鋼の化学組成の作用

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。炭素含有量が高いほど、鋼の強度は高まり、冷間塑性は低下します。炭素含有量が0.1%増加するごとに、降伏強度は約27.4MPa、引張強度は約58.8MPa増加し、伸びは約4.3%減少することが証明されています。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）。マンガンは鋼の製錬工程で酸化鉄と反応し、主に鋼の脱酸に使用されます。マンガンは鋼中の硫化鉄と反応し、硫黄が鋼に及ぼす有害な影響を軽減します。生成された硫化マンガンは、鋼の切削性能を向上させることができます。マンガンは鋼の引張強度と降伏強度を向上させ、冷間塑性変形に不利な冷間塑性変形を減少させます。しかし、マンガンは変形力に悪影響を及ぼします。その影響は炭素の約1/4に過ぎません。したがって、特別な要件を除き、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、鋼の製錬工程で残留する脱酸剤です。鋼中のシリコン含有量が0.1％増加すると、引張強度は約13.7Mpa増加します。シリコン含有量が0.17％を超え、炭素含有量が高い場合、鋼の冷間塑性変形の低下に大きな影響を与えます。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性質、特に弾性限に有益であり、鋼の耐侵食性も向上させます。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。高シリコン鋼は焼鈍しても軟化せず、鋼の冷間塑性変形特性が低下します。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低減する必要があります。

4. 硫黄（S）。硫黄は有害な不純物です。鋼鉄中の硫黄は金属の結晶粒子を分離させ、ひび割れの原因となります。また、硫黄の存在は鋼鉄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%未満に抑える必要があります。高品質の鋼鉄では0.04%未満に抑える必要があります。

5. リン（P）。リンは強い加工硬化作用を有し、鋼中での偏析が激しいため、鋼の冷間脆性を高め、酸浸食に対して脆弱になります。また、鋼中のリンは冷間塑性変形能力を低下させ、絞り加工時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%以下に制御する必要があります。

6. その他の合金元素。炭素鋼には、クロム、モリブデン、ニッケルなどの不純物元素が含まれていますが、炭素に比べて鋼への影響ははるかに少なく、含有量も極めて微量です。