木工旋盤の刃物を鋼材から選ぶ ― M2・M42・粉末冶金・超硬とクライオ／窒化処理

前提：鋼は「均質な金属」ではない

刃物鋼の話をするとき、多くの人が「硬い鋼／軟らかい鋼」という一本の軸で考えます。ところが実際の刃物鋼は、2つの別のものが混ざった複合材で、その配合によって大きく性質が異なる金属なのです。

• マトリックス（母材）――焼き入れされた鉄の地の部分。粘りを担当します
• カーバイド（炭化物）――そこに埋まっている、非常に硬い粒。摩耗に耐える役目を担います

コンクリートを想像するとわかりやすいと思います。セメント（マトリックス）の中に砂利（炭化物）が埋まっている。刃物鋼もこれと同じ構造です。

この見方をすると、刃物の3つの性質がきれいに説明できます。

• 刃持ち＝炭化物の硬さと量で決まる。硬い粒がたくさんあるほど摩耗しにくい
• 鋭さの到達点＝炭化物の大きさで決まる。刃先の凹凸は炭化物より細かくならないので、大きな粒が入っていると刃先はそこまでしか研げない
• 靭性（欠けにくさ）＝炭化物が大きく、偏っているほど低くなる。大きな粒が割れの起点になるからです

ここに、刃物鋼の永遠のジレンマがあります。刃持ちを上げようと炭化物を増やすと、粒が大きくなって、鋭さも靭性も落ちるということが起こります。

炭化物にも種類がある

埋まっている炭化物は、何と結合したかで硬さが違います。

• M6C系（モリブデン・タングステンの炭化物）――そこそこ硬い。ハイス鋼の主役
• WC（タングステン炭化物）――かなり硬い。超硬の主成分
• VC（バナジウム炭化物）――最も硬い。ごく少量でも耐摩耗性を大きく上げます

後で出てくる粉末冶金（ふんまつやきん）の話も、CBNホイールが必要になる理由も、すべてこの「VCが飛び抜けて硬い」という事実から出てきます。

刃物は2つの軸で決まる

ここが、この記事のいちばん大事なところです。刃物の性能は、2つの軸で決まっています。

だから「M2かM42か」と「クライオか窒化か」は、並列に比べるものではありません。実際の製品は、この2軸の組み合わせでできています。表にすると、こうなります。

ここで見落とされがちなのが、いちばん上の「無処理」の行です。処理は、するかしないかも含めた選択肢なのですが、カタログにはたいてい「した場合」しか書かれていません。

まずは軸1、鋼材そのものから順に見ていきましょう。

【鋼材編】M2 ハイス鋼

木工旋盤の刃物として、最も広く使われているのがM2ハイス鋼です。日本のJIS規格ではSKH51がほぼ同等品にあたります。

成分はおおよそ、タングステン6％、モリブデン5％、クロム4％、バナジウム2％、炭素0.85％前後。焼き入れ後の硬さはHRC 62〜65あたりです。炭化物はM6C系が主体で、少量のVCが混じります。

• 研ぎやすい。普通のアルミナ砥石でも十分に形が出せます
• 最も鋭い刃がつく。炭化物が細かめなので、刃先を薄く追い込めます
• 粘りがある。キャッチしても欠けにくい
• 安く、手に入りやすい

【鋼材編】M42 コバルトハイス

M42は、ざっくり言えば「M2にコバルトを約8％加えたもの」です。正確にはモリブデンを大幅に増やし（9.5％前後）、タングステンを減らした別配合ですが、使う側の理解としてはこれで十分です。硬さはHRC 66〜68と、M2より明確に上がります。

刃持ちと鋭さを、両取りする

M42の評価をひとことで言えば、「M2の鋭さをほとんど損なわずに、刃持ちを上げた鋼」です。Craft Supplies USAも、M42を「粉末冶金鋼の刃持ちと、M2の鋭い刃を兼ね備えた鋼」と位置づけ、近年ターナーの間で急速に支持を広げているとしています。

なぜ両取りができるのか。理由はコバルトが炭化物を作らないことにあります。

この記事の前提として書いたとおり、鋭さの到達点は炭化物の大きさで決まります。粉末冶金は硬い炭化物を「増やす」ことで刃持ちを稼ぐので、その代償として鋭さの上限が下がる。ところがM42のコバルトは炭化物を作らず、マトリックス（母材）そのものを強くします。炭化物の構成が変わらないので、鋭さの上限もほとんど下がらないわけです。

つまりM42は、「炭化物を増やさずに刃持ちを上げる」という、粉末冶金とはまったく別のアプローチでたどり着いた解答です。木工旋盤のように刃の鋭さが仕上がりに直結する用途では、このほうが理屈に合っています。

• 刃持ちが明らかに長い。使用者の評価は一貫して高く、研ぎ場に行く回数がはっきり減ります
• 鋭さの犠牲が小さい。M2にわずかに劣る程度で、粉末冶金鋼のような差にはなりません
• 研ぎ方は変わりません。特別な砥石を用意しなくても研げます

知っておきたいこと

いいことばかりではありません。M42を選ぶなら、次の2点は把握しておいてください。

アルミナ系砥石では研ぎ直しに時間がかかります。硬いということは、削り落とすのにも時間がかかるということです。形状をゼロから作り直そうとすると、M2の感覚では終わりません。裏を返せば、この点でこそCBNホイールの価値が大きくなります（後述します）。

靭性はM2より落ちます。硬さと粘りは、基本的にトレードオフの関係にあります。キャッチしたときの欠けやすさはM2より上がるので、大きく突き出す場面や、荒れた材の荒取りでは注意が要ります。

なお、この記事の後半で扱うクライオ処理を組み合わせたM42の刃物もあります。硬さと刃持ちをさらに一段引き上げる組み合わせです。

【鋼材編】粉末冶金鋼

M2もM42も、溶かした鋼を鋳込んで鍛える従来製法で作られます。粉末冶金（PM）は、ここを根本から変えました。

溶けた鋼を高圧のガスで吹き飛ばして微細な粉にし、その粉を型に詰めて高温高圧で押し固める。それだけの違いですが、結果はまるで変わります。

従来製法では、バナジウムを4〜5％より多く入れられませんでした。それ以上入れると炭化物が巨大になり、鍛造の段階で割れてしまって、そもそも製造できなかったのです。

粉末冶金なら、炭化物が細かいまま均一に散るので、この壁を突破できます。代表格のCPM 10V（木工旋盤では「V10」と呼ばれます）は、バナジウム約9.8％、炭素約2.5％。ほかにASP 2030（V約3％・Co約8.5％）、ASP 2060（V約6.5％・Co約10.5％）、M4などがあります。

Craft Supplies USAは、PM鋼はM2の5〜6倍の刃持ちとしています。ただし同時に、M2ほど極限まで鋭くは研げないため、仕上げよりも荒取り向きだ、とも書いています。前提として説明した「鋭さの到達点は炭化物の大きさで決まる」が、そのまま出ているわけです。

【鋼材編】超硬（替刃式）

超硬合金は、タングステン炭化物（WC）の粒を、コバルトで固めた焼結体です。工具用のものでWCが90％前後、コバルトが6〜10％程度。硬さは1200〜1800HV、微粒のものでは2000HVを超えます。

ここまで読まれた方は、もうお気づきかもしれません。これは「炭化物でできた材料」です。ハイス鋼が「母材の中に炭化物が散っている」のに対し、超硬は「炭化物の隙間をコバルトが埋めている」。メインとサブが完全に逆転しているのです。

だから極端に硬く、極端に摩耗しにくい。そのかわり、粘りはほとんどありません。

厳密にはスクレーパーとして機能する刃物

木工旋盤で使われる超硬は、そのほとんどが替刃式（インサート）です。そして最も重要なポイントが平らなインサートを持つ超硬工具は、スクレイプ（引っ掻き）する道具（スクレーパー）です。刃を材に対してほぼ90度で当て、ベベルを擦りません。

使い方も、ガウジとはまったく別物になります。

• 水平・平らに保つ。ガウジのように傾けたり、軸まわりに回したりしません
• 回転軸の中心で当てる。あるいは柄をわずかに上げて、センターのやや下を切る
• シャフトは重く太いものが多く、その重量がツールレストに工具を落ち着かせます

この「回転軸の高さで水平に置いて、まっすぐ押すだけ」という単純さが、超硬インサートの最大の強みです。ベベルを擦る感覚を身につけていなくても、その日から削れます。

替刃（インサート）の形と使い分け

レジン・アクリルに最適な超硬

超硬インサートが本当に強いのは樹脂系の材料です。アクリル、ポリエステル、レジン。これらは研磨作用が高く、ハイス鋼の刃先をあっという間に鈍らせます。

レジンと木を組み合わせた作品や、アクリルのペンブランクを挽くなら、超硬刃は「あると便利」ではなく「これでないと厳しい」領域に入ってきます。

【処理編】クライオ処理 ― 芯まで効く

ここからが軸2、後処理の話です。

クライオ処理（極低温処理）は、焼き入れ・焼き戻しをした刃物を、液体窒素で−185℃前後まで冷やす工程です。何が起きるのか。

残ったオーステナイトを、変えきる

鋼を焼き入れすると、軟らかいオーステナイトが硬いマルテンサイトに変わります。ただし、この変態は常温では完全には終わりません。変わりきらなかったオーステナイト（残留オーステナイト）が、必ずいくらか残ります。

そこを極低温まで持っていくと、変態が最後まで進みます。軟らかい部分が減り、硬い部分が増える。

さらにもうひとつ。この極低温でしか成長しない「イータ炭化物」と呼ばれる、極めて微細な炭化物が析出します。これが結晶と結晶のあいだを埋める充填材のように働き、組織全体を締めます。ゆっくりとしか育たないため非常に小さく、それが利点になります。

ここが重要 ― 成分は変わらない

クライオ処理は熱処理です。成分をいじるわけではありません。ここに、木工旋盤にとって大きな意味があります。

• 粉末冶金は、硬い炭化物を「増やす」ことで刃持ちを上げる → 鋭さの上限が下がる
• クライオは、炭化物の構成はそのままに、母材を作り込む → 鋭さの上限は下がらない

木工旋盤は、金属加工と違って刃の鋭さがそのまま仕上がりに出る世界です。だとすれば、鋭さを犠牲にせず刃持ちを稼げるクライオ処理は、この用途に理屈が合っています。Craft Supplies USAの鋼材比較でも、Cryo M2 はM2とは別の独立したカテゴリとして扱われています。

Crownの製品では、Cryogenic が M2 のクライオ処理、Razor Edge が M42 のクライオ処理にあたります。つまり「M2かM42か」を選んだうえで、どちらもクライオで底上げされている、という構成です。

【処理編】窒化処理 ― 表面だけが極端に硬い

Robustが採用する窒化処理は、クライオとはまったく別の考え方です。母材の芯はそのままで、表面だけを桁違いに硬くします。

母材の変質であり、コーティングではない

ここは誤解しやすい点ですが、窒化はメッキや被膜ではなく、窒素（と炭素）を金属の内部へ拡散させる処理です。母材そのものが変質するので、剥がれない・めくれない・欠け落ちない。

処理温度はおおむね500〜570℃。ハイス鋼の焼き戻し温度と同等かそれ以下なので、芯の硬さは損なわれません。これが窒化の巧いところです。

Robustの数値で見ると、こうなります。

• まずM2を機械加工し、HRC 62〜64に熱処理する
• そのうえで窒化処理を行い、表面硬度を1880HV（HRC 75相当以上）まで引き上げる
• 拡散層の深さは最大0.05mm

1880HVは、何と比べて硬いのか

数字だけ示されても、正直ピンときません。比較対象を並べてみます。

読み取れることが2つあります。ひとつは、母材の約2.4倍だということ。もうひとつは、その鋼自身に含まれる、どの炭化物よりも硬いということです。M2の耐摩耗性を担っているM6C炭化物（約1500HV）を上回っています。

そして超硬（WC）の約8割にあたります。つまり窒化処理とは、M2の粘りを保ったまま、表面だけを超硬に近い硬さにする処理だと言えます。

硬いと、刃先に何が起きるのか

そもそも、木を削っていて刃が切れなくなるのはなぜでしょうか。欠けるわけでも、溶けるわけでもありません。刃先が摩耗して、丸くなるからです。

研ぎたての刃先は、先端の半径が1ミクロンにも満たない鋭さです。これが削るうちに数ミクロンへと太っていく。太った先端は、もはや繊維を切らずに押しつぶすようになります。これが「切れなくなった」の正体です。端木口が毟れはじめるのも、サンディングの手間が増えていくのも、すべてここから来ています。

そして摩耗の進み方は、おおまかに硬さに反比例します（工学ではアーカードの法則として知られる考え方です）。単純に当てはめれば、硬さが2.4倍なら摩耗の速度は4割程度に落ちる計算になります。実際の刃先では微小な欠けも同時に起きるので比例どおりにはいきませんが、「倍以上長持ちする」という話だと理解して差し支えありません。

ここで注意しておきたいのは、1880HVという数字が意味しているのは「鋭さが失われるまでの時間が延びる」ことであって、「より鋭くなる」ことではないという点です。到達できる鋭さそのものは、あくまで母材であるM2のままです。前章のクライオ処理と同じで、処理が効くのは鋭さの高さではなく、鋭さの持続のほうだということになります。

0.05mmの層が、なぜ役に立つのか

ここで当然の疑問が出ます。「研いだら、その層はなくなるのでは？」

まっとうな疑問です。そして答えは「刃物の形状による」――ここがRobustの設計の巧妙なところです。

ガウジを思い出してください。ガウジを研ぐとき、削るのはベベル（先端の斜面）だけです。フルート（溝）の内側は研ぎません。そして切れ刃は、研いだベベルとフルートが交わる線です。

つまり――フルート側の窒化層が残っているかぎり、切れ刃そのものは窒化層の縁にある。何度研ぎ直しても、刃先は硬い層に支えられ続けます。

そしてもうひとつ、見逃せない効果があります。硬い側と軟らかい側とで、摩耗の速さが違うということです。

ガウジの刃先は、フルート側の窒化層（1880HV）と、研ぎ出したベベル面の母材（約750HV）が交わる線でできています。使っていくと、軟らかいベベル側のほうが先に減っていきます。硬い層が残り、その裏側が削れていく。すると刃先は「丸くなる」のではなく、薄い形を保ったまま後退していくことになります。

ネズミの前歯と同じ原理です。前面が硬いエナメル質、裏側が軟らかい象牙質でできているため、噛むほど裏側が先に減り、歯はいつまでもノミのような鋭い形を保ちます。窒化処理の本当の価値は、硬さそのものよりも、この「刃先の硬い側を残す構造」にあると言っていいと思います。

スクレイパーも同じ理屈です。下側のベベルだけを研げば、上面の窒化層は残ります。だから立てるバリも窒化層でできることになり、鋭い切れ味が得られるスクレーパーとなります。

そしてスキューには効きません。両側のベベルを研ぐので、切れ刃の窒化層は削り落とされてしまいます。これはRobust自身が明言していることで、「それでも十分に良い鋼だ」と正直に付け加えています。メーカーが自社製品の限界をはっきり言っているのは、信頼できる姿勢だと思います。

もうひとつの効果 ― 摩擦が減る

窒化処理には、硬さとは別の効果があります。表面の摩擦が下がるのです。

刃物の表面がなめらかで滑りがよくなると、切りくずの離れがよくなり、樹脂の付着も減ります。研ぎ味とは別のところで、使用感に効いてくる部分です。防錆にも多少寄与します。

【処理編】無処理 ― 市場の大半を占める

ここまでクライオ処理と窒化処理を見てきましたが、実際に流通している刃物の大半はどちらの処理もされていません。

誤解のないように書いておくと、無処理が悪いわけではありません。しっかり作られたM2の無処理ガウジは、それだけで十分に良い道具です。この記事で述べてきた通り、切れ味や切削面の善し悪しを決めるのは刃の鋭さと当て方であって、処理の有無ではありません。

何も書かれていなければ、無処理

クライオも窒化も、追加の工程でありコストがかかります。やっているメーカーは、必ずそれを明記します。わざわざコストをかけたことを黙っている理由がないからです。つまり、商品になにも記載がなければ無処理ということになります。

剛材と処理は、買うときにしか選べません

ここが、鋼材や処理を検討するうえで実務的にいちばん重要な点かもしれません。

研ぎ方は後から変えられます。角度も、グラインドの形も、いつでも研ぎ直せます。柄も交換できます。ところが鋼材と処理だけは、買ったあとに変えられません。クライオも窒化も専門業者の設備が要る工程で、個人が刃物1本のために依頼するのは現実的ではないからです。

つまり、刃物を買うという行為のうち、後戻りできないのは「鋼材」と「処理」の2つだけということです。ここだけは、買う前に確認しておきたい点です。

無処理の刃物か、処理された刃物か？

判断の目安は、処理の有無による価格差と、その刃物を何年使うつもりかを並べて考えることです。処理代は一度きりですが、刃持ちの差は使うたびに効いてきます。

一覧比較

鋼材（軸1）

処理（軸2）

砥石が追いつかない、という問題

実務上、いちばん見落とされているのが研ぎの話です。

粉末冶金鋼を白アルミナ砥石で研いではいけません。正確には研げないわけではないのですが、性能を引き出せません。理由は単純で、アルミナがバナジウム炭化物より軟らかいからです。

アルミナ砥石でPM鋼を研ぐと、母材だけが削れて、硬いバナジウム炭化物は削られずに磨かれてしまいます。周りの支えを失った炭化物は、やがてぽろりと脱落する。結果として、せっかくの耐摩耗性が活きないまま刃先が崩れていきます。

粗い番手ならそこまで問題になりませんが、細かい番手になるほど、この差が効いてきます。仕上げの刃をつけようとするほど、アルミナでは届かなくなるということです。

CBN（立方晶窒化ホウ素）は約4500HVで、すべての炭化物を上回ります。PM鋼の工具を買うなら、CBNホイールもセットで考えてください。これは好みの問題ではなく、性能を出せるかどうかの問題です。

では、PM鋼以外にCBNは不要か

ここは誤解しやすいところですが、上のグラフが答えているのは「アルミナで削れるか、削れないか」という話であって、「どちらの砥石が良いか」という問いの答えではありません。

結論を言えば、PM鋼以外でもCBNは強くおすすめします。ただし理由は炭化物ではなく、別のところにあります。

1. 硬い鋼ほど、研削に時間がかかり、熱が入る。M42は硬いぶん、同じ形を出すのに時間がかかります。アルミナ砥石は発熱が大きいので、その時間ぶんだけ熱が刃先に蓄積する。CBNは削れる速度が速く、熱も逃げやすい。硬い鋼ほど、砥石の性能差が結果に出ます。

2. 砥石が痩せると、ジグの設定が無効になる。研ぎを数値で記録して再現する運用は、砥石径が変わらないことが前提です。アルミナ砥石はドレッシングのたびに小さくなるので、記録した数値が少しずつズレていきます。これは鋼材とは無関係に、CBNを選ぶ十分な理由になります。

3. 目詰まりが起きない。硬い鋼をアルミナで削り続けると砥石表面が滑らかになり、切れずに擦るだけの状態になります。そこからさらに熱が入る。CBNではこれが起きません。

4. 炭化物の話も、実はゼロではない。砥粒は対象より「硬ければいい」のではなく、十分に硬くないと効率よく切れません（目安として1.2倍程度とされます）。この視点でグラフを見直すと、こうなります。

窒化処理された刃物は、ちょうど境界線上にあります。メーカーが「通常の砥石でも研げる」としているのは事実でしょうが、それは窒化層が0.05mmと薄いからで、余裕があるわけではありません。

余談ですが、バナジウムはM2（約2％）のほうがM42（約1.15％）より多く含まれます。絶対量が少ないので実害は小さいものの、「M2ならアルミナで十分」という単純な話でもありません。

超硬インサートにダイヤモンドを使うのは、CBNでは超硬に対して硬さの余裕が足りないためです。逆にダイヤモンドは鉄系材料を高温で削ると化学反応を起こすので、鋼の研削には向きません。そのため、ダイヤモンドシャープナーなどは手作業で使う前提です。これらの知識を正しく持つことで、相手にあった研ぎ方を理解しておくとよいでしょう。

選び方のまとめ

ここまでを、選び方に落とし込みます。

あわせて読みたい ボウルガウジの研ぎ角度と選び方 ― 仕上がりを左右する重要な一本 鋼材と並んで仕上がりを左右するのが研ぎ角度です。「切れ味」と「届く範囲」のトレードオフを、器の断面図で解説しています。

まとめ

• 刃物鋼は母材＋炭化物の複合材。刃持ちは炭化物の硬さと量、鋭さの限界は炭化物の大きさで決まります
• 刃物は「鋼材」と「処理」の2軸でできています。M2かM42かと、クライオか窒化かは、別の話です
• M2――世界標準。研ぎやすく、最も鋭くできる
• M42――コバルトが母材を強化。炭化物を増やさずに刃持ちを上げるため、鋭さの犠牲が小さい。ただし研ぎ直しに時間がかかり、靭性はM2より落ちます
• 粉末冶金――炭化物を細かく均一にする製法。刃持ちは数倍だが、鋭さの上限は下がる
• 超硬――鋼ではなく焼結合金。替刃式でスクレイプする道具。レジン・アクリルには最適
• クライオ処理――芯まで効き、鋭さを犠牲にしない。どんな形状の刃物にも有効
• 窒化処理――表面0.05mmが1880HVに。片面だけを研ぐガウジ・スクレイパーでは刃先に残り続けるが、スキューには効きません
• 処理の記載がなければ無処理と考えるのが妥当。そして鋼材と処理だけは、買ったあとに変えられません
• PM鋼にはCBNが必須。それ以外の鋼材も、発熱・砥石径の安定・研削速度の点でCBNを強く推奨します

ツバキラボでは、木工旋盤のレッスンで研ぎの実習も行っています。M2やM42の研ぎや研いだ直後の切れ味を確かめる内容もあります。

参考にした資料

• Robust Tools「Turning Tools ― Turner’s Edge」窒化処理の技術解説
• Crown Hand Tools「Cryogenic Woodturning Tools」
• Craft Supplies USA「Comparing Woodturning Tool Steels」
• Cindy Drozda「Tool Steel」
• Knife Steel Nerds「CPM 10V Steel ― History, Properties, and How to Heat Treat」
• Crucible Industries「CPM 10V（AISI A11）データシート」／Erasteel「ASP 2030・2060 データシート」
• American Association of Woodturners フォーラム各スレッド（M2 vs M42／Turning Tool Steels／Pros & Cons for carbide tools ほか）
• 各種超硬合金メーカーの技術資料（WC粒径・コバルト量と硬さの関係）