炭素鋼

炭素鋼の種類

代表的なカーボンの組成は

• 軟鋼（低炭素鋼）：炭素含有量約0.05～0.25％、マンガン含有量0.4％以下（例：AISI1018鋼など）。強度は低いが安価で成形しやすく、浸炭処理により表面硬度を高めることができる。
• 中炭素鋼：炭素量約0.14～0.84％、マンガン量0.60～1.65％（例：AISI1040鋼）。延性と強度のバランスが良く、耐摩耗性に優れ、大型部品や鍛造品、自動車部品に使用される。
• 高炭素鋼：炭素含有量約0.59～0.65％、マンガン含有量0.30～0.90％。非常に強度が高く、バネや高強度ワイヤーに使用される。
• 超高炭素鋼：炭素含有量約0.96％～2.1％、特殊加工により特定の原子・分子レベルの微細構造を持つ。

鋼は熱処理が可能で、加工しやすい軟らかい状態で部品を作ることができる。炭素が十分に含まれていれば、合金を硬化させて強度、耐摩耗性、耐衝撃性を高めることができる。鋼はしばしば冷間加工法で鍛造される。冷間加工とは、低い平衡温度またはメタ安定温度で変形させて金属を成形することである。

冶金学

軟鋼は、多くの用途に通用する材料特性を持ちながら、価格が比較的安いため、最も一般的な鋼種である。軟鋼は炭素含有量が少なく（0.3％以下）、極端にもろくもなく延性もない。熱を加えると可鍛性になるため、鍛造が可能である。また、構造用鋼など、大量の鋼材を成形する必要がある場合によく使用される。密度は7861.093kg/m³（0.284lb/in³）で、引張強度は最大500MPa（72500psi）である。

熱処理に成功した炭素鋼は、炭素含有量が0.30～1.70重量％の範囲にある。その他の様々な元素の微量な不純物は、出来上がった鋼の品質に大きな影響を与えることがある。微量の硫黄は鋼を「赤短」にする。これは欠点で、鋼はもろく、砕けやすい。A36グレードなどの低合金炭素鋼は約0.05％の硫黄を含み、1426-1538℃（2600-2800°F）付近で溶融する。低炭素鋼の焼入れ性を向上させるためにマンガンが添加されることも多い。このような添加物によって低合金鋼になる定義もあるが、AISIの炭素鋼の定義では重量比で1.65%までのマンガンを許容している。

焼入れ鋼とは、通常、焼入れまたは焼戻しされた鋼を指す。

銀鋼、または高炭素輝鋼は、炭素含有量が多いため、その外観からその名がついた。非常に高炭素な鋼で、高炭素鋼の中でも最高級品といえる。鋼規格のBS-1407で定義されている。1%炭素の工具鋼で、厳しい公差で研磨することが可能です。通常、炭素の範囲は最小で1.10％、最大で1.20％である。また、微量元素としてMn0.35%（範囲0.30～0.40%）、Cr0.40%（範囲0.4～0.5%）、Si0.30%（範囲0.1～0.3%）、また硫黄（最大0.035%）とリン（最大0.035%）を含む場合もあります。銀鋼は極細の刃を作ることができるため、ストレート・カミソリの材料として使われることもある。

熱処理

普通炭素鋼を熱処理する目的は、鋼の機械的性質（通常、延性、硬度、降伏強度、耐衝撃性）を変化させることである。

鉄-炭素相図。ある種の熱処理における温度と炭素の範囲を示している。