「鋼」の版間の差分

提供: miniwiki
移動先:案内検索
(1版 をインポートしました)
(内容を「 '''鋼'''(はがね、こう、釼は異体字、{{lang-en-short|steel}}) 鉄-炭素合金の一種。炭素を2%以下含むものを鋼といい,これよりも…」で置換)
(タグ: Replaced)
 
1行目: 1行目:
{{Otheruses}}
 
{{Redirect|鋼鉄|1933年の映画|鋼鉄 (映画)}}
 
'''鋼'''([[wikt:はがね|はがね]]、こう、[[wikt:釼|釼]]は異体字、{{lang-en-short|[[wikt:steel|steel]]}})とは、[[炭素]]を0.04~2パーセント程度含む[[鉄]]の[[合金]]。'''鋼鉄'''(こうてつ)とも呼ばれる<ref >{{Cite web |url=https://kotobank.jp/word/%E9%8B%BC%E9%89%84-62810#E5.A4.A7.E8.BE.9E.E6.9E.97.20.E7.AC.AC.E4.B8.89.E7.89.88 |title= 鋼鉄とは 大辞林 第三版の解説 |author=三省堂 |work=コトバンク |publisher=朝日新聞社/VOYAGE GROUP |accessdate=2017-06-24}}</ref>。強靭で加工性に優れ、[[ニッケル]]・[[クロム]]などを加えた[[特殊鋼]]や[[鋳鋼]]等とあわせて'''鉄鋼'''(てっこう)とも呼ばれ、産業上重要な位置を占める。
 
[[File:The viaduct La Polvorilla, Salta Argentina.jpg|thumb|280px|鋼橋。]]
 
== 語源 ==
 
日本語の「はがね」の由来は[[刃物]]に用いる[[金属]]を意味する「{{読み仮名|刃金|はがね}}」である。かつて鋼とは焼入れによって硬化する鉄合金をさし、[[鉄器時代]]以来、[[鍛造]][[鍛接]]、熱処理や研磨技術によって刃物類が製作されてきた。ここを原点にさまざまな鉄合金が発達し、そのつど鋼の定義は拡大解釈されて現在に至っている。
 
現在では刃物専用以外でも、[[精錬]]技術によって造られた鉄鋼材全般を{{読み仮名|鋼|はがね}}・{{読み仮名|鋼鉄|こうてつ}}と呼び、[[錬鉄]]・[[鋳鋼]]などを含めることがある。
 
  
鉄鋼はドイツ語の「{{lang|de|Eisen und Stahl}}」の訳が語源とされているが、日本で最初に「鉄鋼」という呼び名が使われたのは雲伯鉄鋼[[合資会社]](現・[[日立金属]]安来工場)の社名が原点とされている{{要出典|date=2009年4月}}。雲伯鉄鋼合資会社による鉄鋼製品の源流は「[[たたら製鉄]]」であるが、ここでいう「鉄鋼」とは[[特許|新案特許]]「製鋼法」([[明治]]39年([[1907年]])取得)からなる錬鉄をさし、新[[特許法]]の錬鉄(伊部式包丁鉄と言う)が出発となる。
+
'''鋼'''(はがね、こう、釼は異体字、{{lang-en-short|steel}})
 
 
== 定義 ==
 
[[File:Diag phase fer carbone1.PNG|thumb|380px|Fe-C[[状態図]]<br />炭素量と温度により、鉄はさまざまな組織となる。]]
 
鉄の性質は、含まれる[[炭素]]の量で大きく変化する。[[鉄鉱石]]を還元したものを[[銑鉄]]といい、4%から5%の炭素を含む。これをそのまま[[鋳型]]に流したものが「鋳物」とも呼ばれる[[鋳鉄]]である。鋳鉄はもろくて[[可塑性]]がなく、鎚で叩いたり、曲げたりすると割れてしまう。
 
 
 
もろい銑鉄から炭素を除去すると、鉄は強靭になるとともに可塑性を持ち、叩いて整形([[鍛造]])したり、曲げたり、延ばしたりの加工が可能になる。この炭素の少ない鉄が鋼鉄である。
 
 
 
現在の[[金属学]]の定義では、Fe-C系2元合金において、[[炭素|C]]含有量が0.0218 - 2.14%の範囲にある部位である。言い換えると、[[フェライト相|フェライト]]のC最大[[固溶体|固溶]]量(0.0218%)から[[オーステナイト]]のC最大固溶量(2.14%)までの範囲の部位とも定義できる。Fe-C系2元合金において、C含有量が0.0218%以下のものを[[鉄]]と呼び、2.14[mass%]以上のものを[[鋳鉄]]と呼ぶ。一方で、[[極低炭素鋼]]や[[ステンレス鋼]]のように炭素の添加がなされない鉄も「鋼」と呼ばれる{{Sfn|田中|2015|p=478}}。国際規格の ISO 4948-1 では、一般的に2.0%以下の含有量の炭素と他の元素を含む鉄の合金を鋼 (英語:steel、フランス語:acier) 定義している<ref>ISO 4948-1:1982, Steels — Classification — Part 1: Classification of steels into unalloyed and alloy steels based on chemical composition. https://www.iso.org/standard/10963.html</ref>。
 
{{See also|セメンタイト|パーライト}}
 
 
 
== 歴史 ==
 
世界で初めて鋼を開発したのは、[[紀元前1400年]]ごろの[[ヒッタイト]]であると考えられている。ヒッタイトは[[炭]]を使って鉄を[[鍛造]]することにより鋼を製造し<ref>「文明の誕生」p128-129 小林登志子 中公新書 2015年6月25日発行</ref>、[[アナトリア]]を中心に鉄を主力とする最初の文明を築いた。この製法は厳重に秘匿されていたものの、[[前1200年のカタストロフ]]と呼ばれる大動乱によって紀元前1190年頃にヒッタイトが滅亡すると、製鋼技術はヒッタイトを滅ぼした[[海の民]]や、[[エジプト]]や[[メソポタミア]]といった近隣の諸国へと伝播し、さらにそこから遠方へと伝わっていった。
 
 
 
[[産業革命]]以前の世界においては各国で鋼が製造されたが、なかでも最も名高かったものは[[インド]]において生産されるウーツ鋼であった。ウーツ鋼はインド国内で消費されるほか、[[中東]]方面へも盛んに輸出され、とくに[[シリア]]の[[ダマスカス]]において刀剣に加工されたものは非常に高い評価を受けていた<ref>『世界文明における技術の千年史 「生存の技術」との対話に向けて』p137 アーノルド・パーシー 林武監訳、東玲子訳、新評論、2001年6月。ISBN 978-4-7948-0522-5</ref>。このことから、ウーツ鋼は[[ダマスカス鋼]]という名前で広く知られるようになった。ウーツ鋼はるつぼによって生産されたが、[[19世紀]]初頭までには生産が途絶え、現代においては製法は失伝している。日本においても[[たたら製鉄]]によって[[玉鋼]]と呼ばれる鋼が生産され、主に[[日本刀]]の原料として使用された。ウーツ鋼や玉鋼に見られるように、近代以前の世界において鋼の主な使用法は、硬度の要求される[[刀剣]]の材料としてのものであったが、16世紀以降、[[オスマン帝国]]で鋼は銃の砲身に使用されるようになり、この製法は[[ムガル帝国]]にも伝わった<ref>『世界文明における技術の千年史 「生存の技術」との対話に向けて』p138-139 アーノルド・パーシー 林武監訳、東玲子訳、新評論、2001年6月。ISBN 978-4-7948-0522-5</ref>。しかし、大量に生産することはどこの文明圏においてもできなかった。[[18世紀]]に入ると[[イギリス]]で徐々に製鋼法の改善がはじまり、1740年代には[[ベンジャミン・ハンツマン]]によってるつぼを使用して良質の鋼が作られたものの、これは量産することは不可能であった。この後も様々な鋼の生産法が開発されるものの、真に工業的に大量生産ができるようになるのにはヘンリー・ベッセマーによる1856年の転炉法の発明を待たねばならなかった。
 
 
 
== 製鋼法 ==
 
鋼の生産は、先ず[[赤鉄鉱]]や[[磁鉄鉱]]など[[採掘]]された[[酸化鉄]]である[[鉄鉱石]]を[[高炉]]で[[還元]]させて[[銑鉄]]を得る。縦長の高炉上部から、鉄鉱石・[[コークス]]・[[石灰石]]を投入し、下部から熱ガスと空気を送り込んで800℃以上を維持するよう燃焼させる。これにより、コークスから発生する[[一酸化炭素]]が酸化鉄を還元させて銑鉄が得られる。この工程は高炉の耐久性限界まで連続して行うのが通例である<ref name="osawa2-3.2">[[#大澤|大澤p.83-86 Ⅱ.金属の材料 3.鉄鋼 3.2.転炉と平炉]]</ref>。
 
 
 
高炉で得られた銑鉄に含まれる炭素など不純物を次の[[製鋼]]工程で取り除く。ここでは、[[ケイ素]]、[[リン]]、[[硫黄]]などを除去し、[[炭素]]の含有率が0.5 - 1.7%程度に調整される。この方法には[[転炉]]と[[平炉]]がある<ref name="osawa2-3.2" />。
 
 
 
転炉(転炉製鋼法)は[[1856年]]に[[イギリス]]の発明家[[ヘンリー・ベッセマー]]が開発した。彼の名を取って[[ベッセマー法]]と名づけられた本技術によって初めて鉄鋼の大量生産が可能となった。このベッセマー転炉においては、[[珪石]]製の[[煉瓦]]を内部に張った炉に銑鉄を入れ加熱空気を送ると不純物や余分な炭素が燃焼(酸化)して除去できる。この方法によって20トンの製鉄を30分以下で行うことが可能となった。発明当初の技術ではリンの除去は不可能であったが、1887年に[[シドニー・ギルクリスト・トーマス]]が[[白雲石]]粉末を裏張りした転炉を用いる方法を開発し、このトーマス転炉においてリンを[[リン酸カルシウム]]の[[溶滓]](ようさい)として分離させることが可能となった。この溶滓は[[肥料]]に転用された。現在では1946年に[[オーストリア]]で開発された空気の代わりに[[酸素]]を用いるLD転炉法が主流となっている<ref name="osawa2-3.2" />。また、[[1949年]]にはそれまで底から酸素を送り込んで不純物を除去していたものが、上から酸素を吹きつけるだけでも撹拌が起きて不純物が除去されることがわかり、上部から酸素を送り込む工法が主流となった。しかし上部からの酸素だけでは撹拌が弱くなるため、1970年代にはふたたび底吹きが主流となる。しかし今度は上部の温度が上がりにくくなるという欠点が現れ、結局1980年代以降は上部からの酸素供給を基本とし、底部から補助的に空気を送り込む混合式の吹込みが主流となった{{Sfn|新日鉄住金|2004|pp=68&ndash;69}}。
 
 
 
平炉は[[反射炉]]の一種で、1856年にシーメンス兄弟(カール・ウィルヘルム・シーメンスとフレデリック・シーメンス)によって炉の構造が発明され、マルタン父子(ピエール・ マルタンとエミール・マルタン)によって製鋼法が発明された<ref>http://repository.dl.itc.u-tokyo.ac.jp/dspace/bitstream/2261/31412/1/sk016009002.pdf 「平炉法の発明の経過」p245-247(「生産研究」第16巻第9号、1964年)中沢護人</ref>ことから、両者の名を取ってシーメンス・マルタン法と呼ばれる。鉄鉱石と屑鉄([[スクラップ]])を混合し加熱して不純物を酸化・除去し、適度の炭素を残す。熱源は電気アークである<ref name="osawa2-3.2" />。しかし平炉法は冷えた材料の加熱を行うため、初期のものは鋼の製造まで10時間を要した。1960年代には3時間まで時間が短縮されたものの、転炉はこの過程を30分で行えるため勝負にならず、日本では1960年代以降この方式での製鋼は行われていない{{Sfn|新日鉄住金|2004|pp=67&ndash;68}}。
 
 
 
このほかにスクラップを用いる[[電気炉]]生産方式(電気炉製鋼法)がある。[[日本]]での生産割合は、転炉製鋼法が約75%、電気炉製鋼法が約25%である。
 
 
 
日本古来の[[砂鉄]]からの製鋼法を「たたら吹き」と呼び、日本刀の原料となる[[玉鋼]]が製造される。[[日立金属]]が極少量の生産を続けているが、生産された玉鋼は指定された[[日本刀]]の刀工にのみ配布され、一般には流通しない。
 
 
 
==強化法==
 
一般に、金属材料の[[降伏強さ]]を向上するためのメカニズムには、大別して「固溶強化」「析出強化」「転位強化」「結晶粒微細化強化」の4つが存在する{{Sfn|谷野・鈴木|2013|p=117}}{{Sfn|高木|1997|p=675}}。これらの機構を適用して、鋼の強化も行われる{{Sfn|谷野・鈴木|2013|p=117}}。[[塑性変形]]は結晶中の[[転位]]の動きによって起こる{{Sfn|高木|1997|p=675}}。4つの強化機構は、いずれも転位の動きやすさを低下させるように働き、それによって鋼を強化させる{{Sfn|谷野・鈴木|2013|p=117}}。
 
 
 
== 鋼の種類 ==
 
鋼の特長は、まず鉄に軽微な合金化を行うことにより[[強靭]]な固体材料を生成できること、資源が豊富であり酸素との親和性が比較的低いため安価に精錬ができることにある。別元素の固溶限が大きく合金化しやすいため、多様な鋼種が開発されてきた。
 
 
 
[[ケイ素]] (Si) を添加した電磁鋼、[[ニッケル]] (Ni) や[[マンガン]] (Mn) を添加した非磁性鋼、[[クロム]] (Cr) や[[ニッケル]] (Ni) を添加した[[ステンレス鋼]]など、さらに[[工具鋼]]、[[高速度鋼]]など、さまざまな用途に適した鋼種がある。
 
 
 
鉄鋼材料は各観点からいろいろな名前で呼ばれ、分類法によっては同じものが別の名前で呼ばれることがある。
 
鋼はその用途ごとに鋼種の改良が進んできた。例えばJISの分類も、[[銅]]などの合金が比較的成分の系列にしたがって命名されているのに比べ、用途や製法、強度区分、炭素量を示すものなどがあり、解りにくいものになっている。
 
 
 
例えばS45Cという鋼種は[[炭素]]量0.45%の鋼をいい、SUJ(軸受鋼)は、[[ボールベアリング]]の内外輪に使われる鋼種であるということを示す。
 
 
 
さらに、各国の規格において鋼種の呼称が異なっている。例えば
 
*S45C ([[日本工業規格|JIS]])、1045、([[SAE]]/[[AISI]])、C45 ([[ドイツ工業規格|DIN]])
 
*SKH10 (JIS)、T15 (AISI/[[ASTM]])、S12-1-4-5 (DIN) である。
 
 
 
=== 成分からの分類 ===
 
鉄鋼は大きく分けて、鉄と微量の炭素による合金である[[炭素鋼]](普通鋼)と、それ以外の金属との合金である[[合金鋼]](特殊鋼)に二分される。普通鋼の名の通り、古来から製造使用されてきた鋼は炭素鋼に分類される。これに対し、炭素鋼を基本として一種または数種類の金属を添加し性質を改善したものが合金鋼であり、普通鋼に対して特殊鋼の名で呼ばれている。特殊鋼は添加する金属によって、[[ニッケルクロム鋼]]、[[ニッケルクロムモリブデン鋼]]、[[クロム鋼]]、[[クロムモリブデン鋼]]、[[マンガン鋼]]など様々な種類が存在する。
 
 
 
炭素鋼と合金鋼は、成分からの分類では、以下のようにさらに細かく分類できる。
 
*炭素鋼(JIS記号:S○○C)
 
**低炭素鋼(炭素含有量が約0.3%以下)
 
**中炭素鋼(炭素含有量が約0.3 - 0.7%)
 
**高炭素鋼(炭素含有量が約0.7%以上)
 
また、
 
*極軟鋼
 
*軟鋼
 
*半軟鋼
 
*硬鋼
 
*最硬鋼
 
という分類もある。
 
*合金鋼
 
**低合金鋼
 
**中合金鋼
 
**高合金鋼
 
 
 
また、炭素鋼は、組成(標準組織)や[[炭素]]濃度の上から以下のように分類できる。
 
*[[共析鋼]]
 
**[[パーライト]]のみからなり、炭素濃度は0.77%。
 
*[[亜共析鋼]]
 
**初析[[フェライト相|フェライト]]とパーライトからなり、炭素濃度は0.02% - 0.77%。
 
*[[過共析鋼]]
 
**初析[[セメンタイト]]とパーライトからなり、炭素濃度は0.77% - 2.11%。
 
 
 
=== 性質からの分類 ===
 
*[[ステンレス鋼]]
 
*[[マンガン]]鋼
 
*[[電磁鋼]]
 
*[[耐候性鋼]]
 
*[[工具鋼]]
 
*[[耐海水鋼]]
 
*[[耐サワー鋼]]
 
*[[耐火鋼]]
 
*[[耐熱鋼]]
 
*[[低温用鋼]]
 
*[[非磁性鋼]]
 
*[[非磁効性鋼]]
 
*[[快削鋼]]
 
*[[窒化]]鋼
 
*[[肌焼鋼]]
 
*[[強靭鋼]]
 
 
 
=== 用途からの分類 ===
 
[[日本工業規格|JIS規格]]ではこの分類法が用いられている。
 
*[[一般構造用鋼]]
 
*[[建築用構造用鋼]]
 
*[[自動車用鋼板]]
 
*[[配管用鋼管]]
 
*[[油井用鋼管]]
 
*[[刃物鋼]]
 
*[[工具鋼]]
 
**[[炭素工具鋼]]
 
**[[ダイス鋼]](昔の分類に存在し、現在でも多用される)
 
**[[高速度工具鋼]](ハイス)
 
**[[合金工具鋼]]
 
*[[ばね鋼]]
 
*[[軸受鋼]]
 
*[[ピアノ線]]
 
 
 
=== 形状からの分類 ===
 
*[[条鋼]]
 
**[[軌条]]
 
**[[形鋼]]
 
**[[棒鋼]]
 
**[[線材]]
 
*[[鋼板]]
 
**薄板(厚さ3mm未満のもの)
 
**中板(厚さ3mm以上、6mm未満のもの)
 
**厚板(厚さ6mm以上、150mm未満のもの)
 
**極厚板(厚さ150mm以上のもの)
 
*[[鋼管]]
 
 
 
== 加工法 ==
 
*[[焼きなまし]]
 
*[[焼きならし]]
 
*[[焼入れ]]
 
*[[焼き戻し]]
 
 
 
== 表面硬化処理及び表面処理例 ==
 
*[[ボロナイジング]]
 
*[[窒化処理]]
 
*[[浸硫処理]]
 
 
 
== 世界の主要鉄鋼メーカー ==
 
主要な鉄鋼メーカーを、[[粗鋼]]生産量順(2012年)に並べた。
 
* [[アルセロール・ミッタル]]({{LUX}})
 
* [[新日鐵住金]]({{JPN}})
 
* [[河北鋼鉄集団]]({{CHN}})
 
* [[宝鋼集団]]({{CHN}})
 
* [[ポスコ]]({{KOR}})
 
* [[武漢鋼鉄]]({{CHN}})
 
* [[江蘇沙鋼集団]]({{CHN}})
 
* [[首鋼集団]]({{CHN}})
 
* [[JFEスチール]]({{JPN}})
 
* [[鞍山鋼鉄集団]]({{CHN}})
 
 
 
==脚注==
 
{{脚注ヘルプ}}
 
{{Reflist}}
 
 
 
== 参考文献 ==
 
*{{Cite book|和書|author=大澤直|year=2008(初刷2006)|edition=第一版第四刷|title=金属のおはなし|publisher=[[日本規格協会]]|isbn=4-542-90275-6|ref=大澤}}
 
* 『日本の鉄鋼業』([[日本鉄鋼連盟]]、2013年)
 
* {{cite book ja-jp
 
|author=谷野 満・鈴木 茂
 
|title=鉄鋼材料の科学 : 鉄に凝縮されたテクノロジー
 
|series=材料学シリーズ
 
|publisher=内田老鶴圃
 
|year=2013
 
|edition=第3版
 
|isbn=978-4-7536-5615-8
 
|ref={{Sfnref|谷野・鈴木|2013}}
 
}}
 
* {{cite book ja-jp
 
|author=新日鉄住金株式会社(編著)
 
|title=カラー図解 鉄と鉄鋼がわかる本
 
|publisher=日本実業出版社
 
|year=2004
 
|edition=第1版
 
|isbn=978-534-03835-7
 
|ref={{Sfnref|新日鉄住金|2004}}
 
}}
 
* {{cite book ja-jp
 
|author=田中 和明
 
|title=図解入門 最新金属の基本がわかる事典
 
|series=図解入門シリーズ
 
|publisher=秀和システム
 
|year=2015
 
|edition=第1版
 
|isbn=978-4-7980-4431-6
 
|ref={{Sfnref|田中|2015}}
 
}}
 
*{{Cite journal ja-jp
 
|author    = 高木 節雄
 
|year      = 1997
 
|title    = 鉄の強化機構と限界強度
 
|journal  = まてりあ
 
|volume=36
 
|issue    = 7
 
|publisher = 日本金属学会
 
|pages    = 675&ndash;679
 
|doi =10.2320/materia.36.675
 
|ref={{Sfnref|高木|1997}}
 
}}
 
 
 
== 関連項目 ==
 
 
 
* [[産業の米]]
 
* [[鋳鋼]]
 
* [[鉄]] - 鉄の概要や[[歴史]]など。
 
* [[鉄鋼業]]
 
** [[製鉄所]]
 
** [[日本鉄鋼連盟]] - 日本の鉄鋼業の業界団体。
 
** [[産業技術短期大学]] - 日本の鉄鋼業界(日本鉄鋼連盟)が設立した大学。
 
 
 
== 外部リンク ==
 
{{commonscat}}
 
{{wiktionary|鋼|鋼鉄}}
 
*{{Kotobank|2=}}
 
*[http://www.hitachi-metals.co.jp/tatara/index.htm 日立金属「たたらの話」]
 
*[http://www.isij.or.jp/ 社団法人 日本鉄鋼協会 (ISIJ)]
 
*[http://www.jisf.or.jp/ 社団法人 日本鉄鋼連盟 (JISF)]
 
*[http://www.jssc.or.jp/ 社団法人 日本鋼構造協会 (JSSC)]
 
*[http://www.nims.go.jp/jpn/news/press/press236.html 低温でもしなやかで強い鉄、超微細結晶粒鋼の靭性の逆温度依存性を発見]、 2008年5月23日、[[物質・材料研究機構]]
 
  
 +
鉄-炭素合金の一種。炭素を2%以下含むものを鋼といい,これよりも炭素の多いものを鋳鉄と呼ぶ。特に炭素以外にほかの金属を含まない場合[[炭素鋼]]といい,用途に応じた性質を付与するため炭素以外の金属元素を加えたものを合金鋼という。また,特に一定量以上の合金成分を含む合金鋼や熱処理を施した機械構造用,工具用 (炭素鋼,合金鋼) ,特殊用途鋼を特殊鋼という。鋼鉄は銑鉄の脱炭により工業的に大量生産されており,一般に延性,靭性にすぐれ,鍛造圧延など塑性加工ができる。([[合金鋼]] )  
 +
 +
{{テンプレート:20180815sk}}
 
{{デフォルトソート:はかね こう}}
 
{{デフォルトソート:はかね こう}}
 
[[Category:鋼|*]]
 
[[Category:鋼|*]]

2018/10/14/ (日) 19:59時点における最新版

(はがね、こう、釼は異体字、: steel

鉄-炭素合金の一種。炭素を2%以下含むものを鋼といい,これよりも炭素の多いものを鋳鉄と呼ぶ。特に炭素以外にほかの金属を含まない場合炭素鋼といい,用途に応じた性質を付与するため炭素以外の金属元素を加えたものを合金鋼という。また,特に一定量以上の合金成分を含む合金鋼や熱処理を施した機械構造用,工具用 (炭素鋼,合金鋼) ,特殊用途鋼を特殊鋼という。鋼鉄は銑鉄の脱炭により工業的に大量生産されており,一般に延性,靭性にすぐれ,鍛造圧延など塑性加工ができる。(合金鋼 )  



楽天市場検索: