炭素鋼とステンレス鋼：特性の違いを学ぶ？

鉄鋼とは、金属合金の総称であり、用途や使用範囲が広い汎用金属の一種である。鋼の種類は数多くあるが、ほとんどの鋼は炭素鋼とステンレス鋼の2種類に分けられる。炭素鋼はクロムの含有量が10.5%未満の場合が多いが、ステンレス鋼とするには最低10.5%のクロムが必要である。炭素鋼とステンレスの特徴、錆の対処法、炭素鋼とステンレスの使い分け、よくある質問にお答えします：炭素鋼とステンレス鋼はどちらが良いのですか？

ステンレス・スチールとは？

ステンレス鋼とは、クロムやニッケルなどの合金元素の添加によって定義される鋼の一種で、通常10.5%以上のクロム含有量を持つ。酸化を防ぐように設計されているため、"無酸素鋼 "と呼ばれることもある。鉄は酸素に触れると酸化して錆びるが、クロムは酸素に触れても錆びない。そのため、ステンレス鋼にはクロムの保護層が施され、環境中の酸素と鉄の間にバリアを作る。これが腐食や錆に耐え、「ステンレス鋼」となるのである。

ステンレス鋼の種類

ステンレス鋼のクロム含有量が異なると、その特性も異なる。一般的に、クロム含有量が少ないほど安価だが耐久性に劣る。また 各種ステンレス鋼:

• オーステナイト系： 最も広く使用されているステンレス鋼で、降伏強度は低いが、耐食性と耐熱性が強く、家庭用品、工業用配管や容器、建築、建築ファサードなどによく使用されている。
• フェライト:一般に非ニッケル鋼で、一般鋼よりも耐食性、耐熱性、耐割れ性に優れている。洗濯機、ボイラー、屋内建築物などによく使用される。
• マルテンサイト： クロムの含有量が少ないため、他のステンレス鋼よりも磁性が強く、耐食性に劣る傾向がある。
• 二相鋼： オーステナイト鋼とフェライト鋼の複合鋼で、強度と柔軟性を持ち、降伏強度はオーステナイト系ステンレス鋼の2倍で、製紙、パルプ、造船、石油化学産業で使用されている。

炭素鋼とは？

一方、炭素鋼はクロム、炭素、鉄合金の濃度がかなり低く、他の材料はほとんど存在しない。そのため、「低合金」鋼と呼ばれることもある。ステンレス鋼も炭素鋼もこのような基本組成を持つが 炭素鋼は炭素含有量によって定義される。炭素含有量は通常約0.1～2.5%である、 が、しばしば変動する。ステンレス鋼と違って錆びやすいが、炭素鋼は安価であることが多く、炭素含有量によって機械的性質が異なる。低炭素鋼は弱く柔らかいが CNC加工 高炭素鋼は強度が高いが、加工はかなり難しい。

炭素鋼の種類

炭素鋼合金を定義する要素は炭素含有量であり、様々な種類の炭素鋼がこのように分類される。

• 低炭素鋼： 炭素含有量が0.25%未満の最も広く使用されている炭素鋼です。通常、比較的弱く柔らかいが、溶接が容易で延性があるため、機械加工や溶接に安価に使用されることが多い。
• 中炭素鋼： 炭素含有量が0.25～0.6%で、マンガン含有量が0.6～1.65%である。 SK5鋼.熱処理によって改善することができるが、合金元素を加えない限り、非常に薄い部分にしか行えない。
• 高炭素鋼： 炭素含有量0.6%以上。最も硬く、最も強靭な炭素鋼で、延性は最も低く、耐摩耗性に優れ、焼入れ、焼戻しを行うことが最も多い。

炭素鋼とステンレス鋼の特性比較

炭素鋼とステンレス鋼の特性を比較する場合、それぞれの鋼種がベストであることを確認することが重要である。

表1. 炭素鋼とステンレス鋼の特性の概要

プロパティ	炭素鋼	ステンレス鋼
引張強度	400-1200 MPa	500-1000MPa
降伏強度	250-1000 MPa	200-800 MPa
伸び	10-30%	20-60%
密度	~7.85 g/cm³	~8.0 g/cm³
硬度	120-400 HB	150-400 HB
熱伝導率	40-50 W/m-K	15-30 W/m-K
融点	1410 °C~ 1540 °C	1375°C ~ 1530°C
加工性	グッド	中程度
溶接性	グッド	中程度
マグネティック	マグネティック	変動あり (オーステナイト系非磁性または弱磁性；フェライト系/マルテンサイト系磁性)

構成

すべての鋼は鉄と炭素を含む。合金の中には、さらに元素を加えて独特の性質を持たせたものもある。ステンレス鋼は主にクロム、ニッケル、モリブデンからできている。少なくとも10.5%のクロムを含む。

表2. ステンレス鋼の組成

鉄	クロム	ニッケル	カーボン	マンガン	シリコン
バランス	10.5%-30%	8-10.5%	0.03-0.08%	1-2%	0.5-1%

一方、炭素鋼は鉄と炭素の組成である。炭素含有量は鋼の種類によって異なり、低炭素鋼や軟鋼の0.05%から超高炭素鋼の2.5%まである。

表3. 炭素鋼の組成

鉄	カーボン	マンガン	シリコン
バランス	0.1~2.5%	0.3~1.0%	0.1~0.2%

コスト

鋼鉄のコストは、購入する鋼鉄の形状によって異なります。他の要因の中でも、鋼の組成は鋼に支払われる価格に影響を与える可能性のある側面の一部です。他のすべての要因が一定であれば、ステンレス鋼のコストは軟鋼や中炭素鋼よりも高くなります。しかし、超高炭素鋼はステンレス鋼と同じか、場合によってはステンレス鋼よりも高いかもしれません。鋼材の価格を決定する最善の方法は、用途に必要な性能要素を評価し、最適な選択とその価格を調査することである。

ステンレス鋼のポンドあたりの具体的な価格

• 304ステンレス鋼: $1.45
• 316ステンレス鋼: $1.81
• 430ステンレス鋼: $0.82

炭素鋼1ポンド当たりの具体的な価格

• 低炭素鋼（A36、CS 30など）： $0.50-$0.75
• 中/高炭素鋼（例：グレード50、70、100）：$0.60-$0.90

耐食性

ステンレス鋼の名前と名声は、その耐食性に由来する。腐食に強い素材である。ステンレス鋼は、金属に合金化されたクロムから腐食からの保護を得る。クロムが酸素と反応するとき、それは腐食から鋼を保護するためにクロム酸化物の層を形成する。

炭素鋼には腐食を防ぐ能力はない。炭素鋼には多くの利点があるが、耐食性はそのひとつではない。したがって、海洋環境での炭素鋼の使用は推奨されない。

引張強さと降伏強さ

鋼鉄は高い引張強度と降伏強度を持ち、力で引っ張られても折れたり変形したりしにくい。このユニークな特性は、商業ビルや橋のようなインフラに最適である。炭素鋼は降伏強度は比較的高いが、引張強度は低い。ほぼ破断点まで形状を維持するが、それを超えると自然に破断する。

一方、ステンレス鋼は炭素含有量が少なく、炭素鋼よりも軟らかく、降伏強度が低いため曲げやへこみに弱い。

機械加工と溶接

機械加工と溶接は、鉄から構造物を作る上で重要な役割を果たす。加工しやすい金属を見極めることが重要です。ステンレス鋼は加工が難しい金属として知られており、特殊な加工工具や加工技術を必要とする。しかし、ステンレス鋼の加工も不可能ではないが、この場合は炭素鋼の方が有利である。

外観

様々なプロジェクトに適した素材を選ぶ際、外観は重要な要素である。炭素鋼もステンレス鋼も仕上げが良い。炭素鋼は滑らかで洗練された外観を持ち、様々な環境に対応できるため、複数のコーティングや仕上げによって様々な美的オプションを幅広く調整することができます。一方、ステンレススチールは光沢と輝きで知られ、2つの選択肢の中ではより優れています。

熱抵抗

カーボンも高温に耐えられるが、ステンレスは耐熱性に優れている。ステンレス鋼は華氏1000度まで耐えることができる。

カーボン・スチールとステンレス・スチール、どちらがいい？

では、炭素鋼とステンレス鋼ではどちらが良いのでしょうか？それはあなたが何を必要としているかによります。ここでは、炭素鋼とステンレス鋼の利点を説明します。

ステンレス鋼の主な利点は以下の通りである：

• 耐食性： 製造工程でステンレス鋼にクロムが添加されると、空気中の酸素と結合して金属上に薄い保護膜を作り、炭素鋼対ステンレス鋼の錆やその他の腐食から保護する。
• 耐熱性： ステンレス鋼の中には、スケーリングに強く、超高温環境にも耐えられるものがある。ある種のステンレス鋼は、極端な低温に長時間耐えることができる。
• 長寿命:ステンレス鋼は耐食性、耐熱性に優れ、湿気や腐食性物質にさらされるような長期的な用途に最適です。
• 衛生的である： ステンレススチールは、その化学構造により、バクテリアやその他の病原体を自然に拒絶します。また、基本的な水拭きと万能クリーナーで簡単に洗うことができます。

炭素鋼の主な利点は以下の通りである：

• 耐久性がある： 炭素鋼は強靭で耐久性があり、高い応力や衝撃荷重に耐えることができる。機械部品や建築物の建設によく使用される。
• 手頃な価格だ： 炭素鋼は他の鋼種に比べて製造・購入コストが安い。
• リサイクル可能： 炭素鋼は100%リサイクル可能で、品質と強度を損なうことなく何度でも使用できる。
• 汎用性:炭素鋼は、安価で耐久性のある材料を必要とするほとんどの用途に使用できる。溶接、機械加工、成形により様々な形状を作り出すことができる。

炭素鋼とステンレス鋼の比較

正しい鋼材の選択は、何を作るかによって異なります。ここでは、炭素鋼とステンレス鋼の使い分けについて見てみよう。

ステンレス鋼の用途

ステンレス鋼は、そのユニークな特性と耐食性を必要とする用途に主に使用されています。この合金は、コイル、シート、プレート、バー、ワイヤー、チューブに粉砕されます。以下は、一般的なステンレス鋼の用途の例です：

• 食品加工機器： ステンレス・スチール、または 食品用ステンレス鋼耐食性と衛生的な特性により、食品産業で広く使用されている。それは、ミキサーや貯蔵タンクなどの食品加工機器に使用されることが多い。
• 医療機器： ステンレス鋼は、滅菌性、耐食性、生体適合性に優れているため、医療機器の構造によく使用される。
• 自動車部品： ステンレス鋼は、排気装置やトリムを含む様々な自動車部品の製造に使用されている。
• 建設： 過酷な環境条件にも耐えるその能力は、長寿命と信頼性を保証します。ステンレス鋼は、手すり、ドア、窓枠を含む建物やその他の構造物を構築するために使用されます。
• 航空宇宙と防衛 ステンレス鋼は、その強度と耐久性から、航空機やその他の防衛関連機器の製造に使用されている。
• 化学処理： ステンレス鋼は様々な化学薬品に耐性があり、化学処理に適している。

炭素鋼の用途

炭素鋼は、耐久性が他の鋼種よりも安価で、耐食性が要求されない場合によく使用される。多くの場合、炭素鋼は大量に製造または加工される。以下は炭素鋼の一般的な用途である：

• 建設： 炭素鋼は、強度、耐久性、汎用性に優れているため、建物や橋などの構造物によく使用される。
• 自動車： 炭素鋼は、ナット、ボルト、ファスナーなど様々な自動車部品の製造に使用される。
• 産業機器:炭素鋼は、ボイラー、タンク、圧力容器など様々な産業機器に使用されている。
• 機械部品： 炭素鋼は、その強度と耐久性から、ギア、ベアリング、スプリングなどの機械部品によく使用される。
• 切削工具： 炭素鋼は鋭利な刃先を保つことができるため、ナイフやのこぎりなどの切削工具に使用される。
• ディフェンス:炭素鋼は、その強度と耐久性から、防具や武器など様々な防衛関連機器の製造に使用されている。

どのスチールを使うべきか？

ステンレス鋼は耐食性に優れ、湿気や腐食環境にさらされる様々な用途に適している。一方、炭素鋼とステンレス鋼はどちらが優れているのでしょうか。炭素鋼は炭素含有量が比較的多いため、強度と硬度が高く、大きな応力や衝撃を必要とする様々な用途に適しています。炭素鋼とステンレス鋼のどちらを使用するかは、プロジェクト固有の要件や材料特性、耐食性、耐熱性、コストなどの要因によって異なります。

表4. 炭素鋼とステンレス鋼の特徴

特徴	ステンレス鋼	炭素鋼
耐食性	高い耐食性と耐錆性	耐腐食性、耐錆性がない
耐熱温度	極端な高温や低温に長期間耐えることができる	高温にも低温にも耐えるが、長時間さらされるとステンレス鋼ほどの性能は発揮できない。
溶接性	溶接は可能だが、融点が高いためより複雑となる。	融点が低いため、溶接しやすい金属のひとつである。
寿命	平均寿命は 約20年	平均寿命は約20年
リサイクル可能	100%リサイクル可能	100%リサイクル可能
衛生的	細菌やその他の病原体を排除し、洗浄が容易	無毒で衛生的だが、洗浄とメンテナンスを行わないと腐食しやすい。
コスト	より高価	参考

結論

炭素鋼とステンレス鋼の違いを理解することで、プロジェクトで賢い選択をすることができる。炭素鋼は頑丈で手頃な価格ですが、錆から保護する必要があります。 錆びにくいステンレススチール見た目も美しく、水に濡れた過酷な場所でも長持ちする。炭素鋼とステンレス鋼の特徴を比較し、炭素鋼とステンレス鋼の錆について学び、炭素鋼とステンレス鋼の用途を知ることで、構造物を作るとき、道具を作るとき、キッチン用品を選ぶときに、より良い判断ができるようになります。

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