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鋼(はがね、こう、Steel)とは鉄を主成分にする合金を指し、鉄の持つ性能(強度、靭性、磁性、耐熱性など)を人工的に高めたものである。成分的には、鉄の性能が高められていない軟鉄や鋳鉄を除外するために、炭素の含有が0.3%-2%以下のものの総称である。ただし、0.3%以下でも高合金である、ステンレス、耐熱鋼なども鋼の範疇となる。軟鉄や鋳鉄とあわせて鉄鋼(てっこう)とも呼ばれ、鋼でできた材料を鋼材(こうざい)、板状の鋼材を鋼板(こうはん)と呼ぶ。

「はがね」の語源は日本語においては「刃金」である。これは日本の文化において鋼の概念が確立したことが、日本刀あるいは武士の文化と関係している。

英語の発音である「スチール」という言い方もあるが、「盗む」のスチール(steal)と発音が同じなので、商用の言葉にはなり難い。一方で鋼はその頑強さからしばしばイメージで語られることがある。英語圏でははスーパーマンの通称で知られており、名字としてはロシア語で「鋼鉄の人」を意味する独裁者ヨシフ・スターリンを指す。

◆ 定義

◇ 語源

鋼(はがね)の語源は、刃物に使用されるために作られた金属を意味する「刃金(はがね)」であり、それ以外も含めて鉄鋼材はすべて鍛えた鉄という意味で「鍛鉄(たんてつ)」と呼んだ。それは鉄器時代の大半が、刃物や工具など、現在でいう特殊鋼用途に鉄鋼が使われ、構造部材へ鉄鋼が大体的に使われるのは産業革命以降であることと関係する。現在では、刃物専用以外の鋼材も含めて精錬技術によって造られた鉄鋼材全般を鋼(はがね)・鋼鉄(こうてつ)と呼ぶ。また、錬鉄、鋳鉄などを含めて鉄鋼あるいは鉄鋼材料と呼ぶ。一般に鋼とは、鉄に炭素が重量比0.3-2.0%(mass%)程度混ざった合金であり、鉄器時代にはそれを鍛造段階で軟鉄に接合して刃物が製作されていた。したがって鋼とは、一般に鉄とは異なり、硬い刃先を形成している物質を指していた。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。鉄鋼はドイツ語の "Eisen und Stahl" もしくは英語の "Iron and steel" 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。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」とは新案特許「製鋼法」(明治39年取得)からなる錬鉄をさす。その内容は、?銑と市販鉄屑(スクラップ)を混じ火窪で融体とする。?石灰石で脱燐と左下(脱炭)を行う。?汽鎚鍛伸、包丁鉄とする、といったものであった。すなわち、国内で言う鉄鋼製品とは雲伯鉄鋼合資会社からなる新特許法の錬鉄(伊部式包丁鉄と云う)が出発となる。

鋼は、錆びやすいという欠点はあるものの、炭素含有量や熱処理の仕方によって、材料強度や耐食性、耐熱性、磁気特性、熱膨張率などを変えることが可能である。鋼と呼ばれないものには、鋳鉄、錬鉄などがある。これは使い勝手から来る要求性能よりも作り勝手を重視しているからである。語感からいうと、熱処理などによって優れた強度・硬度をもつものを鋼と呼ぶように認識されがちなのは、その原義が日本語では刃物の金=刃金=鋼であり、漢字としても強く硬い(剛い)金=鋼という昔からの概念に、近代の合金という意味合いを重ね合わせたためである。この古い概念に相当する鋼は、金属組織学上マルテンサイト組織と呼ばれ、その状態はもっとも強靭な状態である。

◇ 金属学からの定義

現在の金属学からの定義は、Fe-C系2元合金において、C含有量が0.0218〜2.14[外部リンク]mass%の範囲にある部位である。言い換えると、フェライトのC最大固溶量・0.0218[外部リンク]mass%からオーステナイトのC最大固溶量・2.14[外部リンク]mass%までの範囲の部位とも定義できる。

なお、Fe-C系2元合金において、C含有量が0.0218[外部リンク]mass%以下の部位を鉄と呼び、2.14[外部リンク]mass%以上の部位を鋳鉄と呼ぶ。

◆ 製鋼法

鋼の生産は、高炉で作られた銑鉄を原料として転炉で生産する方式(転炉製鋼法)と、鉄スクラップを原料として電気炉で生産する方式(電気炉製鋼法)の2通りがある。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。日本古来の製鋼法を「たたら吹き」と呼び、日本刀の原料、玉鋼を極少量であるが非営利目的で製造している。

◆ 鋼の種類

鉄鋼材料はいろいろな名前で呼ばれている。また、分類法によって、同じ鉄鋼材料が別の名前で呼ばれることがある。

鋼は機械・金型・工具に長く使われた伝統があり、その用途ごとに、鋼種の改良が進んできたため、例えばJISの鋼種の分類も、銅などの合金が比較的成分の系列にしたがって系統的に命名されているのに比べて、用途別や、製法によるものや、強度区分を含むもの、成分の1つである炭素量を示すものなどがあって、解りにくいものになっている。強度の高い高張力鋼板(ハイテン)を加工する金型なども特殊鋼の一種である工具鋼という同一強化機構を用いているのは、鋼の幅広い強度調整力を示す好例である。

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 (JIS)、1045、(SAE/AISI)、C45 (DIN)

・ SKH10 (JIS)、T15 (AISI/ASTM)、S12-1-4-5 (DIN)である。

鋼の特長は、まず鉄に軽微な合金化を行うことにより最も強靭な固体材料を生成できることにある。次に資源が豊富であり比較的酸素との親和性が低いため安価に精錬ができてきたのが多用される重要な要素である。また、別元素との固溶限が大きく合金化しやすい側面もあるため多様な合金が開発されてきた。合金元素を添加することによって、シリコン (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、最も原始的な炭素にさらに別合金元素を添加することにより、飛躍的性能を持つ工具鋼、高速度鋼などさまざまな用途に適した性能をあたえることができる。

◇ 成分からの分類

鉄鋼には様々な種類が存在する。ここに代表的なものを列挙する。

・ 炭素鋼(普通鋼)

・ 合金鋼(特殊鋼)

・ 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

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[外部リンク]mass%以下)

  ・ 中炭素鋼(炭素含有量が約0.3〜0.7[外部リンク]mass%)

  ・ 高炭素鋼(炭素含有量が約0.7[外部リンク]mass%以上)

・ 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 ( steel)

  ・ パーライトのみからなり、炭素濃度は0.77%。

・ 亜共析鋼 (hypo-eutectoid steel)

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