特殊鋼         [t21]

鋼は鉄(Fe)と炭素(C)の合金ですが、その他の合金元素(Cr、Mn、Moなど)を加えて、強さなどの機械的性質や耐食性などの化学的性質を付加させたものを「特殊鋼」といいます。

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その成分範囲は広く、鋼種の種類は非常に多くあるのですが、JISでいう「特殊鋼」は、普通鋼(SS400など)や鋳・鍛鋼に対応する用語です。

特殊鋼は合金鋼、工具鋼、特殊用途鋼に分類されており、それぞれが、用途別(機械構造用や工具用など)や製品形態(棒、板、帯など)で分類されていますので、非常にわかりにくく、曖昧になっている感じもします。



JIS規格のG0204に鉄鋼用語(鋼製品の分類及び定義)という規格がありますが、読んでもよくわからないと思いますので、ここでは、熱処理面から見た鋼種分類の例を示します。

鋼に要求される代表的特性としては、①強度(硬さ) ②じん性(ねばさ) ③耐化学性 ④耐熱性 などがあります。

強度が必要な場合は炭素量を高める必要がありますので、炭素量で鋼種分類されている鋼種が多いですし、その他の合金元素の特徴を生かして用途別の分類がされていると考えるといいでしょう。

特殊鋼簡易分類表 第一鋼業

ここにあるステンレスや耐熱鋼、低温鋼、磁性鋼などの特殊用途に分類されるものは、すでにメーカーで熱処理などの加工がされた状態のものや、目的に応じた熱処理の方法が決まっていたり、反対に、熱処理をしないもの等があるので、機械構造用と工具鋼について、その特徴について若干細くして説明します。

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鋼の性質上、全ての特性に優れた鋼種はありません

基本的には、合金元素を加えることで先に上げた「強さ」「焼入れ性」「じん性」「耐熱性」などの特性が付加されます。

しかし、合金元素を多く加えるのがいいということではありませんし、鋼材コストの問題もあるので、それらをうまく均衡させるようにした製品が「鋼材」として販売されているということになります。

これらの合金元素のうち、最も鋼材の性質に及ぼす影響が大きい元素は「炭素(C)」で、何よりもこれが強度その他の特性に影響します。

例えば、鋼の硬さを上げると強くなるという性質があります。しかし鋼にはもう一つの重要な点があり、硬さが高くなると、ねばさ(じん性)が低下します。

このように、鉄鋼の持つ特性(強度、じん性など)はすべてが良い状態にはできないものであるために、ある鋼を用いる場合には、その使用対象とともに他の性質とのバランスを考えなくてはなりません。

炭素量と硬さの関係
硬さHRCと引張強さTSの関係 第一鋼業引張強さと硬さの関係

たとえば、焼入れして硬さを上げるためには適当量の炭素量が必要で、それによって強度は増しますが、反対にじん性や耐熱性は低下してしまいます。

また、ステンレス包丁などに使われるステンレス鋼は焼入れ硬化する鋼種が刃物用途に使われますが、このような鋼種は、ステンレス鋼であっても、耐食性はあまり良好な部類ではありません。

その他では、熱間工具鋼に分類されるSKD61は、じん性の高さから、冷間用の高靱性刃物材に適していますし、ベアリング鋼として分類されるSUJ2は、炭素工具鋼のSK105よりも安価で焼入れ性が良いなどから、高い硬さの機械部品や刃物材として適していると言えます。

このように、JISの分類とは異なった見方で鋼種を考えればいいのですが、このためには、幅広い知識や経験が必要になるものの、そういう鋼の特性を知って材料と熱処理を考えていくと、安価で高性能な製品づくりに結びつくでしょう。

このようなことを説明している書籍が少なくなりましたが、「不二越 知りたい熱処理」は読みやすくて、ものづくリに役立つ考え方が多く書かれた本です。鋼材と熱処理を勉強される方はWEBなどで探して是非購入されることをおすすめします。



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