第1章

鉄鋼の基礎知識本章では、モノづくりの原点になっている鉄鋼材料の概要や生産状況、各産業領域の使用状況について述べ、機械構造用鋼・工具鋼における各論の予備知識として、金属材料の基本特性、金属の成り立ち、鉄鋼材料の製造方法、諸特性、金属組織の名称、JIS で制定されている材料記号など、金属材料の全体の概要を述べる。この知識により構造用鋼や工具鋼の理解度をより高めることができる。

1.1
鉄鋼材料とモノづくり

金属材料は誰もが身近に接している多くの製品、部品に使用され現代生活にはなくてはならない素材であり、産業や社会の発展・進歩に大きく貢献している。有史以来今日まで金属材料は常に新たな材料開発や改善・改良が繰返され、自動車、家電製品、宇宙産業、航空機、原子力、電気・電子部品、民生用などの基盤材料として使用され産業基盤を支えてきている。
金属工学（冶金学）は、金属の反応、金属物性、化学特性、材料特性（機械的・物理的特性・電気的特性など）の現象解明に基づき一般社会や産業に貢献できる実用性の高い材料を提供するための基礎現象の解明と産業製品への適用のための技術開発などを行う学問領域といえる。また、金属材料を使用して構造物製作および成形加工などの基礎技術を構築するために関わる科学技術や応用技術領域でもある。
よって、これらの学問領域なくして今日の社会生活は成り立たないほど重要な分野であり、18 世紀の産業革命から戦前戦後を通して現代まで発展してきている。
鉄を主体とした鉄鋼材料（合金）の中でも炭素鋼、構造用鋼、特殊用途用合金鋼・工具鋼などは建築、産業機械、機械部品、船舶、ロボット、コンピュータ部品、携帯部品、民生品、家庭用品など、ありとあらゆる産業領域に利用され、国民総生産（GDP）の約 1/5 程度が金属、並びに金属製品で占められており、全ての産業発展に非常に重要な素材になっている。
これらの産業基盤を支えている技術領域が素形材技術である。素形材とは、金属材料を含む基盤技術の底辺を支えている製造品や素材に熱や力が加えられ形が与えられた部品や部材をいう。素形には金属、木材、石材、窯材、ゴム、ガラス、プラスチック、ファインセラミックス、複合材料も含まれる。
これらの素材を素形材に変えるためには、各々の型を用い各種の加工方法（鋳造、鍛造、プレス、射出成形、ダイカスト、粉末冶金など）を利用するが、10第1章

鉄鋼の基礎知識できた素形材はそのままか、機械加工により精密に仕上げられ工業部品や製品になる。最近のハイテクな素形材の生産には自動化のほか、コンピュータ支援やロボットによる加工、3D 積層技術などが進歩・発展し、我が国の素形材産業は、その品質・性能・精度の高さはもとより、生産量・生産金額でも世界のトップクラスになっている 1）。
素形材はその用途によって、強さ、硬さ、延性、耐摩耗、耐腐食、耐熱、振動吸収、快削性など各種の特性が要求され、その部品への要求項目やニーズに応じた素形材の特性や加工法が選ばれる。
素形材産業分野には、鋳造品（銑鉄鋳物、鋳鉄管、可鍛鋳鉄、鋳鋼品、銅合金、アルミニウム、ダイカスト、精密鋳造品）、鍛造品（鍛鋼品、鍛工品）、金属プレス、粉末冶金がある。
また、素形材関連産業分野としては、① 金型② 金属熱処理加工③ 鋳造装置
④ 鍛圧機械 ‑ ロール⑤ 管継手⑥ バルブおよびコック⑦ 作業用工具の産業分野に分類されている。
なお、金型産業には 8 分野が規定され、プレス用金型、鍛造用金型、鋳造用金型、ダイカスト用金型、プラスチック用金型、ガラス用金型、ゴム用金型、粉末冶金用金型がある。
各産業領域に使用されている構造材料や金型材料は製品の加工・製造において高精度・高品質化の達成に重要な位置付けや役割を担っている。また、同時に金属材料の有効な機能性の発現を補完する技術として熱処理や表面処理なども同時に重要な基盤技術である。
図 1.1 は素形材産業および社会生活に関して金属材料を含む素材や加工・成形技術の関わりを示す。この領域は社会、文化、産業のあらゆる場面および日常に目にする製品のほとんどは素形材から作られているといっても過言でない 2）。
11社会・産業の発展に貢献
電気電子、汎用、家庭用、医療用
材・部品

造船、航空機、自動車用材・部品

橋梁、建築材、産業機
械用材・部品船舶、航空機、自動車
用品・部品製造

高品質な製品を市場に提供

普通鋼：炭素綱領
域、板材、丸棒、管、綿材などとして提供

二次加工品の材料利用（製品製造産業領域）

図 1.1

機械構造用、建設、重機用品・部品
製造

特殊鋼、工具鋼の機
能性素材、材料として提供

一次加工品の利用（素形材産業領域）

金型（プラス
チック、プレス、鍛造、ダイカスト、民生品など・部品製造

素形材産業の位置づけ

1.2
鉄鋼産業の動向

鉄鋼材料の世界および国内の生産量の状況を表 1.1 および表 1.2 に示す。
構造用鋼と工具鋼の生産量は各年度で比較すると近年では大きな変化が認められない。
なお、全世界における粗鋼生産量は 16 億 6,300 万トン（2015 年）程度であることから、日本の生産量（1 億 501 万トン程度）は世界の 10 ％程度を生産していることになる。粗鋼（Blister steel）とは、製鋼炉で生産された鋼の総称をいう。粗鋼には圧延用鋼塊、鍛造用鋼塊、鋳鋼が含まれ、鉄鋼生産量の目安に使用される。
日本以外の国々を比較すると、中国、EU 諸国、アメリカなどの生産量が12

108,083

105,899

101,372

2013

2014

2015

70,89871,461

68,85670,426ルクセ
スウェ
オラン ポーラ ルーマ スロバ
スペイン
ンブルーデンダンド
ニア
キア
ク

883 24,080 2,090 6,713 7,950 2,985 4,511 14,252 4,404 11,858

22,96827,17032,771

32,975

3,910

3,681

3,275

3,676

86,912

97,19595,766

97,769（NT）

米国

78,84588,17486,87888,695(MT）

12,473

12,73012,34913,507

カナダ18,228

18,995

18,20818,073

1,345

1,485

2,139

2,359

33,25633,912

34,16334,524

5,028

5,488

5,186

4,995

5,506

6,485

6,754

6,627

6,398

6,550

7,253

6,938

4,925

4,607

4,688

4,893

オースト
エジプト 南アフリブラジル アルゼン
メキシコ ベネズエ
カラリア
チン
ラ

5,229 166,120 7,687 7,257 5,262 3,988 14,984 42,676 1,675 22,018 2,127 6,995 9,198 3,352 4,562 14,845 4,374 10,907

6,291 169,301 7,876 7,331 5,360 3,807 16,143 42,943 1,152 23,714 2,193 6,964 8,558 3,158 4,705 14,249 4,539 12,120

5,471 166,311 7,953 7,093 5,171 3,517 15,685 42,645

9,579

英国

31,51734,03534,65435,885トルコ

2005 年 1 月分より世界 61 ｶ国計）は IISI による。国により統計に不明確さが存在する。

出所 : 日本：経済産業省、中国：国家統計局、台湾：台湾区鋼鐵工業同業公会、米国：AISI、その他の国および世界合計（単位：1,000 t、

110,956

イタ
リア

5,203 168,580 7,421 7,301 5,072 3,759 15,609 42,661 1,542 27,252 2,208 6,879 8,358 3,292 4,403 13,639 4,326

ハンガ
フィン
オース ベルギ
フランス ドイツ
チェコリー
ランド
トリアー

E U 27 カ国

世界主要国における粗鋼生産量の推移

計

ウクライ カザフス
ナタン

CIS

16,146

16,33115,422

14,463イラン

ロシア

89,36887,291

81,29977,264

インド

2012

計

計

1,662,689 105,134 803,825 69,670 21,392

2015

年

1,723,103 110,666 823,004 71,543 23,121

台湾

2014

韓国

1,698,472 110,595 815,410 66,061 22,282

中国

2013

日本

1,612,150 107,232 724,450 69,073 20,664

世界合計

2012

年

サウジ
アラビア

表 1.1

第1章
鉄鋼の基礎知識

13

14

318

292

2014 83,872 83,555

2015 81,011 80,719

937

923

938

908

フェロ
アロイ

105,134

110,666

110,595

107,232

計

普通鋼

特殊鋼

計

普通鋼

81,081 65,067 16,014 24,053 16,616

84,987 67,711 17,276 25,679 17,692−−

85,680 68,226 17,454 24,915 17,875

普通鋼

圧延用
圧延用
特殊鋼
鋼塊
鋼塊

鋼種別内訳
計

普通鋼 特殊鋼

熱間圧延鋼材計

普通鋼 特殊鋼

最終鋼材

7,437 81,683

7,987 85,403−−

23,451

25,263−−93,020 74,133 18,887 90,424 72,739 17,685

97,882 76,968 20,914 95,319 75,553 19,766

7,039 86,102 85,879 24,493 23,805 96,965 77,006 19,960 94,189 75,478 18,710

7,113 83,241 82,991 23,992 23,302 94,807 74,911 19,896 92,006 73,238 18,768

特殊鋼

電炉鋼
（鋳鋼鋳込を含む）

82,307 65,429 16,878 24,925 17,812

計

転炉鋼

108,932

105,402

連続鋳造によるもの注

炉別内訳

粗鋼

鉄鋼生産統計について比較すると、普通鋼は 79.0 ％〜82.0 ％で生産比率が高い。
（単位：1,000 t、2016 年 5 月、経済産業省引用）（注）2014 年 1 月分から連続鋳造によるものは調査なし。粗鋼炉別内訳、鋼種別内訳、熱間圧延鋼材、最終鋼材ともに普通鋼と特殊鋼

2822013 83,849 83,567

製鋼用
鋳物用銑
銑254

計

2012 81,405 81,152

年

銑鉄表 1.2