鋼の熱処理焼入れ8　鉄鋼の焼入れ性を増す合金元素

焼入れ性を増す合金元素

焼入れ性（→こちら）を高めるには、炭素量を増すことがも重要ですが、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」ということは、　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、表面の硬さが増しますし、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てください。

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、焼が入りにくくなったり、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・・・という、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・・・という程度に理解ください。

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」・・・という世間から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・・・ということなどで、高合金化が進んだこともあるでしょう。

しかし工具鋼の成分を見ても、バランスがあるような配合になっています。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）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り、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があるので、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・・・ということも考えておいたほうがいいかもしれません。

熱処理コラムレアメタル・レアアース

【レアメタル】　レアメタルは、世界的な産出場所が偏在して、産出量が少ない金属のことを言いますが、レアメタルのうちで、鋼の合金成分として挙げられるのは、ボロンＢ、クロムＣｒ、マンガンＭｎ、コバルトＣｏ、ニッケルＮｉ、ニオブＮｂ、モリブデンＭｏ、タンタルＴａ、タングステンＷ、などがあります。

合金元素は地下資源なので、残念ながら、鉱石を産出する国は限られていて、資源の乏しい日本ではそれを確保することは重要な問題です。

合金鋼の原料に使用する場合は、これらを含む「フェロアロイ（合金鉄）」が用いられますが、製鋼には欠かせないものですので、それを一定量確保するために、政府による備蓄の対象にもなっています。

フェロアロイ類の生産は、中国が突出しており、政治的な問題もああるので、ニュースの種になることもあります。　そしてもちろん、日本国内でも加工して製造されるフェロアロイもありますが、多くは、世界的な産地や産出量が限定されますので、当然、相場が形成されます。そしてさらに、産出国の政治的要素なども加わって、その価格も変動します。

しかし、幸いなことに、鉄鋼の主要成分であって、その特性を大きく変える、炭素Ｃ、シリコンＳｉ、マンガンＭｎ、クロムＣｒ，ニッケルＮｉ、などの合金は、生産量（産出量）も潤沢で、短期的価格変動はあるものの、価格、量ともに比較的に安定供給されていて、鋼材価格としては大きな変動は少ないといえるでしょう。

これら鉄鋼に欠かせない合金元素についても、相場が形成されていて不安定な要因があるために、特に合金元素量の多い工具鋼などを作るメーカーでは「サーチャージ」や「エキストラ」という言い方で、鋼材価格の変動に対応する仕組みが出来ていて、それで特殊鋼鋼材が流通しています。

【レアアース】　次に、レアメタルと並んで、レアアースとよばれる希土類元素がニュースでもしばしば取り上げられています。

比較的、耳にするのは、ネオジムやサマリウムなどの、磁石材料などに使用されている元素があります。

レアアース類の多くも、やはり、中国に産出量が多く、中国に依存している状況のために、価格や安定供給に対しては問題があります。

このレアアースについては、その性質、効果、特性などが未知の部分も多い状態で、さらに高価で安定供給が難しいとなれば、単価の安い鉄鋼類には使いにくいものです。　

ただ、精錬や製鋼は元来、錬金術のようなものですので、このレアアースは、非常に興味深いものといえることは確かですから、研究はされているでしょうが、これを使った革命的製品になるには、長い時間がかかりそうです。