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鋼鉄は鉄と炭素の合金で、他の鉄に比べて強度と破壊抵抗に優れています。引張強度が高くコストが低いため、鋼鉄は世界で最も一般的に製造されている材料の 1 つです。鋼鉄は建物、コンクリートの鉄筋、橋梁、インフラ、工具、船舶、電車、自動車、自転車、機械、電化製品、家具、武器などに使用されています。
鉄は常に鋼鉄の主成分ですが、他の多くの元素が存在したり、添加されたりすることがあります。腐食や酸化に強いステンレス鋼には、通常、さらに 11% のクロムが必要です。
鉄は鋼鉄のベースメタルです。温度によって、体心立方と面心立方という2つの結晶形態（同素体）をとります。鉄の同素体と合金元素（主に炭素）との相互作用により、鋼鉄と鋳鉄はさまざまな独自の特性を得ています。純鉄の結晶構造は、鉄原子が互いに滑り合うことに対する抵抗が比較的小さいため、非常に延性があり、柔らかく、成形しやすいです。鋼鉄では、少量の炭素、その他の元素、および鉄内の介在物が硬化剤として働き、転位の動きを防止します。
一般的な鋼合金中の炭素は、重量の最大 2.14% を占めます。炭素やその他の多くの合金元素の量を変え、最終的な鋼におけるそれらの化学的および物理的構成 (溶質元素として、または析出相として) を制御すると、純鉄に延性を与える転位の動きが妨げられ、その結果、鋼の品質が制御および強化されます。これらの品質には、結果として得られる鋼の硬度、焼入れ挙動、焼鈍の必要性、焼戻し挙動、降伏強度、および引張強度が含まれます。純鉄と比較して鋼の強度を高めるには、鉄の延性を下げる必要があります。
鋼は数千年にわたって塊鉄炉で生産されていたが、大規模な工業的利用が始まったのは、17世紀に高炉とるつぼ鋼の生産が導入され、より効率的な生産方法が考案されてからである。その後 、19世紀半ばにイギリス でベッセマー法が、さらに平炉が続いた。ベッセマー法の発明により、鋼の大量生産の新時代が始まった。錬鉄に代わって軟鋼が使用された。19世紀、ヨーロッパではドイツ諸州が主要な鉄鋼生産国であった。 [1]アメリカの鉄鋼生産は、20世紀後半までピッツバーグ、ペンシルバニア州ベツレヘム、クリーブランドに集中していた。現在、世界の鉄鋼生産は中国が中心であり、2023年には世界の鉄鋼の54%を生産した。
酸素製鋼（BOS）などのプロセスのさらなる改良により、生産コストがさらに下がり、最終製品の品質が向上し、以前の方法が大幅に置き換えられました。今日では、年間16億トン以上の鉄鋼が生産されています。現代の鉄鋼は、さまざまな標準化団体によって定義されたさまざまな等級で識別されるのが一般的です。現代の鉄鋼業界は、世界最大の製造業の1つですが、エネルギーと温室効果ガスの排出量が最も多い産業の1つでもあり、世界の排出量の8％を占めています。[2]しかし、鉄鋼は非常に再利用性が高く、世界で最もリサイクルされている材料の1つであり、世界のリサイクル率は60％を超えています。[3]
定義と関連資料
名詞「鋼鉄」はゲルマン祖語の形容詞* stahlijąまたは* stakhlijan 「鋼鉄でできた」に由来し、これは* stahlazまたは* stahliją「しっかりと立っている」と関連している。 [4]
普通炭素鋼（鉄-炭素 合金）の炭素含有量は、重量で0.02%～2.14%です。炭素含有量が少なすぎると、（純）鉄は非常に柔らかく、延性があり、弱くなります。炭素含有量が鋼よりも高いと、一般に銑鉄と呼ばれる脆い合金になります。合金鋼は、鋼の特性を変えるために他の合金元素が意図的に追加された鋼です。一般的な合金元素には、マンガン、ニッケル、クロム、モリブデン、ホウ素、チタン、バナジウム、タングステン、コバルト、ニオブなどがあります。[5]リン、硫黄、シリコン、微量の酸素、窒素、銅など、最も頻繁に望ましくないと考えられる追加元素も鋼にとって重要です。
炭素含有量が2.1%を超える炭素鉄合金は鋳鉄として知られています。粉末金属成形などの現代の製鋼技術を使用すると、非常に高炭素（およびその他の合金材料）の鋼を製造することができますが、そのようなものは一般的ではありません。鋳鉄は高温でも延性がありませんが、鋼よりも融点が低く、鋳造性が優れているため、鋳造で成形できます。[5]鋳鉄の特定の組成は、溶解と鋳造の経済性を維持しながら、鋳造後に熱処理して可鍛性鉄またはダクタイル鉄の物体を作ることができます。鋼は、炭素は少量でスラグを多量に含む可能性のある錬鉄（現在ではほとんど使われていません）とは区別されます。
材料特性
起源と生産
鉄は一般に地殻中に鉱石の形で存在し、通常は磁鉄鉱や赤鉄鉱などの酸化鉄である。鉄は、炭素などの好ましい化学パートナーと結合して酸素を除去することによって鉄鉱石から抽出され、その後、二酸化炭素として大気中に放出される。製錬として知られるこのプロセスは、約250 °C (482 °F) で溶けるスズや約1,100 °C (2,010 °F) で溶ける銅、および融点が 1,083 °C (1,981 °F) 未満の青銅など、融点の低い金属に最初に適用された。比較すると、鋳鉄の融点はおよそ 1,375 °C (2,507 °F) である。[6]古代では、少量の鉄は固体状態で精錬されていた。炭火で鉱石を熱し、ハンマーで塊を溶接し、その過程で不純物を絞り出すという方法だった。注意しながら、火の中で鉄を動かすことで炭素含有量をコントロールすることができた。銅や錫とは異なり、液体または固体の鉄は炭素を非常に容易に溶解する。[要出典]
これらの温度はすべて、青銅器時代から使われてきた古代の方法によって達成可能であった。鉄の酸化率は800℃（1,470℉）を超えると急速に増加するため、低酸素環境で製錬を行うことが重要となる。炭素を使用して鉄酸化物を還元する製錬では、鋼と呼ぶには炭素が多すぎる合金（銑鉄）が得られる。 [6]余分な炭素やその他の不純物は、その後の工程で除去される。[要出典]
望ましい特性を持つ鋼を製造するために、鉄と炭素の混合物に他の材料が加えられることがよくあります。鋼中のニッケルとマンガンは引張強度を高め、鉄炭素溶液のオーステナイト形態をより安定させ、クロムは硬度と融点を高め、バナジウムも硬度を高めながら金属疲労を起こしにくくします。[7]
腐食を抑制するために、少なくとも 11% のクロムを鋼に添加して、金属表面に硬い酸化物を形成させることができます。これはステンレス鋼として知られています。タングステンはセメンタイトの形成を遅らせ、炭素を鉄マトリックス内に保持し、より遅い焼入れ速度でマルテンサイトが優先的に形成されるようにして、高速度鋼をもたらします。鉛と硫黄を添加すると結晶粒径が小さくなり、鋼の旋削が容易になりますが、脆くなり、腐食しやすくなります。それでも、このような合金は、靭性や耐腐食性が最重要ではない用途で、ナット、ボルト、ワッシャーなどの部品に頻繁に使用されます。ただし、ほとんどの場合、硫黄、窒素、リン、鉛などのp ブロック元素は、鋼をより脆くする汚染物質と見なされているため、溶解処理中に鋼から除去されます。[7]
プロパティ
鋼の密度は合金成分によって異なりますが、通常は7,750～8,050 kg/m 3 (484～503 lb/cu ft)、または7.75～8.05 g/cm 3 (4.48～4.65 oz/cu in)の範囲です。[8]
鋼鉄を作る炭素と鉄の混合物の濃度範囲が狭い場合でも、非常に異なる特性を持ついくつかの異なる冶金構造が形成される可能性があります。このような特性を理解することは、高品質の鋼鉄を作るために不可欠です。室温では、純鉄の最も安定した形態は、アルファ鉄またはα鉄と呼ばれる体心立方（BCC）構造です。これは、0 °C（32 °F）で0.005％以下、723 °C（1,333 °F）で0.021重量％以下のわずかな濃度の炭素のみを溶解できる、かなり柔らかい金属です。アルファ鉄に炭素が含まれることをフェライトと呼びます。910 °Cで、純鉄はガンマ鉄またはγ鉄と呼ばれる面心立方（FCC）構造に変わります。ガンマ鉄に炭素が含まれることをオーステナイトと呼びます。オーステナイトのより開いたFCC構造は、1,148℃（2,098℉）で2.1％ [9] （フェライトの38倍）もの炭素を溶解することができ、これは鋼鉄の上限の炭素含有量を反映しており、それを超えると鋳鉄になります。 [10]炭素が鉄とともに溶液から出ると、セメンタイト（Fe 3 C）と呼ばれる非常に硬いが脆い物質を形成します。 [要出典]
ちょうど 0.8% の炭素を含む鋼 (共析鋼として知られる) を冷却すると、混合物のオーステナイト相 (FCC) はフェライト相 (BCC) に戻ろうとします。炭素はもはや FCC オーステナイト構造内に収まらないため、炭素過剰になります。炭素がオーステナイトから離れる 1 つの方法は、セメンタイトとして溶液から沈殿することであり、その後ろには少量の炭素が溶解したフェライトと呼ばれる BCC 鉄の相が残ります。セメンタイトとフェライトの 2 つは同時に沈殿して、真珠層に似ていることからパーライトと呼ばれる層状構造を生成します。過共析組成 (炭素 0.8% 以上) では、炭素はまずオーステナイト粒界でセメンタイトの大きな介在物として沈殿し、粒子内の炭素の割合が共析組成 (炭素 0.8%) まで減少すると、パーライト構造が形成されます。炭素含有量が0.8%未満の鋼（亜共析鋼）の場合、まずフェライトが粒内に形成され、炭素含有量が0.8%に達するとパーライト構造が形成されます。亜共析鋼の境界にはセメンタイトの大きな介在物は形成されません。[11]上記は、冷却プロセスが非常に遅く、炭素が移動するのに十分な時間があることを前提としています。[引用が必要]
冷却速度が速まると、炭素が移動して粒界に炭化物を形成する時間は短くなりますが、粒子内のパーライト構造はますます微細化します。そのため、炭化物はより広く分散し、それらの粒子内の欠陥の滑りを防ぐ働きをし、鋼の硬化をもたらします。焼入れによって生じる非常に高い冷却速度では、炭素は移動する時間がなく、面心オーステナイト内に固定され、マルテンサイトを形成します。マルテンサイトは、非常に歪みと応力を受けた炭素と鉄の過飽和形態であり、非常に硬いが脆いです。炭素含有量に応じて、マルテンサイト相は異なる形態をとります。炭素含有量が 0.2% 未満の場合、フェライト BCC 結晶形態をとりますが、炭素含有量が多い場合は体心正方(BCT) 構造をとります。オーステナイトからマルテンサイトへの変態には熱活性化エネルギーはありません。 [説明が必要]組成の変化はないので、原子は一般的に同じ隣接原子を保持します。[12]
マルテンサイトはオーステナイトよりも密度が低い（冷却中に膨張する）ため、両者の変態により体積が変化する。この場合、膨張が発生する。この膨張による内部応力は、通常、マルテンサイトの結晶には圧縮が、残りのフェライトには張力がかかり、両方の成分にかなりの量のせん断が生じる。焼入れが不適切に行われると、内部応力により部品が冷却時に砕け散る可能性がある。少なくとも、内部の加工硬化やその他の微細な欠陥が生じる。鋼を水で焼入れすると、焼入れ割れが発生するのが一般的だが、必ずしも目に見えるとは限らない。[13]
熱処理
鋼鉄に対しては、多くの種類の熱処理プロセスが利用可能です。最も一般的なものは、焼鈍、焼入れ、焼き戻しです。
焼鈍とは、鋼を十分な高温に加熱して局所的な内部応力を緩和するプロセスです。製品全体が軟化することはありませんが、材料内に閉じ込められた歪みと応力が局所的に緩和されます。焼鈍は、回復、再結晶、および結晶粒成長の3つの段階を経ます。特定の鋼を焼鈍するために必要な温度は、達成する焼鈍の種類と合金成分によって異なります。[14]
焼入れでは、鋼を加熱してオーステナイト相を作り、その後水または油で焼入れします。この急速冷却により、硬くて脆いマルテンサイト構造になります。[12]次に、脆さを軽減するために、特殊なタイプの焼鈍処理である焼き戻しが鋼に施されます。この方法では、焼鈍（焼き戻し）プロセスによってマルテンサイトの一部がセメンタイトまたは球状化物に変化し、内部応力と欠陥が減少します。その結果、より延性と耐破壊性に優れた鋼が生まれます。[15]
生産
鉄は鉱石から精錬されると、必要以上の炭素を含む。鋼鉄にするには、炭素を適正量まで減らすために再処理する必要があり、その時点で他の元素を加えることができる。かつての製鉄所では、未精製の鋼鉄製品をインゴットに鋳造し、最終製品となるさらなる精製プロセスで使用するまで保管していた。現代の施設では、最初の製品は最終組成に近く、連続的に長いスラブに鋳造され、切断されて棒や押し出し成形され、熱処理されて最終製品が製造される。今日、鋼鉄の約 96% が連続鋳造され、インゴットとして生産されるのはわずか 4% である。[16]
インゴットはその後均熱炉で加熱され、熱間圧延されてスラブ、ビレット、ブルームになります。スラブは熱間圧延または冷間圧延されて板材またはプレートになります。ビレットは熱間圧延または冷間圧延されて棒、ロッド、ワイヤになります。ブルームは熱間圧延または冷間圧延されてI形鋼やレールなどの構造用鋼になります。現代の製鉄所では、これらのプロセスは多くの場合1つの組立ラインで行われ、鉱石が投入され、完成した鋼製品が排出されます。[17]鋼の最終圧延後に強度を高めるために熱処理が行われることもありますが、これは比較的まれです。[18]
歴史
古代
鋼は古代から知られており、鋳塊炉やるつぼで生産されていました。[19] [20]
最も古い鉄の生産はアナトリア半島の考古学遺跡（カマン・カレホユック）から発掘された鉄器の破片に見られ、紀元前1800年頃の約4000年前のものである。[21] [22]
ウーツ鋼は紀元前1千年紀に南インドとスリランカで開発されました。 [20]スリランカの金属生産現場では、モンスーンの風で動く風力炉が使用され、高炭素鋼を生産することができました。インドでは、るつぼを使用した大規模なウーツ鋼の生産が紀元前6世紀までに行われ、現代の鉄鋼生産と冶金学の先駆けとなりました。[19] [20]
高炭素鋼は紀元前490年から375年にかけてイギリスのブロクスマス丘陵砦で生産され、[23] [24]超高炭素鋼は紀元後2世紀から4世紀にかけてオランダで生産されました。 [25]ローマの作家ホラティウスは、イベリア半島でファルカタなどの鋼鉄製の武器を特定しており、ノリック鋼はローマ軍によって使用されていました。[26]
戦国時代（紀元前403-221年）の中国では焼き入れ硬化鋼が存在したが[27] 、漢王朝（紀元前202-220年）の中国では錬鉄と鋳鉄を溶かして鋼を作り、紀元1世紀までに炭素中間鋼を生産した。[28] [29]
炭素鋼は、 2000年前には西タンザニアのハヤ族の祖先によって、炉内の温度を1300～1400℃に上げる複雑な「予熱」工程によって作られていたという証拠がある。 [30] [31] [32] [33] [34] [35]
ウーツとダマスカス
南アジアで高炭素鋼が最も古くから生産されていた証拠は、インドのタミル・ナードゥ州コドゥマナル、アーンドラ・プラデーシュ州とカルナータカ州のゴルコンダ地域、スリランカのサマナラウェワとデヒガハ・アラカンダで見つかっている。[36]これはウーツ鋼として知られるようになり、紀元前6世紀頃までに南インドで生産され、世界中に輸出された。[37] [38]タミル語、アラビア語、ラテン語のサンガムの文献には、当時ローマ、エジプト、中国、アラブ世界に輸出された世界最高級の鋼として、セリック鉄と呼ばれていたことが記されているため、この地域では紀元前326年より前に鉄鋼技術が存在していた。[39]紀元前200年頃、スリランカ南東部のティッサマハラマにいたタミル人の貿易ギルドは、古典期の最古の鉄鋼工芸品と生産工程の一部をこの島に持ち込んだ。[40] [41] [42]スリランカのアヌラーダプラに住む中国人と現地人も、西暦5世紀までに南インドのチェラ王朝タミル人からウーツ鋼の生産方法を採用していた。[43] [44]スリランカでは、この初期の製鋼法は、モンスーンの風で動く独特の風炉を使用し、高炭素鋼を生産することができた。[45] [46]この技術は南インドのタミル人から獲得されたため、 [47]インドにおける鉄鋼技術の起源は控えめに見積もっても紀元前400～500年と推定される。[37] [46]
耐久性と刃持ちの良さで知られるウーツ鋼とダマスカス鋼の製造方法は、ペルシャからアラブ人によってもたらされた可能性がある。ペルシャはそれをインドから持ち帰った。もともとはさまざまな微量元素を含むいくつかの異なる材料から作られ、最終的にはパノポリスのゾシモスの著作からのものと思われる。[要出典]紀元前327年、アレクサンダー大王は敗れたポロス王から金や銀ではなく30ポンドの鋼で褒賞を受けた。[48]最近の研究では、その構造にカーボンナノチューブが含まれていたと推測されており、それがその伝説的な特性の一部を説明できるかもしれないが、当時の技術を考えると、そのような特性は計画的ではなく偶然に生み出されたものである。[49]鉄を含む土壌を木材で加熱し、自然風を利用した。古代シンハラ人は2トンの土壌から1トンの鋼を抽出できたが[45] 、当時としては驚くべき偉業であった。そのような炉の一つがサマナラウェワで発見され、考古学者は古代人と同じように鋼鉄を生産することができた。[45] [50]
るつぼ鋼は、るつぼの中で純粋な鉄と炭素（通常は木炭の形態）をゆっくりと加熱・冷却して作られ、9世紀から10世紀までにメルブで生産されました。 [38] 11世紀には、宋の時代に2つの技術を使用して鋼が生産されていたという証拠があります。1つは、品質が悪く不均質な鋼を生産する「ベルガネスク」法、もう1つは、冷風下での繰り返し鍛造による部分的な脱炭を使用する現代のベッセマー法の前身です。[51]
モダンな
17世紀以来、ヨーロッパの鉄鋼生産の第一歩は、高炉で鉄鉱石を精錬して銑鉄を作ることでした。[52] [ページが必要]もともと木炭が使用されていましたが、現代の方法ではより経済的であることが証明されたコークスが使用されています。[53] [ページが必要] [54] [ページが必要] [55] [ページが必要]
棒鉄から始まる工程
これらのプロセスでは、生の鉄鉱石から作られた銑鉄を精錬炉で精製（精製）して棒鉄を生産し、それが製鋼に使用されました。[52]
セメンテーション法による鋼鉄の製造は、1574年にプラハで出版された論文に記載されており、 1601年からニュルンベルクで使用されていました。鎧ややすりの表面硬化のための同様のプロセスは、1589年にナポリで出版された本に記載されています。このプロセスは1614年頃にイギリスに導入され、1610年代にコールブルックデールのサー・バジル・ブルックによってそのような鋼鉄の製造に使用されました。 [56]
この製法の原料は鉄の棒でした。17世紀には、スウェーデンのストックホルム北部の地域で採掘された鉄鉱石から最高の鋼が採れることが分かりました。この製法が使われていた19世紀でも、この鉱石は一般的な原料でした。[57] [58]
るつぼ鋼は、鍛造ではなくるつぼで溶解された鋼であり、その結果、より均質になっています。以前のほとんどの炉では、鋼を溶かすのに十分な高温に達することができませんでした。初期の近代的なるつぼ鋼産業は、 1740年代のベンジャミン・ハンツマンの発明から生まれました。ブリスター鋼（上記のように製造）はるつぼまたは炉で溶解され、（通常は）インゴットに鋳造されました。[58] [59] [ページが必要]
銑鉄から始まるプロセス
製鉄の近代化は、 1855年にヘンリー・ベッセマー法が導入されたことで始まった。この製鉄の原料は銑鉄であった。 [60]彼の方法により、鋼鉄を大量に安価に生産できるようになり、以前は錬鉄が使用されていたほとんどの用途に軟鋼が使用されるようになった。 [61]ギルクリスト・トーマス法（または塩基性ベッセマー法）は、ベッセマー法の改良法で、転炉に塩基性物質を敷き詰めてリンを除去した。
19世紀のもう一つの製鉄法は、ベッセマー法を補完するシーメンス・マーチン法であった。 [58]この製鉄法は、棒鉄（または鉄スクラップ）を銑鉄と一緒に溶解するものである。
これらの製鋼法は、1952年に開発されたリンツ・ドナヴィッツ法による塩基性酸素製鋼（BOS）[62]やその他の酸素製鋼法によって時代遅れとなった。塩基性酸素製鋼法は、炉に送り込まれた酸素によって、それまで使用されていた空気から混入していた不純物（主に窒素）が制限される点で、以前の製鋼法より優れている。[63]また、平炉法と比較すると、BOS法では同じ量の鋼が12分の1の時間で製造される。[62]今日、電気アーク炉（EAF）は、スクラップ金属を再処理して新しい鋼を製造する一般的な方法である。電気アーク炉は銑鉄を鋼に変える際にも使用できるが、大量の電気エネルギー（1トンあたり約440kWh）を使用するため、一般的には安価な電力が十分に供給されている場合にのみ経済的である。[64]
業界
鉄鋼産業は、インフラや経済全体の発展において鉄鋼が果たす重要な役割のため、経済発展の指標とみなされることが多い。[65] 1980年には、米国の鉄鋼労働者は50万人を超えていた。2000年までに、鉄鋼労働者の数は224,000人に減少した。[66]
中国とインドの経済成長により、鉄鋼需要が大幅に増加しました。2000年から2005年の間に、世界の鉄鋼需要は6％増加しました。2000年以降、タタスチール（2007年にコーラスグループを買収）、宝鋼集団、沙鋼集団など、インド[67]と中国[68]の鉄鋼会社が需要を満たすために事業を拡大してきました。しかし、2017年現在、アルセロールミッタルが世界最大の鉄鋼メーカーです。[69][update]
2005年、英国地質調査所は、中国が世界シェアの約3分の1を占める最大の鉄鋼生産国であると発表した。調査によると、日本、ロシア、米国はそれぞれ2位、3位、4位だった。 [70]鉄鋼の生産能力が大きいため、主な生産ルートに関連して大量の二酸化炭素が排出されることになる。
2008年末、鉄鋼業界は急激な不況に直面し、多くの削減を余儀なくされました。[71]
2021年には、世界の温室効果ガス排出量の約7％が鉄鋼業界によるものと推定されました。[72] [73]これらの排出量の削減は、コークスを使用する主な生産ルートの転換、鉄鋼のリサイクルの増加、および炭素回収・貯留技術の応用によって実現すると予想されています。
リサイクル
鉄は世界で最もリサイクルされている素材の一つで、世界全体のリサイクル率は60%を超えています。[3]米国だけでも、2008年には82,000,000メートルトン（81,000,000ロングトン、90,000,000ショートトン）以上がリサイクルされ、全体のリサイクル率は83%でした。[74]
廃棄される鉄鋼よりも生産される鉄鋼の方が多いため、リサイクル原材料の量は生産される鉄鋼総量の約40％を占めています。2016年には、世界で16億2,800万トン（1.602 × 10 9長トン、1.795 × 10 9短トン）の粗鋼が生産され、6億3,000万トン（6億2,000万長トン、6億9,000万短トン）がリサイクルされました。[75]
コンテンポラリー
炭素
現代の鋼は、多くの目的を満たすために、さまざまな合金金属の組み合わせで作られています。[7] 炭素鋼は、鉄と炭素のみで構成されており、鋼の生産量の90％を占めています。[5] 低合金鋼は、厚い部分の焼入れ性を向上させるために、通常はモリブデン、マンガン、クロム、ニッケルなどの他の元素が最大10重量％添加されています。 [5] 高強度低合金鋼には、他の元素（通常は1.5％のマンガン）が少量（通常は重量比2％未満）添加されており、価格の上昇は抑えて強度を高めています。[76]
最近の企業平均燃費（CAFE）規制により、先進高強度鋼（AHSS）と呼ばれる新しい種類の鋼が生まれました。この材料は強度と延性の両方を備えているため、車両の構造はより少ない材料を使用しながら現在の安全レベルを維持できます。市販されているAHSSのグレードにはいくつかありますが、たとえば二相鋼は、熱処理によりフェライトとマルテンサイトの両方の微細組織を含むようになり、成形可能な高強度鋼になります。[77]変態誘起塑性（TRIP）鋼は、通常はオーステナイトを含まない低合金フェライト鋼の室温でのオーステナイト量を安定させるために、特殊な合金化と熱処理を行います。ひずみを加えると、オーステナイトは熱を加えずにマルテンサイトに相転移します。 [78]双晶誘起塑性（TWIP）鋼は、特定の種類のひずみを使用して、合金の加工硬化の有効性を高めます。[79]
炭素鋼は、錆びを防ぐために、溶融亜鉛めっきまたは電気亜鉛めっきによって亜鉛メッキされることが多い。 [80]
合金
ステンレス鋼には最低11%のクロムが含まれており、腐食を防ぐためにニッケルと混合されることが多い。フェライト系ステンレス鋼などの一部のステンレス鋼は磁性があり、オーステナイト系ステンレス鋼などの他のステンレス鋼は非磁性である。[81]耐食鋼はCRESと略される。
合金鋼は、クロムやバナジウムなどの合金元素が少量添加された普通炭素鋼です。より現代的な鋼には、溶解硬化を最大限にするために大量のタングステンやコバルトなどの元素が合金化された工具鋼があります。これにより、析出硬化も可能になり、合金の耐熱性が向上します。[5]工具鋼は、斧、ドリル、および鋭く長持ちする刃先を必要とするその他の機器に一般的に使用されます。その他の特殊用途の合金には、安定した錆びた表面を得ることで耐候性を発揮するコルテン鋼などの耐候性鋼があり、塗装せずに使用できます。 [82]マルエージング鋼はニッケルなどの元素と合金化されていますが、ほとんどの鋼とは異なり、炭素含有量はわずかです（0.01％）。これにより、非常に強力でありながら可鍛性のある鋼が生まれます。[83]
エグリン鋼は、 12種類以上の異なる元素をさまざまな量で組み合わせて、バンカーバスター兵器に使用する比較的低コストの鋼を作り出します。ロバート・ハドフィールドにちなんで名付けられたハドフィールド鋼、またはマンガン鋼には12～14%のマンガンが含まれており、磨耗するとひずみ硬化して摩耗に耐える非常に硬い皮膜を形成します。この特定の合金は、戦車の履帯、ブルドーザーの刃先、ジョーズ・オブ・ライフの切断刃などに使用されています。[84]
標準
最も一般的に使用されている鋼合金のほとんどは、標準化団体によってさまざまな等級に分類されています。たとえば、自動車技術協会には、多くの種類の鋼を定義する一連の等級があります。 [85]アメリカ材料試験協会には、米国で最も一般的に使用されている構造用鋼であるA36鋼などの合金を定義する別の一連の規格があります。 [86] JISでは、日本だけでなく発展途上国でも広く使用されている一連の鋼等級も定義されています。
用途
鉄鋼は、道路、鉄道、その他のインフラ、家電製品、建物の建設に広く使用されています。スタジアムや高層ビル、橋、空港などの現代の大規模な構造物のほとんどは、鉄骨で支えられています。コンクリート構造のものでも、補強のために鉄が使用されています。主要な家電製品や自動車に広く使用されています。アルミニウムの使用が増えているにもかかわらず、鉄は依然として車体の主な材料です。鉄は、ボルト、釘、ネジなどのさまざまな建設資材、その他の家庭用品や調理器具にも使用されています。[87]
その他の一般的な用途としては、造船、パイプライン、鉱業、海洋建設、航空宇宙、白物家電（洗濯機など）、ブルドーザーなどの重機、オフィス家具、スチールウール、工具、個人用ベストや車両装甲の形態の装甲（この用途では 均質圧延装甲としてよく知られています）などがあります。
歴史的
ベッセマー法やその他の近代的な製造技術が導入される前は、鋼は高価であり、安価な代替品がない場合、特にナイフ、カミソリ、剣などの刃先や、硬くて鋭い刃先が必要なその他の物品にのみ使用されていました。また、時計や腕時計に使用されるバネにも使用されていました。[58]
より速く、より安価な生産方法の出現により、鋼鉄は入手しやすくなり、はるかに安価になった。鋼鉄は多くの用途で錬鉄に取って代わった。しかし、20世紀後半にプラスチックが利用可能になったことで、製造コストと重量が低減したため、一部の用途ではこれらの材料が鋼鉄に取って代わるようになった。[88] スポーツ用品や高級自動車など、コストに敏感でない用途では、 炭素繊維が鋼鉄に取って代わっている。
長さ
フラットカーボン
耐候性（COR-TEN）
ステンレス
低バックグラウンド
第二次世界大戦後に製造された鋼鉄は、核兵器実験により放射性核種に汚染されました。1945年以前に製造された低バックグラウンド鋼鉄は、ガイガーカウンターや放射線遮蔽など、放射線に敏感な特定の用途に使用されています。
参照
参考文献
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さらに読む
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- Verein Deutscher アイゼンヒュッテンロイテ編（1992年）。鋼: 材料研究および工学のためのハンドブック。 Vol. 1: 基本。ベルリン、ハイデルベルク / デュッセルドルフ: Springer-Verlag / Verlag Stahleisen。ISBN 3-540-52968-3。
- Verein Deutscher アイゼンヒュッテンロイテ編（1993年）。鋼: 材料研究および工学のためのハンドブック。 Vol. 2: アプリケーション。ベルリン、ハイデルベルク / デュッセルドルフ: Springer-Verlag / Verlag Stahleisen。ISBN 3-540-54075-X。
- Verhoeven, John D. (2007)。『非冶金学者のための冶金学』ASM International。ISBN 9781615030569。
- ウォーレン、ケネス (2001)。『ビッグ・スチール：米国鉄鋼会社の第一世紀、1901-2001』。ピッツバーグ大学出版局。2010年5月1日時点のオリジナルよりアーカイブ。
外部リンク
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WikiquoteにSteelに関連する引用があります。
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- 世界鉄鋼協会の公式ウェブサイト(WorldSteel.org)
- SteelUniversity.org – 世界鉄鋼協会の取り組みであるオンライン鉄鋼教育リソース
- MATDAT 非合金鋼、低合金鋼、高合金鋼の特性データベース – 材料試験の公開結果から取得