鋼 (こう・はがね)      [k44]

鋼は鉄(Fe)と炭素(C)の合金で、炭素量が概ね0.01%から2%のものをいいます。

0.01%以下は鉄、2%以上は鋳物に分類されますが、この「鉄」は、元素のFeですが、高純度のFeの製造は難しく、また、それほど重要な用途もないことから、鋼との分類上で、0.01%程度以下の鋼を「純鉄」と表現されています。

下の状態図に示されるように、およそ、鉄中の炭素量が2%程度までの合金が鋼に分類されています。

鋳物との区別は、組織中に遊離炭素があれば、鋳物に分類されます。

そのために、炭素以外のその他の合金との化合により炭化物などが含まれる鋼では、炭素が2%以上のものあり、それらも「鋼」に分類されます。

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これは「鉄-炭素2元系状態図」の一例です。
図では、約2%以上の炭素量では「鋳物」に分類されます。

この図ではE点の炭素量が2.14%となっていますが、いろいろな状態図が公表されているので、この数字は「約2%」という程度に覚えておいていいでしょう。

2%以上の炭素量になると、炭素は鉄(Fe)に溶け込まないで、それが遊離してきます。

多くの鋼では鉄-炭素のみの2元系でなく、いろいろな合金元素が含まれますので、この図のような「状態図」として表せませんが、耐摩耗鋼(例えばSKD1:C=2.1%、Cr=12%)なども「鋼」に分類されます。

もちろんこれは、炭素はクロム系の炭化物になって組織の中にある状態で、その炭化物が非常に高いので耐摩耗性に寄与するのですが、炭化物を除いた部分(マトリックス:素地)はそれより炭素量の少ない「鋼」になっています。

また、鋳鉄の遊離した炭素は、炭のようなもので、硬くありませんが、それは、潤滑性、音や振動の吸収に役立ちます。

粉末ハイス粉末工具鋼では、炭化物を均一に分散させて、2.2%Cを超える鋼製品も製造されているのですが、この炭素の多くは硬い炭化物になっていますので、炭素量が高くても「鋼」の一種です。

フェロチックという材質があります。
現在は超硬合金や粉末ハイスに押されて、あまり見かけることも少なくなりましたが、これは硬いチタン炭化物などを鉄(Fe)または鉄鋼で固めたもので、「鉄鋼種」としては分類されていないのですが、鉄鋼と同じように熱処理をして硬くなるものもあります。

超硬合金も硬いタングステンなどの炭化物をコバルト(Co)で固めたものですが、フェロチックや超硬合金は、鉄と炭素が固溶しているものでないので、「鋼」には分類されていません。
超硬と鋳鉄の例

普段に目にする状態図は、上に示した鉄-炭素のものが多いのですが、これは、炭素以外の元素を含めると、状態図に示すのが難しいので、この炭素-鉄の状態図以外は近年ではみることがほとんどなくなりました。


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