「鉄」と聞くだけで安心感を覚える人も多いでしょう。プラスチックよりも強く、木材よりも耐久性があり、一般に信頼性が高いように見えます。
しかし、材料エンジニアや製品設計者がそれをそれほど単純に考えることはほとんどありません。彼らは単に「鋼ですか？」と尋ねるのではありません。彼らはさらに深く掘り下げます: 鋼とはどのようなものですか?その状態は何ですか?どこで使用されますか?熱処理はされていますか？表面はどのようにして錆から守られているのでしょうか？溶接されるのでしょうか？衝撃を受けるのでしょうか？
円筒鋼ストックの高解像度画像ダウンロード – ライセンス画像 600483809 – Shetuwang
これらの質問をすると、さまざまな種類の鋼の違いが明確になります。建築用の鋼鉄の梁、ステンレス鋼のキッチンのシンク、自動車の歯車、金型のキャビティ、工具の刃先などは-すべて鋼ですが、その特性は大きく異なります。
一つだけ覚えているとしたら、次のようにしましょう。
炭素鋼：構造とコスト。ステンレス鋼：耐環境性と防錆性。合金鋼: 強度と寿命。工具鋼: 硬度と耐摩耗性。
I. 鋼材の選択: グレードを急いで覚えないでください。
鋼材には無数のグレードがあります。それらすべてを暗記するのは不可能な作業です。より現実的なアプローチは、解決しようとする問題に基づいてそれらを分類することです。
国内および海外の一般的な鋼種の比較表 – Zhihu
一部の鋼は、十分な強度、低コスト、溶接性が優先される構造枠組に使用されます。また、防錆性が最重要視される水や塩分にさらされる環境で使用されるものもあります。高い強度、靱性、疲労寿命が要求されるシャフト、ギア、ベアリングなどに使用されるものもあります。次に、切削工具、パンチ、金型に使用される鋼があり、硬度、耐摩耗性、熱処理能力が中心となっています。-
II.炭素鋼: 控えめでありながら高い機能
「炭素鋼」という名前は、-少し「普通」に聞こえます。しかし、工場や建設現場では、最も一般的で不可欠な種類の鋼材です。
理由は単純で、低コスト、安定供給、加工のしやすさ、そしてほとんどのニーズに対応できる強度範囲にあるからです。多くの場合、機械フレーム、サポート ビーム、ベースなどのコンポーネントには、ステンレス鋼を選択するよりも、炭素鋼を使用する-塗装、粉体塗装、または亜鉛メッキと組み合わせた-方が賢明な選択です。炭素鋼は、炭素含有量に基づいて大まかに分類できます。
低炭素鋼: 定義、特性、および用途 – Wake Rapid Prototyping
低炭素鋼の炭素含有量は通常 0.25% 未満です。{0}}たとえば、Q235 鋼の炭素含有量は約 0.14% ～ 0.22% です。可塑性と溶接性に優れており、通常は熱処理なしで使用できます。安価で、建築構造物、橋梁、およびボルト、ナット、タイロッド、ブラケットなどのそれほど重要ではない機械部品に広く使用されています。
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中炭素鋼-の炭素含有量は通常 0.25% ～ 0.6% です。 「45 スチール」は典型的な例で、炭素含有量は約 0.45% です。低-炭素鋼. 45と比較すると強度は高くなりますが、溶接性は劣ります。鋼は焼き入れ{9}}焼き戻し鋼の一種です。--通常、最適な性能を達成するには熱処理が必要で、ギア、シャフト、親ネジ、コネクティングロッドなどの機械部品の製造によく使用されます。
高-炭素鋼 – Sogou Baike
高炭素鋼には、炭素含有量が 0.6% を超えています。{0}硬くて耐摩耗性がありますが、靭性は比較的低く、脆いです。-バネや切削工具など高硬度が必要な部品の製造によく使用されます。
しかし、炭素鋼は錆びやすいという避けられない問題があります。 「錆びやすい」からといって使用できないわけではありません。むしろ、湿気の多い環境に単に放置しておいて、ステンレス鋼のようにきれいな状態を維持することを期待することはできないことを意味します。
炭素鋼で重要なのは、鋼自体の種類だけでなく、塗装、亜鉛メッキ、黒染め、油塗りなどの後続の表面処理も重要です。{0}多くの製品が早期に故障するのは、最初に間違った鋼材が選択されたためではなく、腐食防止とメンテナンスが不十分だったからです。
Ⅲ．ステンレス鋼: 最も魅力的な名前ですが、最も誤解されています
「ステンレス鋼」という用語は誤解を招く可能性があります。素人は「錆びない鋼」と解釈することが多いです。しかし、材料の専門家はより正確に言う傾向があります。ステンレス鋼は単に多くの環境において「より優れた」耐食性を備えています。- 「あらゆる」環境で錆びないわけではありません。
ステンレス鋼の「ステンレス」の性質の秘密は、そのクロム含有量にあります。クロム含有量が 10.5% 以上に達すると、クロム-に富んだ緻密な酸化膜が鋼の表面に形成され、酸素と水分を効果的に遮断します。ただし、この映画は無敵ではありません。特定の環境では依然として侵害される可能性があります。
ステンレス鋼のグレードと材料: 厳選された Q&A – Qijia.com Academy
304 ステンレス鋼は最も一般的でバランスのとれた選択肢です。- 18% 以上のクロムと 8% のニッケルを含んでいます。-古典的な「18-8」配合です。食品グレードの基準を満たし、優れた耐食性と安定した性能を備え、日常のほとんどの環境に適しています。キッチンのシンク、魔法瓶、カトラリー、室内装飾など、通常は 304 で十分です。
316 ステンレス鋼には、304 に比べてさらに 2% ～ 3% のモリブデンが含まれています。モリブデンは、海水、塩水噴霧、塩素ベースの洗浄剤などに含まれる塩化物に対して特に効果的です。-そのため、316 は 304 よりもはるかに弾力性が高くなります。そのため、316 は「海洋グレードの鋼」と呼ばれることが多いですが、-より高い価格。
430 ステンレス鋼も一般的なグレードです。これは磁性を有するフェライト系ステンレス鋼です。コストは 304 よりも安く、適度な耐食性を備えています。家電製品のケーシングや室内装飾など、乾燥した屋内環境に適しています。 430 は磁性があるため、「偽物のステンレス鋼」であると誤解する人が多くいますが、これは誤解です。 430 は、304 とは異なるカテゴリーに属しているだけです。
注意すべき一般的な落とし穴もあります。201 ステンレス鋼です。高価なニッケルの一部をマンガンと窒素で置き換えることで安価になっていますが、耐食性は 304 に比べて大幅に劣ります。乾燥した屋内環境では問題なく機能しますが、湿気の多い環境では問題が発生しやすくなります。
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以下の表は、これらのグレードを理解するための便利なリファレンス ガイドとして機能します。
実際的な経験則: 標準的なキッチンや一般的な水にさらされる環境では、通常は 304 が適切です。{0}ただし、沿岸地域、塩水噴霧、塩素系洗剤、または化学薬品にさらされる場合は、316、316L、さらには 2205 を真剣に検討する必要があります。{2}}
しかし、ステンレス鋼の品質がどれほど高くても、長期間の滞留水、隙間への塩の蓄積、粗い表面、不適切な洗浄方法によって引き起こされる問題に対して脆弱なままです。材料の品質は方程式の半分を占めます。残りの半分は構造設計と動作環境です。
IV.合金鋼: 強度は熱処理に依存することが多い
「合金鋼」という言葉は印象的ですが、単なる「ステンレス鋼のアップグレード版」ではありません。合金鋼は、多くの場合、防錆性を目的とするのではなく、強度、靱性、耐摩耗性を向上させたり、焼入性を向上させたりするために設計されています。
これは、炭素鋼ベースにクロム、モリブデン、ニッケル、マンガン、チタンなどの合金元素-を意図的に添加することによって作成されます。-これらの添加により、鋼の強度、靭性、焼入性が大幅に向上します。
合金鋼シリーズ – Huasheng Metal
40Crを例に考えてみましょう。最も一般的に使用される構造用合金鋼の 1 つです。約0.8%～1.1%のクロムが含まれています。焼入れおよび焼き戻し後、全体的に優れた機械的特性と良好な焼入性を示します。工作機械のギア、シャフト、ウォームなど、中程度の速度と負荷がかかるコンポーネントの製造によく使用されます。
42CrMo はさらに高い強度を提供します。焼入れおよび焼き戻し後、引張強さは 1079 N/mm²、降伏強さは 931 N/mm² を達成できます。重荷重に耐え、高精度の要件を満たす必要があるギアやシャフト部品に適しています。
20CrMnTi は別のアプローチを表します。炭素含有量は低く、約 0.17% ～ 0.23% です。浸炭とその後の焼入れのプロセスにより、表面硬度は HRC 58 ～ 62 に達することができ、同時にコアの靭性は維持されます。この「外硬、内硬」の特性により、自動車のトランスミッションのギヤなど、衝撃や摩擦を受ける部品に最適です。
合金鋼を「強度が高い」という単純なラベルで片付けるべきではありません。実際に尋ねるべき質問は、焼き入れと焼き戻し、または浸炭を行ったかどうかです。熱処理されていますか?-最終的な硬度と靭性のレベルはどのくらいですか?
低-合金高-高速度鋼 – 製品センター – Antai Technology Co., Ltd.
V. 工具鋼: 構造サポートのためではなく、摩耗に耐えるためのもの
「工具鋼」という名前は簡単で、工具、金型、刃物を作るために使用される鋼です。
工具鋼の分野で最も一般的な質問は、防錆性に関するものではなく、むしろ「高い硬度を実現できるか?」というものです。 「耐摩耗性はどれくらいありますか？」 「高温でも完全性を維持できるか?」工具鋼は用途に応じて大きく 3 種類に分類されます。
冷間加工ダイス鋼- – Jiebao (Tianjin) Die & Mold Technology Co., Ltd.
冷間ダイス鋼は、周囲温度で動作する金型に使用されます。{0} Cr12MoV が典型的な例です。炭素含有量が高く (2.0% ～ 2.3%)、クロム含有量が 11% ～ 12.5% です。硬度が高く耐摩耗性に優れているため、精密加工や複雑なプレス金型、冷間押出金型に適しています。
熱間ダイス鋼-
熱間ダイス鋼は、高温で動作する金型に使用されます。{0} H13 がその代表例です。高温でも硬度と強度を維持するため、熱間押出金型、鋳造金型、ダイカスト金型に適しています。- H13 と Cr12MoV の熱処理プロセスは異なります。H13 は通常、焼き入れの後に高温での焼き戻しが行われますが、Cr12MoV では通常、焼き入れの後に低温での焼き戻しが行われます。-。
ハイス鋼は切削工具に使用されます。{0} W18Cr4V や W6Mo5Cr4V2 などの材種は、高速切削中に高温が発生した場合でも刃先の硬度を維持できます。これは「赤色硬度」として知られる特性です。--
もちろん、工具鋼を使用して通常のブラケットを作成することも*できますが、通常は費用対効果が高くありません。-その真の価値は、刃先、ブランキング、ダイカスト、熱間鍛造、機械加工などのより要求の厳しい用途にあります。-
VI.実際に素材を選ぶときは、「どちらが良いか」だけで考えてはいけません。
製品開発でよくある間違いは、単一の指標によって他のすべての考慮事項が無効になってしまうことです。人々はよく、316 が自動的に 304 よりも優れている、合金鋼が本質的に炭素鋼よりも優れている、または硬度が高いほど耐久性が高いと考えています。
経験豊富なエンジニアがこの方法で選択することはほとんどありません。代わりに、製品が直面するであろう条件を最初に考慮します。
通常のブラケットまたは機械フレームの場合: エンジニアは通常、最初に Q235 または Q355 を検討し、構造設計、溶接、および腐食保護に重点を置きます。
キッチンのシンク、魔法瓶、食器の場合: 304 が一般的でバランスのとれた選択です。 316 または 316L は、動作環境がより厳しい場合にのみ考慮されます。海辺の手すりや屋外の留め具の場合: 「ステンレス」とだけ指定しないでください。 304、316、2205 などのグレードを区別します。
ギア、シャフト、または頑丈なコネクタの場合: 40Cr、20CrMnTi、42CrMo などのグレードを検討しますが、熱処理にはさらに細心の注意を払ってください。
切削工具、はさみ、ブレードの場合: オプションには 420、440C、高炭素鋼、-、工具鋼などがあります。重要なのは硬度と靭性のバランスです。
金型の場合: Cr12MoV、H13、P20 などの特定のグレードについて説明する前に、まず冷間加工、熱間加工、プラスチック金型を区別してください。{0}
VII.調達と設計に関するいくつかの注意事項
「鋼」とだけ書かないでください。少なくとも、グレード、材質、表面処理、適用規格を明記してください。
「ステンレス」とだけ書かないでください。 201、304、316、430 などのグレードによって価格と耐食性は大きく異なります。
磁気だけを基準として使用しないでください。 430、410、420 などのグレードは自然に磁性を持ちますが、304 は冷間加工後に弱い磁性を示すことがあります。
熱処理も見逃せません。 45、40Cr、42CrMo、工具鋼などの鋼の場合、性能は材料の状態によって大きく異なります。
重要な問題と構造的な問題を切り離して扱わないでください。隙間に水がたまる、鋭い角での応力集中、不十分な溶接処理などの問題により、最良の材料であっても早期に破損する可能性があります。
最後に一言
スチールに関しては、「十分に近い」という考え方は危険です。材質は同じに見え（銀白色）、同じ名前（「鋼」）を持っていますが、実際には、あるものは 10 年持続し、別のものは 6 か月で錆びます。 1 つはギアに適している可能性がありますが、もう 1 つは基本的なブラケットにのみ適合します。
したがって、鋼を評価するときは、「高いですか?」「光沢がありますか?」「ステンレスですか?」などの質問から始めないでください。適用シナリオから始めます。防錆性、耐荷重性、耐摩耗性、熱処理、溶接性は必要ですか?{0}}
単一の「最高の」鋼はありません。最適な選択は、それが使用される特定の環境によってのみ決定できます。
