平炉法

鋼をつくる方法の一つに平炉法があります。
平炉法は現在もよく使われている方法で、イギリスのジーメンスが考えだしたものです。

平炉は、平らな丈の低い炉で、左の図のような構造をもった反射炉です。
この中で、銑鉄・酸化鉄・くず鉄などを原料として重油やコークス炉ガスなどを燃焼させて熱します。

この燃焼ガスは、廃ガスによって、あらかじめ熱せられるようになっているので、炉内の温度を1700℃ぐらいにあげることができます。

原料中の不純物は、ガスの炎で熱せられ、酸化されて取り除かれます。
このようにして、原料は精練されて鋼になります。

平炉法でできた鋼の成分と、原料銑鉄の以分の違いは、表のようになります。

転炉法

転炉法は、イギリスのべッセマーが発明したものです。
これはべッセマー法ともいわれ炉の底の穴から、酸素や空気をふきあげる方法です。

しかし、現在、日本においては、LD転炉という炉を使う方法がもっともよく使われています。

これは、耐火性の物質で内張りした炉の中央に管を入れ、この管から酸素を吹き込んで洗練します。
炉は中央を軸にして回転できます。

原料としては、溶鉱炉からとりだされたばかりの銑鉄が、おもに使われます。
銑鉄は溶けたまま転炉の中に入れられ、上から純粋な酸素がおくられます。

すると、銑鉄にふくまれていたマンガンやケイ素などは少量の鉄とともに酸化して燃えはじめ、つぎに炭素が燃えます。

これらが燃える熱によって、炉の中の温度は下がらず銑鉄は溶けたままでいます。
そのため、不純物の燃焼はそのまま続きます。

つまり、転炉では不純物を燃料として利用するわけで、ほかの燃料を必要としません。



こうして、銑鉄中の炭素がほとんど取り除かれてしまったとき炉の上から、フェロマンガンをくわえ、さらに空気をおくります。

フェロマンガンというのはマンガンや炭素を多くふくむ鉄でこれをくわえるのは、2つの目的があります。

その1つは、炭素がほとんど燃焼してなくなってしまっているので適当な炭素分をくわえて、鋼を良質だものにするためです。

もう1つの目的は空気を通したことによって不純物だけでなく鉄分も多少酸化されているので、これにマンガンを作用させ鉄を還元して回収するためです。

こうしてできた鋼は、良質なもので、適当な型にいれて固めます。

電気炉法

特殊鋼をつくったり、さらに良質な鋼をつくる方法に、電気炉法とよばれるものがあります。

電気炉は、ほかの炉にくらべて、とくに高温（2500～2700℃ぐらい）をだせるうえ温度調節がかんたんにできます。

そのほか、できた鋼の不純物が非常に少ないとか操作がわりあいにかんたんである、などの利点があります。

電気炉は、鋼の製造のほか、合金の製造にも使われています。

鋼

鉄のうち、炭素をふくむ量が純鉄より多く銑鉄より少ないものを鋼、または鋼鉄・鋼などといいます。


鋼の炭素をふくむ量は0.035～1.7パーセントぐらいですが0.1パーセント以上のものがふつうです。

鋼はまた炭素のほかにも、マンガン・ケイ素・イオンーリンなどの不純物をごく少量ですがふくんでいます。

鋼はむかしから軟鋼を本炭中で赤く熱して鉄の中に炭素をとり入れる方法でつくられていました。

いまでは、平炉法・転炉法などで銑鉄からつくられています。

平炉や転炉で結締した鋼より鋳型にいこまれて鎖塊となります。
鋼塊は均熱炉が均等な温度で熱せられて、分塊工場で圧延されます。

そのほか鋼には弾性があり、非常にねばり強いので叩き鍛えていろいろな形にすることができます。

鋼の熱処理

鋼を適当に熱したり冷やしたちするとまえとは違った性質になります。
この作業を熱処理といいますが、鋼の熱処理には焼き入れ・焼きもどし・焼きなましの三種類があります。

焼き入れ

鋼は、純鉄にくらべるとはるかに硬いのですが鋼を800℃以上に熱してから、水や油の中につけて急に冷やすと、さらに硬くなります。

鋼を高温に熱して、急に冷やすとことを焼き入れといいます。
焼き入れした鋼は、硬くなるだけでなく、もろくなります。

焼きき入れをした鋼に、冷やし方などの条件によって硬さが違ってきますが、同じ条件の場合は、炭素の量が多いほど硬くなります。

焼きもどし

焼き入れをした鋼は非常に硬いのですが、たいヘんもろいという欠点があります。
しかし、焼き入れした鋼を、ふたたび150～300℃ぐらいに熱して徐々に冷やすと、硬さは少し減りますが秘奥にねばり強くなります。

このように、いちど焼き入れした鋼を、もういちど熱してゆっくり冷やすことを、焼きもどしといいます。

ふつう、焼きもどしした鋼は、酸化されやすくしたがって、腐りやすくなっています。

また、500～600℃ぐらいで焼きもどしをした鋼は硬さはいっそう減りますが、さらにねばり強くなります。

焼きもどしは、このように、温度によって鋼の性質が違ってきますが同じ温度では、熱する時間の長さによっても性質が違ってきます。

ふつう、時間が長いほど、焼きもどしの効果は大きくなります。

焼きなまし

鋼を、900℃ぐらいに熱して、空気中でゆっくり冷やすと硬さは非常に減りますが
たいヘんねばり強くなり折り曲げることもできるようになります。

このように、鋼を高い温度に熱して、ゆっくり冷やすことを、焼きなましといいます。

鋼に焼き入れ・焼き戻し・焼きなましなどの適当な熱処理をくわえるといろいろな性質をもつようになります。

このように、熱処理によって性質がかわるのが鋼の特長です。
つまり、目的に応じた鋼が、熱処理によってつくれるので鉄材の中でも鋼の用途は非常に広く工業用の鉄材の大部分は鋼です。

また私たちの周りにある鉄の90パーセントは、鋼であるといってもかまいません。

永久磁石

鉄は、磁石の作用をうけると、磁石になります。このとき鉄が軟鉄だと磁石になるのは、ほかの磁石の作用を受けている間だけですが鋼だとほかの磁石を取り除いても、磁石の性質はなくなりません。

鋼には、このように、永久磁石になる性質があります。

特殊鋼

ふつうの鋼は、0.1～1.7パーセントぐらいの炭素とごく少量の不純物をふくんだもので、炭素と鉄の合金といえます。

この鋼に、さらにケイ素・マンガン・ニッケル・コバルト・クロム・タングステン・モリブデン・バナジウムなどの元素をくわえたものを、特殊鋼といいます。

新しくくわえる元素の種類は、鋼の使用目的によって違いそれによって、ねばり強いもの・すり減りにくいもの・熱に強いものさびにくいものなど、いろいろあります。

この特殊鋼にたいして、ふつうの鋼を炭素鋼といいます。