鋼は鉄（Fe）とは違い合金であり、いわゆる「鋼の五元素」と云われるもので成り立っています。具体的には、炭素（C）、ケイ素（Si）、マンガン（Mn）、リン（P）、硫黄（S）になります。一般的には、下記の表に示す程度の量が混ざっています。
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| 炭素（C）‥‥鋼にとってなくてはならない大切な元素で、種々の元素と化合物を作り、硬さや強さ（引っ張り強さ、圧縮強さ）を増すのに代表的な元素。C1％につき引張強さを約100kgf/mm2増す能力がある。また、１．５％以上になると脆さが目立つ。 ケイ素（Si）‥‥硬さ強度を増す元素。Si1％につき引張強さを約10kgf/mm2増大する。 マンガン（Mn）‥‥ 焼き入れがしやすくなる元素で、価格が安く効き目がある。純粋なものは銀白色で、鉄より硬いが、非常にもろい。空気中で速やかに酸化し、被膜を作る。合金 材料としては高温強度、耐軟化性を増す。粘さを損なわず、強さ硬さを増す。ハイテン（高張力鋼）と呼ばれている鋼はMnが１．２～１．５％入っている鋼で す。またイオウと化合して脆性を防ぐ効果があります。 リン（P）‥‥鋼には有害な元素で、冷間脆性 、つまり寒い時に鋼を脆くさせる嫌な性質があります。集団結合（これを偏析といいます）する性質が強いので、含有量は限りなく少ないことが必要です。 イオウ（S）‥‥鋼には有害な元素で、熱間脆性、つまり、赤熱状態のとき脆くさせる性質がありますので、これまたPと同じように極力少ないことが必要です。 |
| 鋼の特殊元素 |
| 炭素鋼に特殊元素、NiやCr、Moなどが入って特殊な性質を示すようになった鋼を特殊鋼といいます。特殊元素の種類によって特製が変化しますので、いろいろな要求や用途にマッチします。 JIS では特殊鋼を、合金鋼（S-A材）、工具鋼（S-K材）、特殊用途鋼（S-U材）の、三つのグループにしています。合金鋼（Alloy steel）は構造用に使われるもので、調質（焼き入れ焼き戻し）したり浸炭肌焼きして使います。特殊鋼の中で、一番用途が広いものです。JISでは約 46鋼種が規定されています。工具鋼（Tool steel）は各種の工具に使われる鋼で、合金工具鋼（SKS、SKDなど）や高速度鋼（SKH）などが含まれます。炭素工具鋼（SK）は純粋な炭素鋼で すが、工具鋼として特殊鋼の仲間に入っています。特殊用途鋼は特殊な用途に使われる鋼で、ステンレス鋼（SUS）や耐熱鋼（SUH）、ボールベアリング鋼 （SUJ）、ばね鋼（SUP）などが含まれます。 |
| マンガン（Mn）‥‥ 上記の記述のように「鋼の5元素」に含まれるが、Mnが1.2％以上含まれているとマンガン鋼といって、合金鋼の仲間入りをします。MnはCほどではあり ませんが、強さと硬さを増し、そのかわり粘さを損なわないので便利。また焼が入り易くなるので、調質用鋼には欠かせない元素です。 クロム（Cr）‥‥高温硬さ、耐摩耗性を高め、サビにくくなる。ボールベアリング鋼（SUJ）にはCr-1％、ダイス鋼（SKD11）にはCr-13％、ステンレス鋼にはCrが13％以上入っています。Crはまた焼が入り易くなるし、浸炭を促進する有用な元素でもあります。 モリブデン（Mo）‥‥ 数ある合金元素のなかで最も尊重されている元素。MoはCr、Mn、Ni、Co、W、Vなどと一緒に使われることが多い。Moは鋼の焼入れ性、つまり硬化 層を深くする元素です。また高温に加熱されたとき、結晶粒の粗大化を防ぎ、高温引張強さを増大します。更にステンレス鋼の耐食性を向上させる能力をもって います。刃物としては、粘り強り、刃こぼれがおきにくくなる。研ぎあがりがよい。また高融点で耐酸性が強いので耐熱材料に使われる。 欠点は、Moは国産でなく、値段が高いところ。 ニッケル（Ni）‥‥Niは鋼の粘さ、つまり耐ショック性を増す有力な元素です。またNiは鋼を熱処理し易くさせるし、耐食性も向上させます。昔は合金元素のトップクラスでしたが、近年は資源的にも少なく、値段も高価格。 パナジウム（V）‥‥Vは鋼の組織を微細化し、強靭性を発揮させる効果をもっています。つまり粘り強くなり、欠けにくくなる。また非常に硬い炭化物をつくるので、鋼の耐摩耗性を向上させます。機械的強度が増すので高速度鋼の成分として用いられる。 タングステン（W）‥‥ Wは温度が上がってもなかなか軟らかくならない性質、つまり耐熱性を発揮させ、また硬くて減らない特性を付与します。強力な炭化物を作り、焼き戻し抵抗 性、強度、熱間強度を増す。Moと同様の作用があり、Mo1％とW2％が同じ効能です。工具鋼、特に高速度鋼には絶対に必要な元素で、タングステン系高速 度鋼とモリブデン系高速度鋼の二つのタイプがある。 コバルト（Co）‥‥ 鋼が赤熱されたときでも軟らかくならない性質、つまり、赤熱硬性を増す有力な元素です。粘さと強さが増し、熱にも強くなる。展性・延性があり強磁性を示 す。欠点は高価なこと。高速度鋼、また高級工具鋼や磁石鋼には不可欠の元素です。他にもガラス・陶磁器などの顔料に利用される。 銅（Cu）‥‥光沢ある赤色の金属で展性・延性に富む。あまり多く添加されると鋼が割れ易くなるが、0.4％くらいまでは空気中でさびにくい性質、つまり耐候性を発揮するようになります。 ボロン（B）‥‥ 硼素は黒灰色の金属光沢をもつ固体で代表的な半金属。ダイヤモンドに次いで硬い。微量（0.003％以下）添加しただけで、鋼の焼入れ性を増大し、焼が入 り易くなります。非常に能率的な元素。現在、合金鋼の焼入れ性を増すために必ず添加されますし、これをB（ビー）鋼といって鋼種記号にBを付記することに なっています。ホウ酸・ホウ砂などの化合物はガラス材料など用途が広い。 チタニウム（Ti）‥‥鋼の焼を入り易くし、軽くて強度があり、耐食性も強い。ほとんどすべての金属と合金をつくる。表面の硬さを増し、錆にも強くする。 |
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