鋼 (はがね)       [h05]

鉄と炭素の合金で、炭素量がおおむね2%以下のものを「鋼(はがね)」といいます。この「鋼」は、熱処理によって、硬くすることもやわらかくすることもできる、地球上で最も有用な金属といえるでしょう。

およそ2%以上の炭素量になると、鋳物に分類されますが、鋳物では、鋼のような熱処理による大幅な特性の変化はできませんが、溶融温度が低いことで、いろいろな形状のものに「鋳込む」ことができるすぐれものです。


鉄炭素2元系平衡状態図の例
この図は「鉄-炭素系2元平衡状態図」と呼ばれるもので、各成分の鉄-炭素合金の温度における状態を示しています。

鋼はオーステナイトという温度域に上げて、その冷却を調整することで、いろいろな性質を持たせるように熱処理をすることができます。

この図で見ると、およそ2%以上の炭素の鋳物では、そのような結晶構造の変化を利用した熱処理はできません。

ただし、球状黒鉛鋳鉄と呼ばれるものは黒鉛を球状に固めることで、素地(マトリックス)の炭素濃度が鋼の範囲にあるようにしているものは、焼入れ焼戻しをすることで硬さを変化することができる・・・という変わるダネもあります。

高合金工具鋼には、SKD1のように炭素量が2%を超える鋼があリますが、これは炭素量の多くがクロム系の炭化物となって素地中に分散しているので、炭化物をのぞく部分(これをマトリックスといいます)は鋼の成分範囲になっているために、熱処理をして素地の部分の硬さを高くすることができます。

このように、鋼は熱処理によって硬さや機械的性質が変えることができるので、非常に有用なものになっていますが、鉄はシリコンSiなどと違って、100%Feの「純鉄」は作ることができないので、0.01%程度以下を純鉄と分類されています。

0.01%炭素のステンレス鋼などもたくさんあるので、ここでは「鉄、鋼、鋳鉄」という分類だけを理解しておいてください。

この鉄-炭素2元状態図は過去からいろいろなものが作られており、微妙に各点の温度や成分が異なるものも多いのですが、これは、鉄と鋼以外に、少しでも他の合金成分が入ると3元系になって2元で表せるものでなくなってくることや、鉄自体が100%Feというものが製造できないので若干の違いは仕方ないと思っていていいと思います。

ここでは、厳密な数字はきっちり覚える必要もありませんが、730℃程度のところのA1変態点や800℃近くのキューリー点、オーステナイト領域などを覚えておく程度でいいでしょう。

熱処理では、この平衡状態図と、S曲線といわれる変態曲線、CCTといわれる連続変態曲線の3つが説明でしばしば使われるのですが、実際の熱処理に当たってはこのような図は特に必要ではなく、例えば、熱処理品の「目標硬さ」が示されれば、メーカーなどが作成した標準熱処理方法に沿うことで目的の熱処理はできる・・・といえますので、このような図があるという程度を記憶しておくといいでしょう。

(この平衡状態図は、(株)不二越さんのHPから引用)

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(来歴)H30.11 文章見直し

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