鋼 (はがね)           [h05]

【用語の意味】

鉄と炭素の合金で、炭素量がおおむね2%以下のもの。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最も有用な金属といえる。これ以上の炭素量のものは鋳物に分類される。


【補足説明】


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る。鋼はオーステナイトという温度域に上げ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が、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ない。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ために、焼入れ焼戻しで硬さを変化することができる。
高合金工具鋼のSKD1のように炭素量が2%を超える鋼があるが、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、熱処理をして素地の部分の硬さを高くすることができる。
このように、鋼は熱処理で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るが、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%程度以下を純鉄としているが0.01%炭素のステンレス鋼などもあり、ここでは「鋼と鋳鉄」という分類になっている。
この鉄-炭素2元状態図でも、微妙に各点の温度や成分が異なるものも多いが、これに少し他の合金成分が入ると3元系になるし、それ以上の合金は表示することもできないので、厳密な数字はきっちり覚える必要もないが、730℃程度のA1変態点、800℃近くのキューリー点、オーステナイト領域などは覚えておくとよい。
熱処理では、この平衡状態図、S曲線といわれる変態曲線、CCTといわれる連続変態曲線がよく説明で使われるが、実際の熱処理に当たっては「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。


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