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鉄の基礎知識 鉄の優れた特徴と種類・加工方法

鉄の基礎知識 鉄の優れた特徴と種類・加工方法

鉄の基礎知識 鉄の優れた特徴と種類・加工方法

目次
  1. 品質・コスト・納期に優れた加工品としての鉄の特性
  2. 汎用的な鉄とほかの材質との比較
  3. 利用目的によって使い分けたほうがいい鉄の種類・規格
  4. 鉄・鉄板に対する主な加工方法
  5. 様々な用途で活用できる鉄だが、赤錆びには注意
  6. 金属製品の80%の生産量を誇る鉄
  7. キャディ株式会社では鉄の加工を得意としています!

これだけは知っておくべき鉄の性質のポイント

  • QCD全面でバランスが取れた材質
  • 炭素の含有量によってさまざまな性質を示す。
  • さびやすく、注意が必要

品質・コスト・納期に優れた加工品としての鉄の特性

その鈍い黒色から「くろがね」とも呼ばれています。鉄は地球の重さの3分の1をしめるほど大量に存在し、鉄鉱石を還元し、鉄を取り出すことも比較的容易なため、「産業の米」と呼ばれるほど人々の生活に欠かせない材料です。今や金属製品の約90%が鉄を材料にしているとも言われており、生産量は今もなお伸び続けています。

材料選定において非常に重要となる、品質(Quolity)・コスト(Cost)・納期(Delivery)のQCDをいずれも満たしているためこれほどまでに利用されています。特に加工性は非常によく、高温あるいは常温で鍛造や引抜き、圧延など様々な加工が可能です。また、焼入れや焼戻しなどの熱処理を施すことにより、機械的性質はさらに広範囲に変わり、とても便利な材料を得ることができます。また、ステンレスに代表されるような合金としても多く使われており、非常に多様性の高い金属であります。

汎用的な鉄とほかの材質との比較

鉄は非常に汎用的で基本的な材質であり、非常にバランスの取れた材料といえます。

材質 [鉄
代表例
SS400](https://caddi.jp/articles/鉄の基礎知識 鉄の優れた特徴と種類・加工方法
ステンレス
代表例
SUS304

代表例
C1100
アルミ
代表例
A5052
樹脂
(合成樹脂)
耐食性 X
加工性
耐熱性 X X
強度 X X
導電性 X
熱伝導性 X
密度
×10³kg/m³
7.87 7.94 8.96 2.7 規格により様々
価格
¥/kg
116 448 155 800 規格により様々
磁性 あり 加工・規格による なし なし なし
溶接性 X X
コメント QCD全面でバランスがとれており、強度も高い、非常に汎用的な材質です。 炭素とクロムを含んだ鉄の合金鋼です。耐食性に優れているため、錆などの起きやすい屋外で使われることが多いです。 熱伝導性・導電性が非常に優れた材質です。一方で、強度と溶接性が劣っています。 アルミは合金の種類に依らず、軽さが特徴の材質です。また導電性・熱伝導性もかなり優れています。一方で、強度と耐熱性が劣っています。 プラスチックのことです。生産方法によってさまざまな樹脂ができますが、耐食性や加工性に優れていることや強度が低いこと、熱や電気を伝えにくいことは多くの樹脂に共通した性質といえます。

利用目的によって使い分けたほうがいい鉄の種類・規格

一般的に私たちの身の回りで利用され鉄と呼ばれているものは炭素を含む炭素鋼であり、純度の高い鉄は非常に生産が難しく、特別の用途でしか利用されていません。この炭素鋼は炭素の含有量を変えることによって、引張り強さや硬さ、伸びなどの様々な特性を変化させることができ、利用の目的に合わせた性質の材用を得ることができます。そのため、船舶や鉄道、建築、機械器具、日用品などきわめて多様な使用方法がなされています。

このように一口に鉄といっても様々な用途に使われるため、炭素の含有量や生産方法によっていくつかの種類の鉄があります。その中でも特に代表的なものを下記にて紹介します。

規格 強度 価格
¥/kg
焼入れ効果 溶接性 耐食性
SS400 115 X X
S45C 300 X X
SPCC 130 X X
SPHC 100 X
SECC 150 X X
SGCC 150 X X
ZAM 160 X X
  • SS400
    一般構造用圧延鋼板(SS材)の一種です。SSとはSteel Structureの頭文字から取っており、SSの後に続く400という数字は引張り強さの最小保証値(N/mm^2)を示しています。化学物質の規定はほとんどなく、引っ張り強さが400~510N/mm^2が保証されていれば成分は自由になっています。

  • SPCC
    冷間圧延鋼板の一種であり、最もポピュラーな鉄素材とも言えます。冷間圧延鋼板はSPHC(熱間圧延鋼板)を常温下で冷間圧延した薄板になります。別名としてミガキ鋼板、冷圧材、コールドなどがあります。

  • S45C
    S45Cは機械構造用炭素鋼の一種であり、その中でも最もポピュラーな材料です。S45CのSはSteel(鋼材)、CはCarbon(炭素)の頭文字から取っており、SとCの間にある45という数字は炭素含有量区分(炭素含有量(%)の100倍の数字)を示します。つまり、S45Cは炭素を0.45%前後含んでいることを表しています。炭素の含有量は材料の硬度に寄与します。炭素含有量が多いほど材料の硬度は高くなります。

鉄・鉄板に対する主な加工方法

鉄や鉄板の加工には様々な種類がありますが、大きく切削加工・成型加工・接合加工・特殊加工・熱処理と表面処理の5つがあります。
以下で概観について表で確認してみましょう。

一言で言うと? 特徴 加工例
切削加工 削って形を作る 加工精度が高い反面
時間がかかる
旋盤加工
フライス加工
成型加工 型を使って
変形させる
加工精度は
出しにくいが、
早く作れる
板金加工
鋳造
接合加工 材料同士を
接合する
コストが
下がりやすい
溶接
ろう付け
特殊加工 局部的に溶かす 力を加えない
「静的」な加工で、
複雑な形状や硬い材料
に向いている
レーザー加工
放電加工
熱処理・
表面処理
形を変えずに
材料の特性を変える
硬さを変えたり、錆びを防いだりする 焼入れ
焼きなまし

様々な用途で活用できる鉄だが、赤錆びには注意

鉄の特徴としては「生産量が多く、安価に購入できる」、「強度が強い」、「加工性が優れる」、「多様性がある」などが挙げられます。

鉄の強度は炭素の含有量が多くなるにつれ強くなります。一方で炭素含有量が多くなるにつれて脆い性質も強まるので加工性が悪くなってしまいます。炭素の含有量の他にも熱処理によっても強度は変化し、焼なましを施すことによって軟らかくなったり、焼入れを施すことによって硬くなり強度は強まります。また、鉄は粘り強い性質もあるため、常温でも高温でも加工が可能であり、圧延、鍛造、鋳造など様々な加工法に適しています。

上記にも記述のように鉄は炭素の含有量や熱処理によって引張り強さや硬さ、伸びなどの機械的性質は幅広く変化し、利用の目的に合わせて様々な特性を持たせることが可能です。またステンレスなどの合金としても多く利用されており、非常に多様性のある材料であります。

これらのメリットに対して、デメリットとしては錆が生じやすいという点があります。鉄の表面には赤錆びと呼ばれる錆が非常に生じやすい材質です。空気中に触れるだけでも鉄が酸化鉄になり、錆を生じます。赤さびは長い間そのままにしておくと鉄の内部まで錆びていき強度も弱まります。この錆を防ぐためにメッキ処理や塗装処理が施されることが多いです。

鉄やアルミニウムは純金属では柔らかすぎて用途が限られるため、他の成分を加えることで実用に適した材料に変えます。

キャディ株式会社でも様々な対応事例があります。

▶ 鉄の製作事例を見る

金属製品の80%の生産量を誇る鉄

鉄は鉄鉱石を主な原材料として生産されます。この鉄鉱石とコークス、石灰石をともに高炉で加熱し、不純物を取り除き、銑鉄を生産します。この銑鉄を転炉を行い炭素量を減らしていくと粗鋼ができます。その後、圧延処理などを行い様々な鋼材に加工されます。この鉄鉱石は全世界に約1兆トンを超えており、海底には鉄鉱石は無尽蔵にあると言われています。鉄鉱石の可採埋蔵量は他の金属に比べけた違いに多いため、生産量は金属製品の80%を占めると言われているほど多く、市場流通性もいいため価格も安くなっております。

一言で言うと? 特徴 加工例
切削加工 削って形を作る 加工精度が高い反面 時間がかかる タレパン加工機のイメージ絵
成型加工 型を使って 変形させる 加工精度は 出しにくいが、 早く作れる タレパン加工機のイメージ絵
接合加工 材料同士を 接合する コストが 下がりやすい タレパン加工機のイメージ絵
特殊加工 局部的に溶かす 力を加えない 「静的」な加工で、 複雑な形状や硬い材料 に向いている タレパン加工機のイメージ絵
熱処理・ 表面処理 形を変えずに 材料の特性を変える 硬さを変えたり、錆びを防いだりする タレパン加工機のイメージ絵焼入れ 焼きなまし

様々な加工法・材質に対応しています!

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