炭素鋼の種類、特徴や用途、切削加工のポイントを詳しく解説｜XMAKE

2024/10/08

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炭素鋼は、鉄と炭素を主成分とする鋼材で、種類や特性が多様です。本記事では、炭素鋼の主要な種類、各種の特徴や用途、さらに切削加工のポイントを詳しく解説します。炭素鋼の特性を理解し、最適な選択をするための情報を提供します。

炭素鋼とは？

炭素鋼の定義は、主に鉄と炭素を主成分とする合金鋼であり、炭素の含有量によって特性が変化する材料です。炭素の含有量によって、低炭素鋼（0.05%〜0.25%）、中炭素鋼（0.25%〜0.6%）、高炭素鋼（0.6%〜1.5%）に分類されます。

炭素含有量に基づく炭素鋼の種類

低炭素鋼

特徴

低炭素鋼は、炭素含有量が約0.05%から0.25%の範囲にある鋼材です。

このため、柔軟性と加工性に優れ、成形や溶接が容易です。引張強度は中炭素鋼や高炭素鋼に比べて低いですが、その分、靭性が高く、破損しにくい特性があります。

また、加工後の熱処理による硬化があまり効かないため、主に柔らかい部品や構造材に用いられます。

用途

建設業では、鉄骨や橋梁、鋼板などの構造材として利用され、耐久性とコストパフォーマンスが求められる場面に最適です。

また、自動車産業でも、シャシー部品やボディパネルに使われることが多く、安全性と軽量化を両立させるための重要な材料です。その他にも、家具や家電製品の部品など、日常生活に密接に関わる製品でも多く見られます。

中炭素鋼

特徴

中炭素鋼は、炭素含有量が約0.25%から0.60%の範囲にある鋼材です。

強度と硬度のバランスが非常に優れており、さまざまな機械部品や工具に適しています。引張強度が高く、耐摩耗性にも優れていますが、低炭素鋼よりも硬くなるため、加工がやや難しくなることがあります。

熱処理を施すことで、さらに特性を向上させることも可能です。

用途

中炭素鋼は、特に機械部品や工具の製造に広く使用されています。例えば、自動車のギアやシャフト、バネなどの耐久性が求められる部品に適しています。また、ドリルや切削工具など、強度と耐摩耗性が重要な工具にも利用されます。

高炭素鋼

特徴

高炭素鋼は、炭素含有量が約0.60%から1.4%の範囲にある鋼材です。

高炭素鋼は、焼入れなどの熱処理を行うことで、さらに硬度を増すことができ、切削工具や耐摩耗部品に最適です。

ただし、脆性も高くなるため、衝撃や過度の負荷には注意が必要です。

用途

高炭素鋼は主に刃物やスプリングの製造に使用されます。具体的には、包丁、鋸、ドリルビットなどの切削工具が代表的な用途です。

また、バネやスプリング部品にも利用され、耐久性と弾性が求められる場面で活躍します。高炭素鋼は、その特性から多くの産業で重宝されており、精密な作業や機械の動作に欠かせない材料です。

各種類の違い

特性	低炭素鋼 (0.05% – 0.25% C)	中炭素鋼 (0.25% – 0.60% C)	高炭素鋼 (0.60% – 1.5% C)
強度	低い	中程度	高い
硬度	低い	中程度	高い
靭性	高い	中程度	低い
加工性	良好	中程度	悪い
溶接性	良好	中程度	悪い
用途	自動車部品、建材、薄板など	機械部品、シャフト、スプリングなど	刃物、工具、バネなど

炭素鋼の特徴

機械的特性

引張強度: 炭素鋼は高い引張強度を持ち、構造材や部品に適しています。炭素含有量に応じて強度が変わります。
硬度: 炭素含有量が増えるほど硬度が高まり、耐摩耗性も向上します。特に高炭素鋼は非常に硬い特性を持ちます。
靭性: 低炭素鋼は柔軟性が高く、靭性に優れていますが、高炭素鋼は脆くなることがあります。