スチールは本質的に鉄であり、炭素は特定の追加元素と合金化されている。 合金化のプロセスは、鋼の化学組成を変化させ、炭素鋼に対してその特性を改善するために、または特定の用途の要件を満たすようにそれらを調整するために使用される。
鋼合金材の利点：
異なる合金元素はそれぞれ、鋼の特性に独自の影響を与える。 合金化によって改善できる特性のいくつかは、以下を含む：
- 安定化オーステナイト ： ニッケル 、 マンガン 、 コバルトおよび銅のような元素は、オーステナイトが存在する温度範囲を増加させる。
- フェライトの安定化 ： クロム 、 タングステン 、 モリブデン 、バナジウム、 アルミニウム 、 シリコンは、オーステナイト中の炭素の溶解度を低下させる効果があります。 これは、鋼中の炭化物の量を増加させ、オーステナイトが存在する温度範囲を減少させる。
- 炭化物の形成 ： クロム 、タングステン、モリブデン、 チタン 、ニオブ、タンタル、ジルコニウムを含む多くの軽金属は、鋼中で硬度と強度を高める強力な炭化物を形成します。 このような鋼は、高速度鋼および熱間工具鋼を製造するためにしばしば使用される。
- 黒鉛化 ：シリコン、ニッケル、コバルトおよびアルミニウムは、鋼中の炭化物の安定性を低下させ、それらの分解および自由グラファイトの形成を促進する。
- 共析物濃度の低下 ：チタン、モリブデン、タングステン、シリコン、クロム、ニッケルのすべてが共析物の炭素濃度を低下させます。
- 耐食性を向上させる ：アルミニウム、シリコン、クロムは鋼の表面に保護酸化物層を形成し、それによって金属が特定の環境下でさらに劣化するのを防ぎます。
一般的な鋼合金エージェント：
以下は、一般的に使用されている合金元素のリストと鉄鋼への影響（括弧内の標準的な内容）です。
- アルミニウム （0.95-1.30％）：脱酸素剤。 オーステナイト粒の成長を制限するために使用される。
- ホウ素 （0.001-0.003％）：変形能および被削性を改善する硬化剤。 ホウ素は完全に腐食された鋼に添加され、硬化効果を得るために少量で添加する必要があります。 ホウ素の添加は低炭素鋼で最も効果的である。
- クロム （0.5-18％）：ステンレス鋼の主要成分。 12％を超える含有量では、クロムは耐食性を著しく向上させる。 金属はまた、焼入れ性、強度、 熱処理に対する応答および耐摩耗性を改善する。
- コバルト ：高温強度と透磁率が向上します。
- 銅 （0.1~0.4％）：鋼中の残留物として最も頻繁に見出される銅は、 析出硬化特性を生じさせ、耐食性を高めるために添加される。
- 鉛 ：液状または固体の鋼にはほとんど溶けませんが、機械加工性を向上させるために、鋳込み時に機械的な分散によって鉛が炭素鋼に添加されることがあります。
- マンガン （0.25-13％）：硫化鉄の生成を排除して高温での強度を高めます。 焼入れ性、 延性および耐摩耗性も向上する。 ニッケルのように、マンガンはオーステナイト形成元素であり、 オーステナイト系ステンレス鋼の AISI 200シリーズでニッケルの代替品として使用できます。
- モリブデン （0.2-5.0％）：ステンレス鋼中に少量で見いだされるモリブデンは、特に高温で焼入れ性および強度を増加させる。 クロム・ニッケル・オーステナイト鋼でよく使用されるモリブデンは、塩化物や硫黄の化学物質による孔食を防ぎます。
- ニッケル （2〜20％）：ステンレス鋼にとって重要な別の合金元素であるニッケルは、高クロムステンレス鋼に8％を超える含有量で添加される。 ニッケルは強度、耐衝撃性、靱性を向上させるとともに、酸化や腐食に対する耐性を向上させます。 また、少量添加すると低温での靱性が向上します。
- ニオブ ：硬質炭化物を形成することによって炭素を安定化させるという利点があり、高温鋼によく見られます。 少量では、ニオブは、降伏強度を大幅に増加させることができ、程度は低いが、鋼の引張強さは、その効果を強化する適度な降水を有することができる。
- 窒素 ：ステンレス鋼のオーステナイト安定性を高め、そのような鋼の降伏強さを改善する。
- リン：低合金鋼の被削性を改善するために、リンには硫黄が添加されることが多い。 また、強度を高め、耐食性を向上させます。
- セレン ：被削性を向上させます。
- シリコン （0.2-2.0％）：このメタロイドは、強度、弾性、耐酸性を向上させ、より大きな粒子サイズをもたらし、それによってより高い透磁率をもたらす。 シリコンは、鋼の製造において脱酸素剤に使用されるので、ほぼすべてのグレードの鋼でほぼ一定の割合で存在する。
- 硫黄 （0.08~0.15％）：少量添加すると、硫黄は熱間短絡を生じることなく被削性を改善する。 マンガンの添加により、マンガン硫化物が硫化鉄よりも高い融点を有するという事実により、高温短絡がさらに低減される。
- チタン ：オーステナイトの粒度を制限しながら強度と耐食性を向上させます。 0.25〜0.60％のチタン含有量では、炭素はチタンと結合し、クロムが粒界に残り、酸化に抵抗することを可能にする。
- タングステン ：特に高温で硬度を高めるために、安定した炭化物を生成し、粒度を微細化します。
- バナジウム （0.15％）：チタンとニオブのように、バナジウムは高温で強度を高める安定した炭化物を生成することができます。 微細な結晶構造を促進することにより、延性を保持することができる。
- ジルコニウム （0.1％）：強度を高め、粒度を制限する。 強度は、非常に低い温度（凍結より低い）で顕著に増加することができる。 約0.1％までのジルコニウムを含むスチールは、より小さな粒度を有し、破砕に抵抗する。
ソース： SubsTech。 物質と技術。 鋼の特性に及ぼす合金元素の影響 （www.substech.com）チェイス合金。 鋼中の合金元素の影響 （www.chasealloys.co.uk）
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