鋼材とは？種類や特徴をわかりやすく解説

鋼材とは？種類や特徴をわかりやすく解説

鋼材とは何か？

鋼材とは・・・

鋼材とは、鉄に炭素を添加し、熱処理を施した金属材料のことをいいます。鋼材は主に鉄と炭素を主成分とし、それ以外の物質が合金元素として加えられる場合もあります。鋼材は、鉄よりも硬く強いため、鉄骨や自動車などの構造物や機械の部材など、さまざまな用途に使用されています。鋼材の硬さと強さは、炭素の含有量によって決まります。炭素の含有量が多いほど、鋼材は硬く强くなります。

鋼材の種類

鋼材の種類

鋼材は、鉄を主成分とした合金であり、様々な種類があります。鋼材の種類は、その製造方法や成分によって分類されます。

製造方法による分類では、電炉鋼と転炉鋼の2つに大別されます。電炉鋼は、電気炉で鉄鉱石を溶かして製造される鋼材で、転炉鋼は、転炉で鉄鉱石を溶かして製造される鋼材です。

転炉鋼は、電炉鋼よりも炭素含有量がやや高く、強度や硬さに優れます。一方、電炉鋼は、転炉鋼よりも炭素含有量が低く、延性や靭性に優れます。

成分による分類では、鉄と炭素を主成分とした炭素鋼と、鉄と炭素に加えて他の元素を添加した合金鋼の2つに大別されます。炭素鋼は、炭素含有量によってさらに、低炭素鋼、中炭素鋼、高炭素鋼に分類されます。

合金鋼は、炭素鋼に他の元素を添加した鋼材で、添加する元素によって、合金鋼の種類は様々です。代表的な合金鋼としては、クロム鋼、ニッケル鋼、モリブデン鋼、バナジウム鋼などがあります。

合金鋼は、添加する元素の種類や量によって、炭素鋼よりも強度や硬さ、耐食性、耐熱性などの特性が向上します。

鋼材の製造方法

鋼材の製造方法は、大きく分けて酸素製鋼法と電気炉製鋼法の2つがあります。酸素製鋼法は、高炉で生産された銑鉄に酸素を吹き付けて炭素やケイ素などの不純物を除去する方法で、安価で大量生産に適しています。電気炉製鋼法は、スクラップを原料として電気炉で溶かして不純物を除去する方法で、高品質の鋼材を生産することができます。

酸素製鋼法は、まず銑鉄を転炉に投入し、そこに酸素を吹き付けます。酸素が銑鉄中の炭素と反応して二酸化炭素を発生させ、炭素が除去されます。また、酸素は銑鉄中のケイ素やマンガンなどの不純物とも反応して除去されます。酸素製鋼法は、安価で大量生産に適しているため、一般的に使用されています。

電気炉製鋼法は、まずスクラップを電気炉に投入し、そこに電気を流して溶かします。電気がスクラップ中の不純物を酸化させ、不純物が除去されます。電気炉製鋼法は、酸素製鋼法よりも高品質の鋼材を生産することができますが、酸素製鋼法よりもコストがかかります。電気炉製鋼法は、高品質の鋼材が必要な場合に使用されます。

鋼材の用途

鋼材は、鉄を主な成分とする合金であり、優れた機械的性質を備えています。鉄は、地球の地殻の中で最も豊富に存在する元素ですが、そのままでは柔らかくて強度が低い金属です。そこで、鉄に炭素や他の元素を加えて合金化することで、鋼材が作られます。炭素の含有量によって、鋼材は、炭素鋼、合金鋼、特殊鋼の3種類に分類されます。

鋼材の用途は、その性質によってさまざまです。 炭素鋼は、安価で強度が高いため、一般構造物や機械部品に使用されています。合金鋼は、炭素鋼よりも強靭で耐摩耗性が優れているため、自動車や航空機の部品に使用されています。特殊鋼は、耐食性や耐熱性が高いなどの特殊な性質を備えているため、化学プラントや医療機器など、厳しい条件で使用される部品に使用されています。

鋼材を選ぶ際の注意点

鋼材を選ぶ際には、いくつかの重要な点に注意する必要があります。まず、どのような用途に使用するかを明確にしておくことが大切です。鋼材には、さまざまな種類があり、それぞれに適した用途があります。構造用鋼材、機械用鋼材、工具用鋼材など、用途によって選ぶ鋼材は異なります。

また、使用環境も考慮する必要があります。屋外で使用する場合には、耐候性に優れた鋼材を選ぶ必要があります。また、高温や低温の環境で使用する場合には、それらに耐えられる鋼材を選ぶ必要があります。

さらに、予算も考慮する必要があります。鋼材の価格は、種類や品質によって異なります。あらかじめ予算を決めておくことで、鋼材選びをスムーズに進めることができます。

これらの点に注意することで、適切な鋼材を選ぶことができます。