熱処理技術講座 >> 熱処理機械構造用鋼の選び方と熱処理特性
１．鉄鋼材料とは
図1.1に示すように、鉄鋼材料の主成分は鉄(Fe)であり、そのほかに必ず含まれる元素がある。これらは鉄鉱石や製鋼過程で混入するもので、鉄鋼中の５元素と呼ばれており、炭素(カーボン：C)、けい素(シリコン：Si)、マンガン(Mn)、りん(P)および硫黄(S)がこれに該当する。
５元素の中でもCはとくに重要な元素であり、鉄鋼材料の硬さやじん性に及ぼす影響が大きい。そのため、炭素の含有量が鉄鋼材料を分類する場合の考え方の基本になる。すなわち、炭素が0.006%以下のものは純鉄(α-Fe)、0.006%を超えるものを鋼(はがね)と呼ぶのが一般的である。このことは、鉄鋼材料といってもそのほとんどが鋼であることを示しており、炭素量としては最大でも2%程度である。それよりも炭素量が多い場合は鋳鉄として用いられている。
鋼におけるこれら５元素の含有量は、特殊な場合を除いてほぼ決まっており、その範囲は、Cは0.04~1.5%、Siは0.1~0.4%、Mnは0.4~1.0%、Pは0.04%以下、Sは0.04%以下である。
SiやMnは、鋼中の有害物質の除去を目的として製鋼時に添加されるものであり、有益元素として前述の範囲以上に添加されることもある。
PおよびSは鉄鋼材料に対しては有害元素であるため、含有量はできるだけ少ないほうが望ましい。Pは鉄鋼材料の遅れ破壊を誘発したり、低温で使用する際にもろくする性質(低温ぜい性)がある。一方Sは鉄鋼材料を高温で使用する際に、もろくする性質(熱間ぜい性)がある。ただし、Sは鉄鋼材料の被削性(切削加工の容易さ)を向上させる働きがあるため、0.3%位まで添加した快削鋼が例外としてある。
図1.1 鋼の基本構成元素