鋼の焼入れ性を高める合金元素について

焼入れ性（→こちらに記事があります）を高めるには、炭素量を増すことが重要ですが、焼入れ性を高める合金元素によっても焼入れ性が大きく変わります。

「焼入れ性が良い」というのは、　①焼入れしたときに、十分な硬さが得られること　　②その時の硬化する深さが深いこと　をいいます。

そして、上図のように、 焼入れ性を増す合金の含有量によって、焼入れ性が変わります。

つまり、鋼材の機械的性質や熱処理特性は、鋼材の成分によって変化するということです。

焼入れ性は、数値で捉えにくいということを前のページで説明しましたが、ここではともかく、焼入れ性が増せば、質量効果を受ける大きな品物でも、表面の硬さが増し、表面から内部への硬さ低下度合いが緩やかになる　…　というように考えるといいでしょう。

しかし、鋼種としての成分を考えるとき、単に合金をたくさん多量に加えればいいというものではありません。

後に出てきますが、例えば、焼入れしたときに、残留オーステナイトが多くなってしまって硬化しにくくなったり、炭化物を作る元素であれば、じん性などの機械的性質が低下したりする、困った問題が出てきます。

ただ、ここでは、そのような細かいことは考えずに、このグラフにある合金成分が高い（多い）鋼種は、焼入れ性がいい　…　という程度に理解しておきましょう。

合金量を増やしすぎるのもダメ

近年では「高合金化」「高級鋼化」が進んでいます。

それもあって、Cr、Mo、Wなどの合金元素を多く含むほうが、何かに優れていると思われがちです。

この背景には、 「大きな品物を均一な硬さにしたい」「熱処理の自動化に対応できるようにしたい」という世間の品質への要望が関係しているのでしょう。

さらに、金型などの加工が複雑になり、加工費用が上がったことで、材料費の比率が下がり、少々高い材料でもPayするということでも、高合金化が進んだようです。

しかし工具鋼の成分では、バランスがあるような配合になるように考えられています。

工具の代表の「刃物鋼」についての現状を見ると、現在でも、例えば、プロテリアル（旧：日立金属）（株）さんには、白紙・黄紙などの炭素工具鋼や青紙とよばれる低合金の特殊工具鋼などが数種類があって、昔ながらに「刃物用鋼」として販売されて、使用されています。

これらの炭素工具鋼や低合金工具鋼は、ナイフやプロ大工用などの工具や利器としては定評で、切れ味、被加工性などは 非常に優れていると評価されています。

「日本刀」の材料もこのような部類の鋼で、これらは決して合金量が多いとはいえず、焼入れ性は高くなく、耐摩耗試験をすると、高合金鋼には負けてしまうのですが、簡単に試験するのが難しい「切れ味」や「使い勝手」が非常にすぐれていることで、今でもたくさん使用されているということなのです。

つまり、「高合金鋼のほうがが良い」とか、「高価な材料が良い」というものでは決められないということです。

ただ、これらの炭素工具鋼や低合金工具鋼は、水焼入れとか、素早く冷却するという操作が必要です。

このために、自動化され、プログラム化された市中の熱処理屋さんでは、熱処理できない（熱処理を受け得てもらえない）場合も多くなっています。

この辺りの熱処理事情も、材料選択の基準になることも考えておいたほうがいいかもしれません。