炭素鋼の概要と分類

炭素鋼の分類

1. 炭素の質量パーセントによる分類：低炭素鋼（C：0.25％）、中炭素鋼（C：0.25％＜C＜0.6％）、高炭素鋼（C：＞0.6％）

炭素含有量が高くなるほど、硬度および強度は増大するが、塑性は低下する。

2. 鋼の品質（主に不純物である硫黄およびリンの含有量）による分類：一般炭素鋼（S＜0.055％、P＜0.045％）、高級炭素鋼（S＜0.040％、P＜0.040％）、特級高級炭素鋼（S＜0.030％、P＜0.035％）

3. 用途別分類：炭素構造鋼：主に橋、船舶、建築部材などに使用。炭素工具鋼：主に刃物、金型、計測工具などに使用。

炭素鋼の鋼種と用途

一般炭素構造鋼：Q195、Q215、Q235、Q255、Q275など。数字は最小降伏強さ（単位：MPa）を示す。Q195、Q215、Q235は塑性が良好で、鋼板、鋼棒、鋼管などに圧延可能。Q255、Q275は形鋼、鋼板などに圧延可能。

高級炭素構造鋼：鋼種は炭素の平均質量パーセントを1万分率で表し、例として「20#」、「45#」などがある。「20#」は炭素含有量0.20％（20／10,000）を意味する。

主に各種機械部品の製造に使用。

炭素工具鋼： 鋼種は炭素の平均質量パーセントで表され、「T」に続く数字で示す（例：T9、T12など）。T9は炭素含有量0.9％（千分率9）を意味する。

主に各種切削工具、計測工具、金型などの製造に使用。

鋳鋼：鋳鋼の鋼種は、数字の前に「ZG」が付く。数字は鋼中の平均質量分率（10,000分率で表記）を示す。例えば、ZG25は炭素（C）含有量が0.25％であることを意味する。

用途： 主に、一定の強度、塑性および靭性を要する複雑な形状の部品（例：ギア、カップリングなど）の製造に用いられる。

炭素鋼の一般的な熱処理

焼鈍（アンネーリング）

鋼を適切な温度まで加熱し、所定の時間保持した後、炉内冷却などの方法で徐冷して、組織が平衡状態に近づくような熱処理工程である。

完全焼鈍、等温焼鈍、球状化焼鈍、拡散焼鈍、応力除去焼鈍

正火（ノーマライズ）

熱処理工程として、鋼部品をAC3およびAcm点より30～50℃高い温度まで加熱し、適切な時間保持した後、空気中で冷却して、パーライトに類似した組織を得るものである。

焼入れ（クエンチング）

鋼製部品をオーステナイト化温度まで加熱し、その後急冷して組織をマルテンサイトに変態させる熱処理プロセス。得られるマルテンサイトの形態は、鋼の化学組成、元のオーステナイト結晶粒の大きさおよび形成条件と密接に関係している。オーステナイト結晶粒が小さいほど、マルテンサイトは微細になる。

焼入れ後処理（テンパリング）

鋼製部品を焼入れした後、内部応力を除去し所望の特性を得るために、AC1点以下の所定温度まで加熱し、一定時間保持した後、室温まで冷却する処理。

合金鋼

炭素鋼に1種類以上の合金元素を添加して製造される鋼を合金鋼という。

合金鋼の分類

含有する合金元素の量による分類：低合金鋼（合金元素の総質量分率が5％未満）、中合金鋼（合金元素の総質量分率が5～10％）、高合金鋼（合金元素の総質量分率が10％超）

主な合金元素の種類による分類：クロム鋼、クロムニッケル鋼、鋼、シリコンマンガン鋼など。

用途による分類：構造用鋼、工具鋼、特殊性能鋼。

ステンレス鋼

大気中および一般的な腐食性媒体において高い耐食性を有する鋼の一種。

用途：主に各種腐食性媒体中で使用され、高い耐食性が要求される部品や構造部品の製造に用いられる。石油、化学工業、原子力、海洋開発、国防および一部の先端科学技術分野で広く使用されている。