スチールは、その強度と耐久性から建築、自動車、家電など多岐にわたる分野で不可欠な素材です。リサイクルが容易で環境への配慮もされており、持続可能な産業の基盤を支えています。
スチールとは？
スチールの定義
スチールとは、鉄を主成分とし、炭素を0.02%から2.1%含む合金のことです。
スチールの製造プロセス
1. 原料準備：鉄鉱石、コークス、石灰石を用意します。
2. 高炉製鋼：原料を高炉に投入し、コークスを燃焼させて高温を生成。鉄鉱石が還元され、液体の生鉄が得られます。
3. 精錬：生鉄を転炉に移し、酸素を吹き込むことで炭素を減少させ、鋼に変換します。
4. 鋳造：溶融した鋼を型に流し込み、冷却して固化させます。
5. 圧延・加工：鋼材を圧延し、所定の形状やサイズに加工します。
スチールの種類
炭素鋼
炭素鋼は鉄と炭素を主成分とし、炭素含有量により次のように分類されます：
- 低炭素鋼（0.05%〜0.25%）：柔軟性が高く、加工しやすい。主に薄板や部品に使用。
- 中炭素鋼（0.25%〜0.60%）：強度と靭性のバランスが良く、自動車部品や機械部品に適している。
- 高炭素鋼（0.60%〜2.1%）：非常に硬く、刃物や工具に使用される。
合金鋼
合金鋼は炭素鋼に他の元素（クロム、ニッケル、モリブデンなど）を添加し、特性を向上させたものです。特徴として：
- クロム鋼：耐摩耗性が高く、工具や機械部品に用いられる。
- ニッケル鋼：耐衝撃性に優れ、自動車や航空機の部品に適している。
ステンレス鋼
ステンレス鋼は鉄、炭素に加え、10.5%以上のクロムを含み、耐腐食性に優れています。主な種類は：
- オーステナイト系：耐食性が高く、加工性も良好。厨房機器や医療器具に使用。
- フェライト系：強度と耐腐食性を持ち、主に自動車のエキゾーストシステムに使用。
- マルテンサイト系：硬く、刃物や工具に用いられる。
各種類一覧表：
| 特性 | 炭素鋼 | 合金鋼 | ステンレス鋼 |
| 主成分 | 鉄と炭素 | 鉄、炭素、その他の合金元素 | 鉄、炭素、クロム、ニッケル |
| 強度 | 高い | 非常に高い | 中程度から高い |
| 耐食性 | 低い | 中程度 | 高い |
| 加工性 | 良好 | 良好 | 難しい（特に硬いもの） |
| 用途 | 建築、製造、一般的な機械 | 特殊な機械部品、工具 | 食品加工、医療機器、建築 |
| 価格 | 安価 | 中程度 | 高価 |
| 熱処理 | 可能 | 可能 | 可能 |
スチールの特徴
強度と耐久性: スチールは高い引張強度を持ち、圧力や衝撃に対する耐性が強いです。このため、構造材や機械部品に広く使用されます。
加工性: 様々な加工方法に適しており、切削、溶接、曲げ、プレスなど多様な形状に成形できます。これにより、複雑な部品製造が可能です。
コスト: 比較的安価で入手しやすく、大量生産に向いているため、経済的なメリットがあります。
電導性: 良好な電導性を持ち、電気機器の部品としても利用されます。
耐熱性: 一部のスチールは高温に耐える特性を持ち、炉やエンジン部品などの用途に適しています。
ステンレス鋼との違い
1.化学成分の違い
スチール: 主に鉄と炭素から成り、炭素の含有量によって特性が変わります。
ステンレス鋼: 鉄に一定量のクロム（通常10.5%以上）を加えた合金で、耐食性が向上しています。
2.耐腐食性の違い
スチール: 腐食しやすく、特に湿気や塩分のある環境では錆びやすいです。
ステンレス鋼: クロムが酸化皮膜を形成し、腐食に対して強いです。
3.用途の違い
スチール: 建築、製造、機械部品など幅広い用途で使用されます。
ステンレス鋼: 食品加工、医療機器、建材など、耐食性が求められる用途に使われます。
関連記事：SUS304の特徴と用途を解説：ステンレス鋼SUS316やSUS430との比較
スチールの用途
建設業:
構造材: 高層ビルや橋、ダムなどの耐荷重を支えるための鉄骨として使用されます。スチールフレームは軽量で強度が高く、設計の自由度も高いです。
建築用パネル: 外壁や内装に用いられるパネルやトラス構造など、建物の強度と美観を兼ね備えた製品として利用されます。
自動車産業:
シャシーとボディ: 自動車の骨格を構成し、強度と安全性を提供します。特に衝撃吸収性能が求められる部分に使われます。
部品製造: エンジン部品、サスペンション、ホイールなど、様々な部品にも使用され、耐久性が重要です。
製造業:
機械部品: ギアやシャフト、ベアリングなど、高い耐摩耗性と強度が求められる部品に多く用いられます。
工具: 切削工具や測定器具など、精密性が必要な製品にもスチールが利用されます。
家庭用品:
キッチン器具: 包丁や鍋、フライパンなど、耐久性と衛生面で優れた特性が求められる製品に使われます。
家具: スチール製のテーブルや椅子は、デザイン性と強度を兼ね備えたものが多く存在します。
エネルギー:
パイプライン: 石油やガスの輸送に用いるパイプラインやタンクは、耐圧性や耐腐食性が求められます。
発電設備: 発電所のボイラーやタービンの部品としても使用され、耐熱性が重要です。
航空宇宙:
航空機部品: 軽量で高強度なスチール合金は、航空機の構造部品やエンジン部品に使用されます。
まとめ
スチールは鉄と炭素を主成分とする合金で、高い強度や加工性が特徴です。建設や製造業など多様な用途に使用され、耐久性が求められます。一方、ステンレス鋼はクロムを含み、耐食性に優れています。これらの違いを理解した上で、適切な素材を選びましょう。
