第一鋼業株式会社~熱処理用語 鋼

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。

鉄(純鉄)は温度によって結晶構造は変化しますが、常温では熱処理による硬化は望めません。また、およそ2%以上の炭素量になると「鋳物」に分類され、これも同様に、熱処理による大幅な特性の変化はできません。

その中間体が「鋼(はがね)」で、熱処理をすることで、硬くすることもやわらかくすることもできる、(つまり、機械的性質を大きく変えることができる)地球上で最も有用な金属といえるでしょう。


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」((株)不二越さんのHPより)と呼ばれるものの例で、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。

この図については詳しく説明しませんが、鋼は「鉄と炭素の合金で、その炭素量が0.01-2%程度のもの」です。

この鋼の大きな特徴は、オーステナイトという温度域に上げて、その冷却方法を調整することで、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ることにあります。

通常の鋼は、炭素以外に様々な合金元素が加えられており、様々な「鋼種」に分類されて様々な特徴を持った鋼酒が製造・販売されています。

鋼の成分範囲は広範囲に及んでいますが、特に炭素の量が重要です。

例えば、炭素工具鋼に分類される鋼種は、水などで急冷(焼入れ)すると非常に固くなり、炉の中でゆっくり冷却(完全焼なまし)すると、柔らかくなって簡単に加工できるようになります。

用途から見てもっとも沢山の量が製造されているのは、建築現場などの鉄骨などの「構造用鋼材」ですが、これらの多くは、低炭素の鋼で、そのまま製品として使用されるものですが、刃物や工具、強度を調整する必要がある鋼種などは、熱処理をして使用されます。

耐食性に優れたステンレス鋼の中には、0.01%程度の低炭素の鋼もたくさんありますし、耐摩耗性に優れた工具鋼では、2%を超える高炭素鋼もあります。

この鉄-炭素2元状態図ですが、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といいでしょう。

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。

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