金属材料は私たちの日常生活や産業において最も広く使われている材料です。主に鋼、鉄、非鉄金属に分けられますが、中でも鋼が最も広く使用されている材料です。-鋼の主成分は鉄で、残りは人為的に添加された合金元素やさまざまな不純物です。それはまさに、これらの添加される合金元素の種類の違いによるものであり、その量の違いにより、普通炭素鋼、ステンレス鋼、合金鋼などのさまざまな鋼が形成されます。これらの添加元素の中でも、炭素Ｃは非常に重要な役割を果たしている。
2.1 鋼に含まれる一般的な化学元素:
鉄（FE）は全鋼種の大部分を占めます。また、通常、次の元素（鋼中の合金元素と呼ばれる）が含まれています。C（炭素）、Si（シリコン）、Mn（マンガン）、P（リン）、s（硫黄）、Cr（クロム）、Ni（ニッケル）、Mo（モリブデン）、Ti（チタン）、V（バナジウム）などが含まれています。一般に、Pとsは不純物です。含有量が低いほど、鋼の品質は高くなります。
2.2 鋼の分類:
鋼に添加されるさまざまな合金元素に応じて、鋼は 3 つのカテゴリに単純に分類できます。 炭素鋼 合金鋼。ステンレス鋼。
（1）炭素鋼：合金元素はC、Si、Mn、P、Sの5種類のみ。Pとsの不純物含有量により、普通炭素鋼（P、s一般0.040％以下）と優良炭素鋼（P、s一般0.03％以下）に分けられます。
一般的な鋼の種類は次のとおりです: 普通炭素鋼: q215a Q235BF。優れた炭素鋼: 20 #. 45 #. 16Mn など。この種の鋼は平均的な強度と靭性を持ち、耐食性はありません。要件が低く、コストが最も低い場合に使用できます。
（2）合金鋼：炭素鋼に含まれる5元素に、Cr、Mo、Vなどを10％未満添加したもの。一般的な鋼の種類は 15CrMo、12Cr1MoV、1Cr5Mo などです。合金鋼は炭素鋼と比較して強度が高く、耐熱性が高くなりますが、耐食性はまだ劣っています。したがって、合金鋼は通常、ボイラー鋼、発電所の高温蒸気輸送など、腐食の少ない高温高圧の場面で使用され、使用コストは中程度です。
(3) ステンレス鋼：通常は炭素鋼をベースとし、Cr、Ni、その他の合金を高い割合で添加して作られ、含有率は20%以上に達する場合もあります。一般的な鋼種は 304304L、321316l、1Cr18Ni9Ti です。数字で表される最初のいくつかの鋼種は日本とアメリカの鋼種であり、最後の鋼種 (1Cr18Ni9Ti) は国産鋼種です。以下では、いくつかのステンレス鋼コンポーネント間の関係を説明するための例として、鋼グレードの数値表現を取り上げます。一般的な理解として、また初心者の記憶の便宜のために、次のように考えることができます (ただし、あまり正確ではありません)。
304 ------ 基本鋼タイプ、(C < 0.08%)、Cr (~ 18%)、Ni (~ 9%) のみを含む
304L ---- 304 (C < 0.05%) の超低炭素 C は 304L と呼ばれます-
321------- 304 + Ti(~0.5%)
316------- 304 +月(~2.5%)
316L - 316 の超低炭素 C (C < 0.05%)- は 316L と呼ばれます
ステンレス鋼の強度と靭性指数は、あらゆる種類の鋼の中で最高です。その最大の利点は耐食性です。ステンレス鋼は、化学、製紙、その他の腐食性の場面で使用する必要があります。当然、コストも最も高くなります。
2.3.鋼の性質は次のように表されます。
鋼の性能は、いくつかの指標によって反映され、表現される必要があります。鋼の場合、通常、その品質と特性を反映するために、その化学組成と機械的特性が使用されます。機械的特性には通常、次の 3 つの指標があります。
引張強さ( σ b. TS): 材料が破壊したときに耐えることができる最大外部引張力。
降伏強さ( σ s. YS): 塑性変形が発生したときに材料が耐えることができる最小の外部引張力。
伸び(ψ, EL): 破断後の材料の長さ方向の伸びの割合。この値が大きいほど、材料の可塑性が高くなります。場合によっては、材料特性を反映するために硬度値と衝撃靱性値も使用されます。
当社の最も一般的な炭素鋼 20#、Q235 と外国製の SS400、SS41、st37 など、それらの特性は非常に似ており、基本的に相互に置き換えることができます。関連するパラメータはおおよそ次のとおりです。
C:0.18-0.21% Si:0.30% Mn:0.5% P、S 0.025%
TS: ～550Mpa YS: ～260Mpa EL: ～25%
2.4 鋼材の構造と変化
鋼の性質が異なる理由は、実は鋼の内部構造に関係しています。顕微鏡で見ると、鋼の内部は細胞のような小さなブロックがたくさん積み重なって形成されていることがわかります。注意して観察すると、これらの小さなブロックは実際にはいくつかの異なるカテゴリに属します。私たちは通常、同じ種類の小さなブロックを「フェーズ」または「ボディ」と呼びます。私たちがよく言うように、オーステナイトとフェライトは鋼の 2 つの最も一般的な構造、つまり 2 相を指します。鋼中にどの相が含まれているか、各相の割合、および相の形状は鋼の特性に直接影響します。つまり、鋼中の相の種類、割合、形状が変化すると、それに応じて鋼の特性も変化します。では、長年にわたるこうした変化にはどのような要因が寄与しているのでしょうか?鋼の組成の変更は鋼の特性の変化に確実に影響を与えることは明らかです。 20# 鋼や 304L など、組成が固定されている特定の鋼の場合、変形や熱処理を行うと、その特性も変化します。要約すると、鋼の特性に影響を与える主な要因は、組成、変形、温度です。
2.5 鋼の熱処理:
鋼に求められる最高の性能を発揮させるためには、鋼の内部構造が安定した構造状態に保たれている必要があります。
多くの場合、鋼を熱処理する必要があります。加工・変形した商品が多いため。前述したように、異形鋼の微細組織は変化します。つまり、鋼の性能が変化しますが、この変化は望ましくない場合が多いです。このとき、これらの変化を取り除き、鋼本来の特性を取り戻すために熱処理を行う必要があります。もちろん、他の考慮事項により、他の熱処理方法もあります。
