合金鋼：建設における主な特徴と用途

合金鋼は、異常な耐久性、高い耐荷重能力、耐腐食性、そしてさまざまな厳しい環境での多用途な応用のおかげで、欠かせない材料です。しかし、この特殊な鋼の組成、特性、分類、実用的な応用を完全に理解している人は多くありません。以下のセクションでは、BMB Steelが明確で正確な回答を提供します。

1. 合金鋼とは何ですか？

合金鋼は、鉄と炭素で構成されている鋼の一種で、マンガン、クロム、ニッケル、モリブデン、バナジウムなどの他の化学元素が追加されています。これらの元素の比率は、特定の応用の技術的要求に応じて、混合物の総質量の1%から50%まで様々です。この組み合わせは、鋼の物理的および化学的特性を改善し、厳しい作業条件下での材料の性能を向上させることを目的としています。

合金鋼のいくつかの優れた特性には、酸化抵抗、強度の向上、延性の改善、衝撃抵抗、高温への適応能力が含まれます。加えられる元素に応じて、合金鋼は異なる特性を持ちます：

• マンガン：は、熱処理中の冷却速度を制御し、鋼の硬化時に亀裂が発生するリスクを減少させるのに役立ちます。
• クロム：は、耐摩耗性を向上させ、クロム含有量が11%を超えるとステンレス鋼を生成し、硬度と強度を改善します。
• モリブデン：は、高温での硬度と延性を向上させ、耐腐食性を改善し、熱処理の効率を高めます。
• バナジウム：は、硬度、耐摩耗性、衝撃抵抗を強化し、機械的特性を向上させるために粒径を制御します。

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2. 合金鋼の分類

合金鋼は、合金元素の含有量およびその意図された実用的な応用に基づいて分類できます。

合金含有量による分類：

• 低合金鋼：この種の鋼は、合金元素の総含有量が5%未満です。低合金鋼は、パフォーマンスと生産コストのバランスが取れているため、さまざまな産業で広く使用されています。典型的な例には：20Cr、30CrMoがあります。
• 中合金鋼：合計で約5%から10%の合金元素を含みます。低合金鋼と比較して、中合金鋼は高い強度と優れた耐摩耗性を提供し、高い耐荷重能力と長い耐用年数が必要な部品に適しています。一般的な例は40CrNiMoです。
• 高合金鋼：このグループには、合金元素が10%を超えるものが含まれます。これらの鋼は、厳しい環境や腐食や熱に対する特別な要求がある用途でよく使用されます。304や316などのステンレス鋼は、高いクロムおよびニッケル含有量のおかげで酸化抵抗が飛躍的に向上するため、典型的な代表です。

使用目的による分類：

• 構造用合金鋼：主に機械部品、ビーム、工場フレーム、その他の耐荷重構造の製造に使用されます。この種の鋼は、良好な延性、高い機械強度、および優れた耐荷重能を確保する必要があります。例としては：20Mn2、40Crがあります。
• 工具用合金鋼：切削工具、金型、高い硬度と持続的な鋭さが要求される装置の製造に適しています。例としては：SKD11、SKH51があります。
• 耐熱合金鋼：極端な熱条件下で変形することなく高温で機械的性質を維持するよう設計されています。一般的な応用には、炉の部品、タービンエンジンがあります。例としては：304、310Sがあります。
• ステンレス鋼：10.5%以上のクロムを含む高合金鋼で、優れた耐腐食性が特徴です。ステンレス鋼は、食品、製薬、内装、化学産業で広く使用されています。美観が高いためです。

3. 合金鋼の優れた特性

機械的特性：

合金鋼の最も顕著な特性の一つは、特に急冷および焼戻しといった熱処理プロセスを経た後に、その優れた機械的強度です。合金鋼は、炭素鋼と比較して、顕著に高い硬度と耐荷重能力を示します。

耐熱性：

合金鋼は、200°Cを超える高温で安定した機械的特性を維持できます。この特性を達成するために、合金鋼は、製造中にモリブデン、バナジウム、クロムなどの特殊元素を高濃度で合金化されています。

物理的および化学的特性：

いくつかのタイプのステンレス合金鋼は、卓越した耐腐食性を提供します。また、合金鋼は温度変化時に安定した熱膨張を示します。特定の合金組成に応じて、熱伝導率、延性、加工性などの他の特性を向上させることもあります。

4. 合金鋼の標準呼称

合金鋼は多くの異なるグレードで生産されているため、呼称体系も多様であり、国や地域によって異なります。

合金鋼の呼称における文字と数字の意味：

• 最初の数字：炭素含有量を示し、通常はその割合を100倍して書かれます。たとえば、「20」は「20C」において0.2%の炭素に対応します。
• 元素記号：Cr、Ni、Moなどの主要な合金元素を表し、時にはその元素の濃度が高い場合には数字の後に付けられます。
• XまたはS：ステンレス鋼によく見られ、高クロム含有の鋼を示すために使用されます。

以下は国際基準に基づくいくつかの一般的な呼称体系です：

ベトナム標準による呼称

ベトナム標準に従って、鋼はその主要な化学組成と意図された用途に基づいて名付けられます。

例：

• 20Cr：約0.2%の炭素と追加のクロム（Cr）を含む合金鋼。
• 40CrNiMo：約0.4%の炭素を含み、クロム（Cr）、ニッケル（Ni）、モリブデン（Mo）と組み合わせられ、高強度が要求される部品に一般的に使用される合金鋼。

日本工業規格（JIS）による呼称

JIS（日本工業規格）システムでは、呼称は通常「S」（鋼）で始まり、アプリケーションや合金成分を示す文字の後に続きます。

例：

• SCM440：約0.4%の炭素を含むCr-Mo合金鋼（クロム-モリブデン）。
• SKD11：クロムを含む工具合金鋼で、金型や切削工具の製造に一般的に使用されます。

米国標準（ASTM、AISI、SAE）による呼称

ASTM、AISI、またはSAEのような組織は、合金組成や鋼のグループに基づいて合金鋼を分類するために数値体系を使用します。

例：

• 4140：約0.4%の炭素を含み、クロムとモリブデンを組み合わせた中合金鋼。
• 4340：約0.4%の炭素を含み、クロム、ニッケル、モリブデンを組み合わせた中合金鋼。

ステンレス鋼にも独自のコードがあります：

• 304：クロムおよびニッケルを含む一般的なステンレス鋼で、優れた耐腐食性を提供します。
• 316：304よりもグレードが高く、塩素や厳しい化学環境での耐腐食性を向上させるためにモリブデンが追加されています。

欧州標準（EN）による呼称

EN（欧州規格）システムは、通常、化学組成を説明するために数値と化学記号を使用します。

例：

• 42CrMo4：約0.42%の炭素を含み、クロムとモリブデンを含む鋼で、高強度の応用によく使用されます。
• X5CrNi18-10：約18%のクロムと10%のニッケルを含むステンレス鋼で、ステンレス鋼304に相当します。

ロシア標準（ГОСТ）による呼称

ロシア標準（GOST）では、合金元素を表すキリル文字と炭素含量を示す数字を組み合わせた呼称が一般的です。

例：

• 30ХГСА：約0.3%の炭素、クロム（Х）、マンガン（Г）、シリコン（С）を含む鋼。
• 12Х18Н10Т：18%のクロム（Х）、10%のニッケル（Н）、およびチタン（Т）を含むステンレス鋼で、非常に腐食性のある環境で使用されます。

5. 建設業界における合金鋼の応用

現代の建設では、合金鋼はその優れた機械的特性、耐久性、および環境への抵抗のおかげでますます使用されています。合金組成の柔軟性により、この材料はさまざまな種類のプロジェクトに適しています。いくつかの一般的な応用には：

• 高強度鋼構造：合金鋼は、高い耐荷重能力と長期的な耐久性を要するプロジェクト、特に橋、高層ビル、産業構造（工場、倉庫、保管施設など）のようなプロジェクトに最適です。優れた耐摩耗性、強力な機械的強度、温度、湿度、化学物質などの環境要因に耐える能力のおかげです。
• 耐荷重の柱と梁：柱、梁、基礎のように重い荷重を支える構成要素では、合金鋼を使用することは大きな利点をもたらします。この種の鋼は、高い耐荷重能力だけでなく、効果的な耐腐食性も提供します。

さらに、合金鋼は機械工学、機械製造、自動車、航空宇宙、石油およびガス、エネルギー、軍事、造船などの他の多くの産業でも広く応用されています。

6. 合金鋼と炭素鋼の違い

材料業界では、合金鋼と炭素鋼は一般的な鋼の2つのタイプですが、組成、特性、および応用において大きく異なります。以下は、それらを容易に区別するための詳細な比較表です：

合金鋼は、建設において高い適用性を持つ材料であるだけでなく、その耐久性、耐腐食性、優れた機械的特性のおかげで多くの他の産業において重要な役割を果たします。国際基準を満たす、高品質の鋼構造ソリューションをお探しの場合、BMB Steelは、すべてのプロジェクトであなたと共に歩む信頼できるパートナーです。