合金元素 (ごうきんげんそ)     [k51]

高温の液体状態で溶けて、鋼中に固溶する元素または、炭化物などの化合物を形成する元素をさします。

これらの元素には、鋼の性質を高めるもの(CrやMnなど)と劣化させるもの(PやCuなど)があります。さらに、意図して加える場合や、合金化するための材料(フェロアロイなど)から意図せずに鋼中に入ってしまうものもあります。

これらの合金は、製鋼する途中で成分調整されて、基本的な性質は確保した状態になっています。しかし、鋼材購入時のミルシートには、需要先等が指定した元素以外は表示されていないのが通常ですので、細部の詳細は見るシートを見てもわかりません。

性質を高める合金元素で、Cr・Moなどの多くの合金元素はレアメタルに分類され、鉄鋼に加えることで、強度や焼入れ性などを改善するのですが、これらの合金元素の含有量は鋼の価格に影響します。

鉄鋼の成分はミルシートに書かれていますが、その%値はレードル分析値(鋼塊になる前の溶湯での分析値)で、重量%で表現されています。


鋼材ミルシートには、合金元素には、すべての合金元素が記載されていませんが、逆に、含有量が多いと性能を劣化させるものもあわせてミルシートには掲載されていることに注意が必要です。

たとえば、P(リン)、S(硫黄)、Cu(銅)などがそれで、これらの非金属介在物となって、悪い影響を及ぼすもの(Ca、Mg、Alなど)についても記載されています。

合金元素を加えることで、何らかの特性向上があるものは、C Si Mn Ni Cr Mo W Vなどがあります。

これらの特性(長所)項目を見ると、工具鋼などでは、

1)焼入れ性が向上する: Mn Cr Niなど
2)耐摩耗性が向上する:Cr W Mo Vなど
3)耐食性・耐熱性が向上する:、Cr Ni W  Moなど
4)じん性が向上する:Ni Cr Mo など
5)強さが向上する:Cr Mn Moなど

があり、合金元素の多くはレアメタルと呼ばれる希少資源のもので、相場で価格が変動します。そのために、その含有量によって、相場によって鋼材価格が変動します。

近年は製鋼技術が向上したこともあって、高価な合金元素の使用量を減らす操作も可能になっており、高価な合金元素であれば、例えば、0.8-1.2%の成分範囲であれば、その中央値を狙うのではなく、この場合は、0.8の下限を狙って製造することもできる様になっています。

これは、鋼材価格の上昇を軽減する操作などとしては仕方がないところもありますが、これによって、明らかに焼入れ性や硬化深度などで影響が出る場合があります。

しかし、もっとも鉄鋼の特性に影響の大きい元素は炭素(C)で、さらに、これらの元素の多くは化合し、固溶体として溶け込んでいるか、炭化物などになっています。

そのことから、鋼材の化学成分と機械的性質や熱処理による影響は大きいのですが、ミルシートの成分だけで鋼材の機械的性質を読み取ることは難しいことだと言えます。

しかし、それを考えるヒントになりますので、ミルシートが有る場合には、一通り目を通す習慣をつけておくといいでしょう。



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