ベストアンサー
古い冶金エンジニアおよび製鋼業者は次のように述べています：
鋼は化合物ではありません、それを構成する要素の比率を定義しています。鋼は合金であるため、さまざまな量の合金元素を含むことができます。鋼の分子のようなものがないため、鋼の「分子」式はありません。
たとえば、 AISI 6150H は、次の化学組成（合金元素の重量％）を持つ合金鋼です。
0.75 – 1.20 Cr
0.60 – 1.00 Mn
0.47 – 0.54 C
0.15 – 0.30 Si
≥0.15V
≤0.040S
≤0.035P
合金元素にはさまざまな値があることがわかります。固定比率はありません。
AISI 6150H鋼に関する追加情報：
弾性係数：200GPa
引張強度：924MPa（134,000psi）
降伏強度：800MPa（116,000psi）
硬度：ブリネル269（ロックウェルC 27）
破断点伸び19.5％
回答
これらの回答の多くは、質問の意図を解釈しようとするのではなく、式という言葉にとらわれているようです。素人として、「化学組成」と「化学式」は「構造式」を「構造組成」と解釈できるほど同一であると考えているので、鋼の複雑な構造組成を説明するために最善を尽くします。
構造的には、鉄原子の立方晶結晶構造の理想的に均質な分散であり、炭素原子がこれらの立方体の中に溶解しています。鉄結晶の立方構造は、体心立方（BCC）で、6つの頂点のそれぞれにある鉄原子の立方体の中心に鉄原子があるか、面心立方で、それぞれの頂点に鉄原子があります。立方体の6つの面。鋼が共晶点と呼ばれる十分な温度に加熱されると、フェライトと呼ばれる鉄原子のBCC構成が、炭素原子を結晶構造に溶解させる固溶体であるオーステナイトと呼ばれるFCC形態に遷移します。鋼の化学組成によっては、室温でオーステナイトのままになる場合があります。これは一部のステンレス鋼の場合であり、磁石でそのように識別できます。オーステナイト鋼は非磁性です。鋼は、共晶点まで加熱され、急速に冷却または急冷されると、炭素原子が溶解したFCCオーステナイトがフェライトとは異なる高ひずみのBCC形態に急速に変換され、炭素原子が所定の位置で凍結するという独特の特性を持っています。 。この材料はマルテンサイトと呼ばれます。マルテンサイト鋼は磁性を帯びています。鋼の化学組成と冷却速度に応じて、さまざまな量のオーステナイトが鋼に残ります。保持されたオーステナイトは、一般的にマルテンサイト鋼では低く保たれます。マルテンサイト鋼の所定の位置に固定された炭素原子の分散は、鉄原子の結晶構造内の位置からの転位を防ぎます。これがマルテンサイト鋼に高い硬度を与えるものです。これが鋼がとてもクールな理由です。温度、時間、化学組成を操作することで、たとえば棒鋼が曲がったときに何が起こるかを制御できます。永久に曲げたままにするか、少し曲げてから壊すか、元の形状に戻すように作成できます。その上、鋼の硬さを変えることができます。
鋼には、鉄-炭素合金の間に分散した炭化鉄、Fe3C、硬くて脆いセラミック材料の含有物もあります。これらの炭化物の存在は、鋼を硬化できる量の上限を改善することができますが、鋼をより脆くすることもできます。鋼には、さまざまなレベルの不純物が含まれている場合や、鋼の特定の属性を増減するために合金元素を追加することもできます。クロム、タングステン、バナジウム、モリブデン、ニオブ、ニッケル、チタン、ボロン、マンガンは、鋼の硬度、耐衝撃性、耐変形性、耐衝撃性、耐擦傷性、およびさまざまな温度での作業性を向上させるために意図的に追加された要素です。鋼の表面に析出するクロムは、酸素と接触すると酸化クロムを形成し、鋼の耐食性を向上させます。これらの元素の多くは、既知の最も硬い材料の中でも、炭化物や窒化物も形成します。炭化タングステンと窒化ホウ素は、一部の鋼に見られる非常に硬い材料の2つの良い例です。
あまり望ましくない鋼に見られる他の元素は、シリコン、硫黄、酸素、リン、窒素、水素、および銅。シリコンは鋼の機械的特性の一部を低下させますが、磁気特性も向上させます。つまり、透磁率を向上させながら、ヒステリシスとコア損失を低下させます。高ケイ素鋼を電磁石、電気モーター、および低周波変圧器とインダクターのコア材料として非常に有用にするのは、この特性です。硫黄は、焼入れ前に鋼の被削性を向上させます。リンと窒素は、鋼の耐食性を向上させるのに役立ちます。銅は延性を高めます。これは通常悪いことですが、鋼を熱間加工しやすくします。酸素は製鋼工程で不純物を追い出しますが、不純物として鋼を腐食しやすくし、焼入れ性を低下させます。水素は明らかに悪いです。鉄の結晶格子の転位を促進することにより、鋼を非常に脆くします。これにより、水素と高温が共存する場合、鋼は不適切な選択になります。
鉄中の合金元素の均一な分散が非常に求められており、初期の鋼と比較して、現代の鋼に驚くべき材料特性を与えます。鉄鋼生産。製鋼プロセスで使用されるすべての要素を溶かすことができる十分に高い温度は、それらが一緒にブレンドするのをより簡単にします。高性能鋼に使用される元素のこの均一な分散を強化するための1つの技術は、粉末冶金です。鋼は溶融され、微細な液滴として噴霧され、冷却されて粉末を形成し、それがテンプレートになり、基本的な形状に形成されます。非常に高温で特性の異なるパターン溶接鋼は、たとえば、刃先の硬度が高い切削工具の製造に役立ち、硬度は低いがひずみ、変形、および耐食性に優れた鋼で覆われています。腐食。化学プロセスを使用して、鋼の表面硬度と耐食性を向上させることもできます。追加の炭素、ホウ素、窒素などの他の元素を、これらの元素を含む酸素が少なくガスが多い雰囲気として許容する温度に鋼を加熱することで、やすり、蛇口、ダイ、ブローチなどの工具に鋼を切断する能力を与えることができます。 、またはガン部品に腐食、かじり、引っかき傷および摩耗変形に対する耐性を高めるため。
最後に、鉄-炭素合金のアモルファス結晶形態が存在します。技術的には、これはそれをガラスにします、そしてそれはこの答えの範囲を超えているいくつかの信じられないほど奇妙な特性を持っています。マジック8ボールは後でもう一度尋ねると言います。