鋼材の種類と分類、材質の違いを解説　酸化被膜の正体とは？　表面処理とブラスト処理とは？

レベル１　一般構造用圧延鋼材いっぱんこうぞうようあつえんこうざい

まずは、下記の図解からやな

まずは、SS400から解説するで〜

一般的に最も使われている鋼材こうざいで、流通量が多く、入手しやすいとされてるんや！

俺たちが使う鋼材こうざいのほとんどが、このSS400やな、だから、一般構造いっぱんこうぞうと言うんや！

圧延鋼材あつえんこうざいとは、上下のロールで伸ばしていくんやったな！　下記の図解を参考にしてや〜

https://jp.meviy.misumi-ec.com/info/ja/archives/30701/

形鋼（鉄板　L型鋼　H型鋼　丸鋼　角鋼　鋼管）は、ほとんどが、SS400で、加工方法は、

圧延加工で、製造されてるんや

熱間圧延加工ねつかんあつえんかこうと冷間圧延加工れいかんあつえんかこうがあるんやけど、

違いは、熱間圧延ねつかんあつえんは、900度から1200度に、銑鉄せんてつ（ワーク）に熱を加えてから加工（伸ばす）するが、

冷間圧延は、常温の状態で、加工するんや

熱間圧延加工ねつかんあつえんかこうの表面は、加熱してからの加工やからな、表面が熱により酸化してしまうんや！

だからな〜　熱間圧延鋼材ねつかんあつえんこうざいは、必ず、表面に酸化被膜さんかひまくができるんや

酸化被膜さんかひまくとは、鋼材こうざいの表面にうっすらとした膜まくで、その黒い膜まくを、黒皮くろかわと言われるんやで〜

圧延加工あつえんかこうに関しては、鉄の製造プロセスの記事に詳しく解説しているので、参考にして下さい。

話を戻すで〜

特徴は、炭素含有量たんそがんゆうりょうの規定値はなく、リンと硫黄いおうの規定値があるんや

SS材には、SS330、SS400、SS430、SS490、SS540があるんやけどな〜

それぞれ、引張強度ひっぱりきょうどの下限値かげんちが名称めいしょうに入れられてるんや！

図解は、SS400やから、引張強度の下限値は、400N（Nニュートン）と記載されてるんや！

同じ、SS400でも、板厚いたあつによって、降伏点こうふくてんが違ってくるのが違いやな

詳細は、下記やな（各板厚に対しての降伏点）

重要な点は、成分で、SS材は、炭素の規定値がなく、リンや硫黄の規定値も若干甘めやな！

規定値が低い理由は、製造しやすいというメリットがあるんやな〜

炭素鋼たんそこうの中でも低炭素鋼ていたんそこう（0.3％以下）と高炭素鋼こうたんそこう（0.3〜２.１％）に、

炭素含有量たんそがんゆうりょうで、分けることができるんやけどな〜

SS400は、低炭素鋼ていたんそこう＝軟鋼なんこうと言われるんや

だから、焼入れ性は、悪く、溶接性も保証されてるわけではないんやな〜

炭素鋼たんそこうの焼入れ性は、下記の記事をして下さい。

溶接性は、炭素含有量たんそがんゆうりょうが規定されていない為、保証されていないので、

厚板あついたのSS400を重要な機械フレームに使う場合は、溶接構造用鋼材ようせつこうぞうようこうざいを使う方がいいんやな！

溶接構造物ようせつこうぞうぶつは、割れとの戦いなんや〜

熱処理ねつしょりでも熱歪ねつひずみみと、焼き割れとの戦闘が起こっとるんやけどな〜

溶接割ようせつわれれに強い材質の研究の結果が、SM材なんやな！　次に解説するで〜

レベル２　溶接構造用圧延鋼材ようせつこうぞうようあつえんこうざい

船舶せんぱくは、溶接構造物ようせつこうぞうぶつの塊かたまりみたいなもんやろ〜　

だからな！　造船ぞうせんには、SM材が使われるんや！

現在では、造船ぞうせんだけでなく、産業用機械やいろんなプラント建設にもSM材が使われてるんやで〜

第二次世界大戦の戦争時代、戦艦大和の時代や〜　その時の戦艦は、溶接構造物ようせつこうぞうぶつではなく、

リベット構造やったんやで〜　どんな構造と言うとやな〜

http://blog.livedoor.jp/kouteisukedzf/archives/50664311.html

戦艦の上にいるのが、かしめ工の二人や！　戦艦のフレームは、鉄板てっぱんと鉄板てっぱんをかしめて固定してるんや

重ね合わせて固定する方法と、鉄板同士を突合せて、他の鉄板を重ねて固定する方法の組み合わせで、

戦艦は、建造されていたんやな〜

上の写真みたいに、ピンを加熱して、鉄板てっぱんの穴を通して、先端せんたんをハンマーで潰つぶして固定してるんや

もう必死のパッチで、大ハンマー振って打ち込んでいくんやな〜

このリベット式のデメリットは、鉄板を重ねる構造になるので、構造物の重量が重くなることや！

メリットは、溶接をしないので、割れの発生がないことやな

戦後の造船ぞうせんでは、溶接用の鋼材こうざいが開発されたことと、溶接材料の開発が進んだことで、

現在の造船ぞうせんでは、溶接構造ようせつこうぞうが採用され、SM材が使われてるんや

SM材が、溶接構造ようせつこうぞうに強い特徴は、炭素の含有量がんゆうりょうが厳きびしく規定きていしてあるのと、

リンと硫黄いおうも規定きていされてることや、リンと硫黄いおうの含有量が多いと強い鉄にならないんやで〜

炭素含有量が多いと、熱影響ねつえいきょうを受けまくるので、割れの発生リスクがマックスになるんやったな！

SM材の種類は、11種類あるんや

400の記載は、引張強度で、Aとは、A種と言われて、耐候性たいこうせいに強い材料という意味や

耐候性たいこうせいとは、熱や紫外線しがいせん、雨水などに抵抗ていこうできるように設計されてるんや

BとCの意味は、B種とC種と呼ばれれ、耐衝撃たいしょうげきに強いとされているんや

SM材には、シャルピーの衝撃値しょうげきちの規定があるんや！　B種より、C種の方が強いという意味やで〜

シャルピーの衝撃値しょうげきちに関しては、下記の記事を参考にして下さい。

あと、SN材もあるんやけどな〜　これは、建設構造用圧延鋼材けんせつこうぞうようあつえんこうざいや

日本では、昔から地震が多くてな、1970年〜80年代には、地震で橋の梁はりや建設構造物けんせつこうぞうぶつが崩壊ほうかいしたりと

ここでも、溶接構造物ようせつこうぞうぶつの溶接割れの問題との格闘があったんやな〜

だから、SN材は、SS材やSM材より、引張負荷ひっぱりふかが原因の溶接部の脆性破壊ぜいせいはかいが起こりにくい特徴があり、

高い耐震性たいしんせいを持っているのが特徴なんやで〜

要は、地震に負けない溶接強度を持てるようにしとんやな〜

やはり、SN材も炭素含有量の規定値とリンと硫黄いおうの厳しい規定値きていちがあるんや

レベル３　冷間圧延鋼板れいかんあつえんこうはん

炭素鋼の最後は、冷間圧延鋼板れいかんあつえんこうはんや、図解は、下記やで〜

冷間圧延鋼板れいかんあつえんこうはんは、SS400に比べて、炭素含有量たんそがんゆうりょうが少ないので、硬度こうども低いし

引張強度ひっぱりきょうども低く設計されているんや！　それに炭素含有量が少なく、溶接性もいいんや！

強度を落としている理由は、曲げ加工やプレス加工が簡単になる＝機械加工性を上げてるんや！

用途としては、薄物の機械部品や機械のカバーなどに使われてるんや

強度の必要な部品には、同じ厚みの仕様でも、SS400が採用されることがあるんや

要は、薄うすいし、弱いので、簡単に曲げて、切り落として、加工できるんや

冷間圧延鋼板れいかんあつえんこうざいは、常温で圧延加工あつえんかこうするので、酸化被膜さんかひまくがなく、光沢がある綺麗な表面を

してるんやで〜　　　

SPHC材もあってな、熱間圧延鋼材ねつかんあつえんこうざいのことやで〜　H＝熱間　C＝冷間の意味やな

熱間圧延鋼板ねつかんあつえんこうはんは、酸化被膜さんかひまくができてしますので、表面は、黒皮くろかわがあり、光沢がないんや

冷間圧延鋼板（SPCC)と熱間圧延鋼板（SPHC）を比較して、まとめると、下記になるんや

熱間圧延は、900度以上に加熱するので、加工は易しいが、熱膨張ねつぼうちょうするので、寸法精度すんぽうせいどが落ちるし

表面に酸化被膜さんかひまくができてしまうんや

冷間圧延れいかんあつえんは、加熱しないので、加工＝引き伸ばすのが困難 なんや！

その代わりに寸法精度すんぽうせいどが良いのと、表面に光沢があるんや！

デメリットは、加工に時間を必要として、引き伸ばす加工の頻度ひんどや力も多く必要とするんや

ゆっくる伸ばさないと伸びないので、何度も何度も少しずつ引き伸ばしていくので、

加工硬化かこうこうかしてしまい、脆もろくなるんや！

加工硬化かこうこうかとは、加工途中かこうとちゅうで硬化こうかしてしまうことや、硬かたくなるっちゅうことは、脆もろくなることやったな！

例えば、針金を切るときに、同じところを何度もクネクネして折り曲げると、ホキっと折れたとき

あるやろ〜！　クネクネが、加工とイコールとして、ホキっと折れるのが、

硬化こうか　→ 脆性ぜいせい（脆もろくなること）やな！

冷間圧延は、加工途中で、硬くなるので、硬くなった代わりに脆もろくなっているので、

焼きなまし（熱処理ねつしょり）をして、靭性じんせいのある強い鋼材こうざいにする必要があるんや、だから、

冷間圧延鋼材には、熱処理ねつしょり（焼きなまし）が必要になるんや

最後に、冷間圧延は、光沢がある表面なので、ミガキとも言われるんや、磨みがいてるみたいに

綺麗きれいやからな〜、熱間圧延は、黒い皮（酸化皮膜）があるので、黒皮って言われるんや

レベル４　表面処理（めっき処理）

下の缶もSPC材からできてるんやで〜

オイル缶や塗料缶、食品が入っている缶には、SPC材が採用されてるんや！

多くは、SPCC材（冷間圧延）に、表面処理ひょうめんしょりしてるんや、

SPHC材に表面処理したものもあるんやで〜

缶の内側は、キラキラした光沢があり、綺麗に見えるけどな〜

あれは、圧延あつえんで引き延ばした薄鉄板うすてっぱんに、スズをめっき処理しょりしたものなんや！

めっきとは、母材の金属の表面に、違う金属を成膜せいまくさせる技術の総称そうしょうのことや

スズは、沸点ふってんが低いので、溶とかしたスズを塗布とふすることで

昔からめっき処理が行われてたんやで〜

今では、めっき金属には、スズ、クロム、金、ニッケルがあり、

現在では、電気めっきが行われてるんやけど、電気分解を使って、めっき金属きんぞくを

母材の金属きんぞくに成膜せいまくさせているんや！

SPC材にめっき処理を行った金属きんぞくは、「ぶりき」って言われるんやけど、

ぶりきのおもちゃとか言われてる、それやな〜

今では、ぶりきの種類は、いろいろあるけど、機械ではあまり使われないので、

種類についての解説はここまでとしとくで〜　めっき処理は、ボルトの表面処理に使われているので、

レベル上げてから、また解説にするで〜

めっき処理の目的をまとめると、こんな感じや

次に、黒皮の酸化被膜がある鋼材の表面処理について解説するで〜

レベル５　ブラスト処理

酸化被膜さんかひまく（黒皮）の正体は、鉄が酸化さんかしているので、錆さびの一種なんや

母材の表面を覆おおっているので、酸化さんかや腐食ふしょくの予防になってはいるが、酸化被膜さんかひまくは、剥はがれやすかったり、

被膜内部ひまくないぶには、小さな穴が開いてるんやで〜なので、やはり、母材も錆さびていくんや

酸化被膜さんかひまくは、塗装とそうや溶接するときは、邪魔な存在でもあるんや〜

酸化被膜の上から塗装とそうするとやな〜

酸化被膜さんかひまくと一緒に、せっかく塗ぬった塗装とそうが剥はがれてしまうんや

まあ、すぐ剥はがれるんやなくて、長持ちしなくなるっちゅう程度やけどな〜

なので、表面処理が必要になるんやで〜

イメージは、下記の図解やな〜

それが、ブラスト処理や！　イメージは、上記図解の下の部分やで〜

ブラストの設備概要は、こんなイメージや

https://saitama-yuuwa.com/blasting/

サンドブラストもあるんやけど、同じブラスト処理の１つや

要は、加工物に、ぶつける物（投射剤）によって呼び名が違うだけやで〜

処理前と処理後の画像を見てみると、下記の写真やで

https://kamiita.co.jp/facility/formar1.html

ブラスト処理の目的は、酸化皮膜さんかひまくの除去じょきょと清掃、母材の表面を荒あらすことにあるんや！

要は、品物の表面を凸凹でこぼこに、なるべく均一きんいつに凸凹でこぼこにすることで、塗装とそうのりがよくなるんや

塗装とそうのりが良くなることで、長持ちするんや、化粧けしょうの下塗したぬり＝下地処理したじしょりと一緒やな〜

皮脂ひしや油あぶら、汚よごれを除去じょきょすることで、化粧けしょうのりも良くなるっちゅうことや！

手動で行う場合と自動設備じどうせつびがあるんや

図解では、下記のイメージやで〜

手動は、品物に水で放水するような感じで、水の代わりに、ショット剤（投射剤）を、吹き付ける

ことで、品物の表面の錆さびや汚よごれ、酸化被膜さんかひまくを除去じょきょするんや！

自動設備は、ロールコンベヤ上で、吹ふきつけたり、ハンガーに吊り下げて行ったり、

回転テーブル上で、吹き付ける場合があるんや

満遍まんべんなく、均一きんいつに吹ふき付けたいけどな〜、難むずかしい場合があるんや

複雑ふくざつな形状やったりすると、細かい窪くぼみや、奥ばった形状では、ショットが届とどき難にくい場合が

あるんや〜、その時は、酸洗さんあらいが必要になるんや！

酸洗さんあらいとは、酸さんの入ったプールに品物をつけることで、化学反応によって、酸化皮膜さんかひまくを除去じょきょする方法や

ショットブラストが物理的な除去方法じょきょほうほうなら、酸洗さんあらいは、化学的な除去方法じょきょほうほうと言えるわな〜

溶接の場合では、酸化被膜さんかひまくは、やはり邪魔者になるんや

酸化被膜さんかひまくは、錆さびの一種と説明したけど、普通の錆さびを赤錆あかさびとするなら、酸化被膜さんかひまくは、黒錆くろさびって言われるんや

錆さびている鋼材こうざいに、溶接するとやな〜、正常なビードが形成けいせいできずに、弱い溶接になってまうねん！

溶接ビードの中に、不純物ふじゅんぶつ（錆さび）入ってしまうので、弱い溶接になってしまうんや

溶接の種類によっては、必ず除去じょきょしなければいけない場合もあるくらいやけど、

詳しい話は、溶接の解説の後にするで〜、楽しみにしといてや〜