS304 150〜170MPa、耐食性と加工性のバランス重視。建築・配管用途の許容応力設定に関して解説で詳しく解説しています。
許容応力算定時の注意点
許容応力は単に降伏応力を割るだけでなく、以下の要素を考慮する必要があります。
- 荷重条件：静荷重・動荷重・振動荷重に応じて安全係数を調整。
- 温度影響：高温環境では降伏応力が低下するため、使用温度に応じて許容応力を補正。
- 材料不均一性：冷間加工や溶接部で局所的な硬化や残留応力が生じる場合は、設計段階で考慮。
- 耐食性とのバランス：SUS鋼材は耐食性と機械的強度がトレードオフの場合もあり、用途に応じた鋼種選定が重要。
これらを考慮することで、部品の長期信頼性を確保できます。設計・加工条件の最適化に関して解説で詳しく解説しています。
よくある質問
まとめ
SUS鋼材の許容応力は設計や加工条件、用途によって大きく変化します。降伏応力や破断応力を基に安全係数を設定し、加工履歴や使用環境を考慮することが重要です。本記事では、sus 許容応力の基本定義、計算方法、加工影響、用途別の設定例まで徹底解説しました。適切な許容応力設定により、部品の耐久性、加工効率、安全性を最大化できます。
