鋼中の化学成分の作用

1. 炭素 (C) 。炭素は鋼の冷間塑性変形に影響を与える最も重要な化学元素です。炭素含有量が高くなると、鋼の強度は高くなりますが、冷間可塑性は低くなります。炭素含有量が 0.1% 増加するごとに、降伏強度は約 27.4Mpa 増加することが証明されています。引張強さは約58.8Mpa増加します。伸びは約4.3%減少します。したがって、鋼中の炭素含有量は鋼の冷間塑性変形性能に大きな影響を与えます。

2. マンガン (Mn)。マンガンは、主に鋼の脱酸のために、鉄鋼精錬において酸化鉄と反応します。マンガンは鋼中の硫化鉄と反応し、硫黄が鋼に及ぼす悪影響を軽減します。形成された硫化マンガンにより、鋼の切削性能が向上します。マンガンは鋼の引張強度と降伏強度を向上させ、鋼の冷間塑性変形に不利な冷間塑性を低減します。しかし、マンガンは変形力に悪影響を及ぼし、その影響はカーボンの約1/4に過ぎません。したがって、特別な要件を除いて、炭素鋼のマンガン含有量は 0.9% を超えてはなりません。

3. シリコン（Si）。シリコンは鉄鋼の精錬中の脱酸剤の残留物です。鋼中のシリコン含有量が 0.1% 増加すると、引張強さは約 13.7MPa 増加します。ケイ素含有量が0.17％を超え、炭素含有量が多いと、鋼の冷間塑性の低下に大きな影響を与える。鋼中のシリコン含有量を適切に増加させることは、鋼の総合的な機械的特性、特に弾性限界に有益であり、鋼の耐浸食性も高めることができます。しかし、鋼中のシリコン含有量が0.15％を超えると、非金属介在物が急速に形成されます。たとえ高ケイ素鋼が焼きなましされても、軟化せず、鋼の冷間塑性変形特性が低下することはありません。したがって、製品の高強度性能要件に加えて、シリコン含有量を可能な限り減らす必要があります。

4. 硫黄(S)。硫黄は有害な不純物です。鋼中の硫黄は金属の結晶粒子を互いに分離し、亀裂を引き起こします。硫黄の存在は鋼の熱間脆化や錆の原因にもなります。したがって、硫黄含有量は 0.055% 未満である必要があります。高品質鋼は 0.04% 未満である必要があります。

5. リン (P)。リンは強い加工硬化効果と鋼内での深刻な偏析を有し、これにより鋼の冷間脆性が増大し、鋼が酸浸食に対して脆弱になります。鋼中のリンも冷間塑性変形能力を低下させ、絞り加工中に製品の割れを引き起こします。鋼中のリン含有量は 0.045% 未満に制御する必要があります。

6. その他の合金元素。炭素鋼中の他の合金元素であるクロム、モリブデン、ニッケルなどは不純物として存在しており、炭素に比べて鋼への影響ははるかに小さく、その含有量も極めて微量です。