高速度鋼

高速度鋼（HSSまたはHS ）は工具鋼の一種で、切削工具の材料として一般的に使用されます。

高炭素鋼工具と比較して、高速度鋼は焼き戻し（硬度）を失うことなくより高い温度に耐えることができ、より速い切削速度を使用できます。室温では、一般的に推奨される熱処理において、HSSグレードは、一般的な炭素鋼や工具鋼と比較して、一般的に高い硬度（ロックウェルC 60以上）と耐摩耗性を示します。M42やM2など、いくつかの異なるタイプの高速度鋼があります。^{[ 1 ]}

1868年、イギリスの冶金学者ロバート・フォレスター・マシェットは、現代の高速鋼の先駆けとされるマシェット鋼を開発した。これは炭素2%、マンガン2.5% 、タングステン7%から構成されていた。この鋼の最大の利点は、ほとんどの鋼が焼き入れを必要とする温度から空冷するだけで硬化することであった。その後30年間で最も重要な変化は、マンガンがクロムに​​置き換えられたことである。^{[ 2 ]}

1899年と1900年に、フレデリック・ウィンスロー・テイラーとモーゼル・ホワイト（別名モーゼル・ホワイト3世、1856年～1912年、モーゼル・ホワイト（1783年～1863年）の孫）は、米国ペンシルベニア州ベスレヘムのベスレヘム・スチール社で助手チームと共に、マシェット鋼などの既存の高品質工具鋼を熱処理する一連の実験を行い、業界で一般的に望ましいと考えられていたよりもはるかに高い温度まで加熱した。^{[ 3 ] [ 4 ]}彼らの実験は、常識を顧みずにさまざまな組み合わせを作成してテストし、各バッチの詳細な記録を保管するという点で、科学的経験主義を特徴としていた。その結果、既存の合金を高温でも硬度を維持できる新しい種類の鋼に変える熱処理プロセスが開発され、切削速度を毎分30表面フィートから90表面フィートへと3倍に向上させることが可能になった。この新しい鋼で作られた切削工具の実演は、1900年のパリ万国博覧会でセンセーションを巻き起こした。^{[ 5 ]： 200}

テイラー・ホワイト法^{[ 6 ]}は特許を取得し、機械加工業界に革命をもたらしました。新しい鋼材を最大限に活用するためには、より重く剛性の高い工作機械が必要となり、既存の工場機械の再設計や交換が促されました。この特許は異議申し立てを受け、最終的に無効となりました^{[ 7 ] 。}

正式に高速度鋼として分類された最初の合金は、1910年に導入されたAISI規格T1として知られています。 ^{[ 8 ]}これは20世紀初頭にクルーシブル・スチール社によって特許が取得されました。^{[ 2 ]}

AISI M1 のようなモリブデンを豊富に含む高速度鋼は 1930 年代からある程度使用されていましたが、第二次世界大戦による材料不足と高コストが、タングステンの代わりにモリブデンを使用したより安価な合金の開発を促しました。この時期のモリブデンベースの高速度鋼の進歩により、タングステンベースの高速度鋼と同等、場合によってはそれ以上の性能を持つようになりました。これは、T1 鋼の代わりに M2 鋼を使用することから始まりました。^{[ 2 ] [ 9 ]}

高速度鋼は、炭素鋼にさまざまな合金金属（通常はタングステンとモリブデン、またはその両方の組み合わせ、さらに他の合金も含む）を添加することで特性を得る合金です。^{[ 10 ]}これらはFe–C–X多成分合金系に属し、Xはクロム、タングステン、モリブデン、バナジウム、またはコバルトを表します。一般的に、X成分は7%以上存在し、炭素は0.60%以上含まれています。

統一番号システム（UNS）では、タングステン系グレード（例：T1、T15）にはT120xxシリーズの番号が割り当てられ、モリブデン系（例：M2、M48）および中間タイプにはT113xxが割り当てられます。ASTM規格では、 7種類のタングステンと17種類のモリブデンが認められています。^{[ 11 ]}

タングステンとモリブデンを合わせて約10％添加することで、高速度鋼の硬度と靭性を効率的に最大化し、金属切削時に発生する高温下でもこれらの特性を維持することができる。

圧延によって作られたHSSドリルビット はHSS-Rと表記される。研削はHSS-G、コバルト、超硬ドリルビットの製造に使用される。^{[ 16 ]}

高速度鋼の主な用途は、ドリル、タップ、フライス、バイト、ホブ盤（歯車）カッター、鋸刃、プレーナーブレード、ジョインターブレード、ルータービットなどの各種切削工具の製造であり、パンチやダイスへの使用も増加している。^{[ 17 ]}

近年、高速度鋼は熱間圧延工場のロールにますます利用されるようになっている。^{[ 18 ] [ 19 ]}

高速度鋼は、高硬度での比較的優れた靭性と高い耐摩耗性を兼ね備えているため、やすり、ノミ、手カンナの刃、ダマスカス鋼の包丁やポケットナイフなど、耐久性のある鋭利な刃先を必要とする低速用途に適した精密な手工具の分野でも市場を開拓した。^{[ 20 ] [ 21 ]}

木工旋盤では、手持ち工具としてはワークが刃先を通過する速度が比較的速く、HSSは高炭素鋼工具よりもはるかに長く刃持ちするため、高速度鋼工具が最もよく使われています。^{[ 22 ] [ 23 ]}

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