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オーステナイト系ステンレス鋼 組成と組織
しかし、組織中の準安定オーステナイトに塑性変形が加わると、準安定オーステナイトの一部または全部がマルテンサイト変態を起こす。塑性変形による力学的な仕事が加わることでマルテンサイト変態を起こすための駆動力を満たし、このようなマルテンサイト変態が生じる。外力が加わることによって発生するマルテンサイト変態を加工誘起マルテンサイト変態、そのマルテンサイトを加工誘起マルテンサイトと呼ぶ。次の実験式が、それぞれの材料の組成から加工誘起マルテンサイト変態に対するオーステナイト安定度の目安を与える。
Md30 = 551 − 462 × (C + N) − 9.2 × Si − 8.1 × Mn − 13.7 × Cr − 29 × (Ni + Cu) − 18.5 × Mo − 68 × Nb − 1.42 × (ν − 8.0)
ここで、Md30 は 30% のひずみを与えた時に 50% の加工誘起マルテンサイトが発生する温度（℃）である。C, N, Si, Mn, Cr, Ni, Cu, Mo, Nb は各元素量（mass%）で、ν はASTM規格の結晶粒度番号である。材料の Md30 の値が小さいほどオーステナイトは安定といえる。
オーステナイト系ステンレス鋼 組成と組織
あるいは、組織中の準安定オーステナイトは、極低温まで冷やされた場合も、準安定オーステナイトの一部または全部がマルテンサイト変態を起こす。この場合は、マルテンサイト変態が自動的に開始する温度（Ms点）がオーステナイト安定度の目安である。オーステナイト系に関して各合金元素量からMs点を予測する実験式として、
Ms = 502 − (810 × C + 1230 × N + 13 × Mn + 30 × Ni + 12 × Cr + 54 × Cu + 46 × Mo)
がある。ここで、Ms はMs点（℃）で、C, N, Mn, Ni, Cr, Cu, Mo は各元素量（mass%）である。具体的なMs点としては、17Cr-7Ni の SUS301 で約−10 ℃、18Cr-8Ni の SUS304 で約−50 ℃、25Cr-20Ni の SUS310S で約−150 ℃ 以下である。
加工誘起マルテンサイト変態や低温でのマルテンサイト変態を起こすオーステナイト系ステンレス鋼は、準安定オーステナイト系ステンレス鋼と呼ばれる。一方、オーステナイト安定度が高い場合は加工を施してもオーステナイトが保たれる。このようなオーステナイト系の鋼種は安定オーステナイト系ステンレス鋼と呼ばれる。あるいは、加工誘起マルテンサイト変態を起こしやすいものを「不安定」、加工誘起マルテンサイト変態を起こさないものを「安定」、不安定と安定の中間ぐらいのものを「準安定」と呼び、オーステナイト系を分類することもある。オーステナイト系標準鋼種の18Cr-8Niステンレス鋼は準安定オーステナイト系ステンレス鋼に相当する。JISでは、SUS301が不安定、SUS310Sが安定のオーステナイト系鋼種である。それぞれの組成例を以下の表に示す。
オーステナイト系ステンレス鋼 特性
オーステナイト系ステンレス鋼は、一般的な普通鋼、フェライト系ステンレス鋼やマルテンサイト系ステンレス鋼と異なり、面心立方格子構造を有するオーステナイト相で組織が構成される。このことによって、オーステナイト系の物理的特性の傾向は、同じステンレス鋼の仲間であるフェライト系やマルテンサイト系とは異なる部分が多い。
まず、一般的な鉄鋼材料と異なるのはオーステナイト系は非磁性（常磁性）材料であり、磁石に付かない。これはオーステナイト系が面心立方格子構造であることに由来し、銅やチタンなどの他の面心立方格子構造材料と同様である。この非磁性という特徴が、電気電子部品での使用などオーステナイト系の使い道の選択肢を与えている。SUS304 の場合で透磁率は約 1.3 × 10−6 (H/m) 程度である。ただし、上記のとおりオーステナイト系であって冷間加工などによりマルテンサイトを有するようになるので、冷間加工したオーステナイト系では磁性を示すことがある。合金元素量を増やした安定オーステナイト系では冷間加工しても非磁性が保たれる。電気抵抗は、マルテンサイト系、フェライト系、オーステナイト系の標準的鋼種同士で比べるとオーステナイト系の電気抵抗がもっとも高い。これは含有される合金元素の量が多いほど抵抗が増えることによる。SUS304 の場合で、常温の比抵抗は 72 × 10−8 Ω·m 程度である。
オーステナイト系ステンレス鋼 特性
ステンレス鋼の密度は鋼種間での差はあまりないが、炭素鋼、フェライト系、マルテンサイト系よりもオーステナイト系の密度はやや大きい。SUS304 の場合で常温の密度は 7930 kg/m3 程度である。これに対して、軟鋼の常温密度は 7860 kg/m3 程度となっている。常温の縦弾性係数は SUS304 で 193 GPa 程度である。軟鋼の場合は 206 GPa 程度である。
熱伝導率も、電気抵抗と同様に合金元素の含有量に関係し、合金元素の含有量が多いほど熱伝導率が低くなる。オーステナイト系の熱伝導率は軟鋼の1/5から1/6程度で、SUS304 で 16 (W/m·K) 程度である。熱膨張率は結晶構造に依存し、ステンレス鋼の中でオーステナイト系の熱膨張率が最も大きい。SUS304 の 0–100 ℃ での線膨張係数が 17.3 × 10−6 K−1 程度である。ステンレス鋼の比熱は鋼種間で大差はない。オーステナイト系の比熱は、軟鋼のおおよそ1.1倍程度である。SUS304 の場合で、0–100 ℃ 間の比熱が 0.50 (J/kg·K) 程度である。
オーステナイト系ステンレス鋼 特性
ステンレス鋼の組織別種類の中で、オーステナイト系ステンレス鋼の耐食性は高い部類に位置付けられる。具体的な鋼種や製造過程によって異なるが、おしなべて言えば、オーステナイト系の耐食性はフェライト系とマルテンサイト系より高く優れる。オーステナイト系の標準鋼種である SUS304 は中位レベルの耐食性を持つ。ステンレス鋼の耐食性は材料表面に存在する不働態被膜によるものであるが、クロム・ニッケル・鉄合金の不働態被膜は、クロム・鉄合金よりも高い修復力を持つ。一般的に、不働態になるためには臨界不動態化電流密度と呼ばれる電流ピークを超える必要がある。ニッケルがクロム・鉄合金に添加されると、臨界不動態化電流密度が下がり、再不動態化しやすくなる。
オーステナイト系ステンレス鋼 特性
ステンレス鋼は優れた耐食性を持つが、使用環境によってはステンレス鋼でも腐食は発生する。全面腐食については、SUS304 相当の材料であれば大気中、淡水中、中性塩環境中、アルカリ環境中で良好な耐食性を示す。硫酸中では、一部の硫酸濃度範囲に対してのみ耐えることができるが、ほとんどの濃度の硫酸に対して腐食が進む。モリブデンや銅を加えると、硫酸に対しても耐食性が増す。304系よりも耐食性に優れたオーステナイト系鋼種としては、18Cr-11Ni-2Mo の316系が広く利用されている。モリブデンを 2–3% 添加してニッケル含有量を高めた鋼種で、304系では厳しい環境で利用される。316系の組成の例を、以下の表に示す。
ステンレス鋼の腐食において特に問題になるのは、孔食や粒界腐食といった局部腐食である。孔食とは、材料の一部が小さな穴状に腐食が進む腐食形態である。孔食に対する耐性を材料ごとに比較する指標として耐孔食性指数（PREN）がある。耐孔食性指数の計算式の1つは
PREN = Cr + 3.3 × Mo + n × N
オーステナイト系ステンレス鋼 特性
という形で与えられる。ここで、Cr, Mo, N は各元素の質量パーセント濃度で、n は鋼種や研究者によって異なる係数である。n の値が大きいほど窒素 (N) の含有量に比して耐孔食性が向上する。フェライト系が n = 0、二相系が n = 16 が適当とされるのに対して、オーステナイト系では n = 30 が適当とされ、オーステナイト系では窒素添加によって大きな耐孔食性向上が期待できる。また、オーステナイト組織はモリブデン (Mo) と窒素 (N) の固溶限が大きいため、耐孔食性指数を高くすることできる。
オーステナイト系ステンレス鋼 特性
粒界腐食とは、組織中の結晶粒界が優先的に腐食する現象で、オーステナイト系では鋭敏化によって引き起こされる。鋭敏化とは、オーステナイト系が 450 ℃ から 850 ℃ の温度に晒された時に、基地中のクロムがクロム炭化物となって析出し、クロム欠乏層が生じて耐食性が低下する現象である。一般に、炭素はクロムと結合しやすい性質を持っている。常温のオーステナイトでは過飽和に固溶されている炭素が、加熱されることでクロムと結合し、クロム炭化物 (Cr23C6) が結晶粒界に析出する。組成的に鋭敏化を防ぐには、炭素量の極小化、あるいはチタンやニオブなどの合金元素添加が有効である。後者のような合金元素を添加することで、優先的にそれら添加合金元素と炭素の炭化物を形成させ、クロム炭化物の析出を防ぐことができる。このようなチタンやニオブを添加することで鋭敏化への対策を取った鋼種を、安定化オーステナイト系ステンレス鋼と呼ぶ。
オーステナイト系ステンレス鋼 特性
また、オーステナイト系は応力腐食割れが起きやすい。応力腐食割れへの感受性に関していえば、オーステナイト系の応力腐食割れ感受性はフェライト系よりも劣り、塩化物イオン環境で発生する。オーステナイト系の湿食事故の原因として、応力腐食割れの割合が高いことが知られている。オーステナイト系を使用した熱交換器などで、高温高圧の塩化物水溶液によって応力腐食割れが発生する事例がある。また、鋭敏化したオーステナイト系は、粒界腐食だけでなく応力腐食割れも起こしやすくなる。
オーステナイト系ステンレス鋼の機械的性質は、普通鋼やフェライト系と比較すると、降伏点と比較して引張り強さが高く、延性に富むのが特徴である。固溶化・冷延薄板の SUS 304 の場合で、0.2%耐力が約 250 MPa に対して、引張り強さが約 630 MPa である。硬さは約 160 HV である。フェライト系などとは異なり、応力-ひずみ曲線上で明確な降伏点を示さない。
オーステナイト系ステンレス鋼 特性
延性の程度を示す伸びは、同じく固溶化・冷延薄板の SUS 304 の場合で 約 60% である。オーステナイト系の高い延性は、加工誘起マルテンサイト変態によって生み出される。一般的な鉄鋼材料や安定なオーステナイトを引張試験をすると、試験片はある程度まで均一変形にして伸びた後、一部分が括れ出し、その括れに変形が集中して破壊に至る。一方、準安定オーステナイトの場合、発生した括れ箇所に加工誘起マルテンサイト変態が起き、その箇所が強化される。それによって、括れ箇所の代わりに他の箇所で変形が進む。結果的に、破断までに大きく一様に伸びることができる。このような加工誘起マルテンサイト変態によって伸びが増大する現象を変態誘起塑性と呼ぶ。
加工誘起マルテンサイト変態によって、オーステナイト系を高強度化することもできる。JIS や AISI の301系が、加工硬化による高強度オーステナイト系の代表例である。圧延率に比例して強度を上昇させることができ、最大で 1800  MPa 程度までの引張り強さが得られる。一方で、圧延率に比例して伸びは落ちる。しかし、ある程度までの圧延率ならば充分な伸びを保ち、加工硬化後もそのまま成形して製品に使用できるのがオーステナイト系の優れた点でもある。SUS301調質圧延1/2材の場合で、0.2%耐力が約 760 MPa、引張り強さが約 1030 MPa、伸びが約 24%、硬さが約 320 HV である。
他のオーステナイト系の強化法としては、固溶硬化作用のある炭素と窒素の添加が有効である。とくに窒素の添加がよく行われる。炭素と異なり、窒素添加には耐粒界腐食性への悪影響がないという利点がある。また、窒素はオーステナイト生成元素であるため、高価なニッケルを代替することもできる。
オーステナイト系は、高温および低温環境下でも機械的強度を使用可能な範囲で保つことができ、耐熱性・耐寒性に優れた合金でもある。一般的な炭素鋼は高温になればなるほど強度が低下するが、ステンレス鋼は急激に強度が低下を開始する温度が高いという特徴を持つ。特にオーステナイト系はステンレス鋼の中でも強度低下開始温度が高い。オーステナイト系の急激な強度低下の開始温度はおおよそ 600 ℃ である。クリープ強度もオーステナイト系はフェライト系などと比較して高い。オーステナイトは面心立方格子構造を取り、面心立方格子はフェライト系の体心立方格子よりも原子の拡散速度が遅い。これによって、オーステナイト系の高温強度が高い。この特徴により、耐酸化性の高さと合わせてオーステナイト系は耐熱材料としてもよく活用される。さらにオーステナイト系の高温強度を高めるには、モリブデン、ニオブ、チタンの添加が有効である。
また、低温環境下においてもオーステナイト系の機械的性質は優れる。一般的な鉄鋼材料では、低温になるほど延性が低下して脆くなる。特に、ある温度を下回ると脆化が急速に進む延性-脆性遷移温度と呼ばれるものが存在する。オーステナイト系の場合は、明確な延性脆性遷移温度は存在せず、極低温でもある程度の延性を保つ。このような温度依存の傾向の違いは、オーステナイト系が面心立方格子構造であることによる。低炭素鋼の場合では −269 ℃ で伸び|は 0% となるが、304系では伸び約 30% を維持する。このような特性から、オーステナイト系は低温環境用の材料として重宝される。ただし、材料基地にフェライトが混ざったり、炭化物が析出していると、オーステナイト系であっても伸びが低下することがある。オーステナイト系の低温強度を制御する合金元素としては、窒素の添加が有効である。
オーステナイト系ステンレス鋼 加工
オーステナイト系ステンレス鋼は加工硬化度が大きいのが特徴である。このため、板金プレス加工の張出し加工については、フェライト系よりもオーステナイト系が成形性に優れる。曲げ加工でも、延性が高いため、小さな曲げRでも割れが起きづらい。一方、オーステナイト系の加工硬化度が大きいため、曲げ加工時にはフェライト系よりもスプリングバックが大きい。そのため、狙いの曲げ角度を出すのに工夫を要することもある。
また絞り加工では、SUS304 の場合で限界絞り比は約2.5で、深絞り可能な材料である。ただし、オーステナイト系を深絞りした場合、加工直後から数か月後の間に割れが自然と発生することがある。この現象は置割れや時期割れと呼ばれ、不安定または準安定オーステナイト系で起こる。原因は未だ確定されていないが、材料中の水素が主原因と考えられている。オーステナイト系の絞り加工の成形限界に対しては、温間加工の利用が対策として存在する。これは、フランジ部近辺を 50–200 ℃ に温め、ポンチ頭部近辺は 0–20 ℃ に維持してプレスを行う手法で、加工誘起マルテンサイト変態を起こすオーステナイト系で最も改善の効果が大きい。
また、オーステナイト系で厳しい塑性加工をすると金型との焼きつきが起きることがある。これは、オーステナイト系の熱伝導率の低さが主原因と考えられている。
オーステナイト系ステンレス鋼 加工
オーステナイト系ステンレス鋼の被削性は普通鋼よりも劣り、さらにはフェライト系やマルテンサイト系よりも悪い。一般に加工硬化性が強い材料ほど削りにくく、加工硬化性が強いオーステナイト系もまた切削しづらい材料である。また、切削面を荒らす構成刃先が生じやすい。
削りやすさの指標である被削性指数でいえば、軟鋼が 70 程度であるのに対し、SUS304 は 35 程度である。硫黄やセレンを含ませることでステンレス鋼の被削性を改善でき、そのような鋼種は快削ステンレス鋼と呼ばれる。オーステナイト系についても、快削ステンレス鋼の種類が規格化されている。
オーステナイト系ステンレス鋼に施される熱処理としては、固溶化熱処理、応力除去焼なまし、安定化処理の3つである。マルテンサイト系のように焼入れで硬化させることはできない。
固溶化熱処理（または固溶化処理、溶体化処理）は高温にして急冷させる処理で、大抵のオーステナイト系には施される。高温にすることによってクロム炭化物や窒化物をオーステナイト基地組織に固溶させ、そこから急冷して完全なオーステナイト組織を得る。これによって耐食性が向上し、特に鋭敏化を抑えることができる。加工硬化も同時に除去することができる。固溶化熱処理の温度は炭素と窒素の固溶温度に依存する。一般的に 1000 ℃ 以上まで昇温させる。前述の鋭敏化が起きる温度範囲を急冷で通過させる必要がある。
オーステナイト系ステンレス鋼 加工
応力除去焼なましは高温に加熱することで加工や溶接による残留応力を除去するための熱処理で、オーステナイト系の場合は 800 ℃ 程度に加熱後急冷する。残留応力は応力腐食割れの助長し、絞り加工時には置割れを起こす可能性があるため、それらの懸念がある場合に行われる。安定化処理は安定化オーステナイト系鋼種に対して行われる熱処理で、チタンやニオブの安定化元素の炭化物を確実に安定させるために行われる。固溶化熱処理後に行い、850–930 ℃ に加熱して水冷する。
オーステナイト系ステンレス鋼 加工
オーステナイト系ステンレス鋼は、フェライト系やマルテンサイト系と比べると、溶接の難度は全般的に低い材料である。一般的な炭素鋼と同程度に、オーステナイト系の溶接は比較的容易といわれる。オーステナイト系を溶接する時の問題点として、高温割れが起きやすいことが挙げられる。高温割れは、金属凝固時に低融点化合物が粒界に析出することよって主に生じる。溶接では溶接対象と同じ材料を使って溶接するのが原則だが、フェライトをいくらか含む溶接材料を使用すると高温割れが起きにくい。そのため、フェライト 5–10% 程度が含まれる溶接材料が被覆アーク溶接などで利用される。標準鋼種である SUS304 が高温で数%のフェライト相が現れるような組成を持っているのも、高温割れ防止のためである。一方、溶接金属中のフェライトはσ相に変わりσ脆化の原因となるため、フェライト量は少ない方が望ましい。
オーステナイト系は延性が高いため、拘束による溶接割れは起きにくい。また、予熱は鋭敏化を起こす可能性を高める。そのため、通常は予熱せずに溶接する。ただし、オーステナイト系は線膨張係数が高く、溶接変形は起きやすい。また、オーステナイト系の熱伝導率が小さいことと線膨張係数が大きいことに起因して、溶接時には残留応力が発生しやすい。この溶接残留応力が原因となって、使用中に応力腐食割れを起こす事例もある。
溶接熱影響部で鋭敏化が生じることもオーステナイト系を溶接する上での問題点である。これによって溶接熱影響部で粒界腐食が進むことがあり、ウェルドディケイ(weld decay) と呼ばれる。ウェルドディケイをできるだけ避けるためには、入熱量の小さい溶接法を選ぶ、溶接後に固溶化熱処理を施す、安定化オーステナイト系ステンレス鋼を製品材料に選ぶ、などの方法がある。
オーステナイト系ステンレス鋼 用途例
オーステナイト系ステンレス鋼は、ステンレス鋼の中でも最も広く使われている鋼種であり、家庭用品、建築用、自動車部品、化学工業、食品工業、発電などで広く用いられてる。年間生産量においても、ステンレス鋼中で最大の鋼種である。オーステナイト系はニッケルなどの高価な元素を多く含んでおり、さらに非磁性を利用して他の鉄スクラップと分別しやすいため、スクラップとしての回収率も高く、リサイクルが進んでいる。
身近なステンレス鋼製品としては食卓用のカトラリーが挙げられる。ナイフの刃は硬度が必要なためマルテンサイト系ステンレス鋼で造られることが多いものの、一部の製品はオーステナイト系でも造られている。フォーク・スプーンは、マルテンサイト系もあるが、オーステナイト系の製品が一般的である。これらのカトラリー製品には何の種類のステンレス鋼種が使われているか記されていることが一般的で、"18-8"あるいは"18/8"、"18-10"あるいは"18/10"といった記号がオーステナイト系製であることを示している。
オーステナイト系ステンレス鋼 用途例
家庭用・業務用ともに、厨房器具でもステンレス鋼が多用されている。家庭用調理器具は高級志向もあってオーステナイト系が主流である。流し台には防食のためにステンレス鋼使用が一般的で、廉価な製品にはフェライト系が使われることもあるが、オーステナイト系製も多い。IH用の調理器具にオーステナイト系を使用する場合は、IH用には磁性体材料が有利なため、普通鋼とオーステナイト系を接合させてクラッド鋼として使われる。
快削ステンレス鋼が活用されているものとしては、細かい穴あけやねじ切りが必要な腕時計の部品で、モリブデンを加えて快削性と耐食性を両立した鋼種が使われている。また、電子部品用のガイドピンなどもオーステナイト系快削鋼を用いている例である。
車体（構体）の主材料にステンレス鋼を使ったステンレス車両が、鉄道車両の現在の主流の1つである。ステンレス車両は、普通鋼製の車両と比べると塗装を省略することができ、保守の手間が少ない。さらに、塗装と腐食代が省略できるため軽量化が可能となっている。
オーステナイト系ステンレス鋼 用途例
鉄道車両の構体用ステンレス鋼種には、オーステナイト系ステンレス鋼やフェライト系ステンレス鋼が使われている。オーステナイト系の場合は、加工硬化しやすく低炭素化で耐食性を高めた鋼種が主に使われている。組み立て前に冷間加工で高強度化させて使用することで、構体を薄板化させて軽量化を行っている。日本の鉄道車両では、準安定オーステナイト系ステンレス鋼の SUS301 に低炭素化と窒素添加などを行って特性を調整した SUS301L を主材料として使用している。一方、高強度が要求されない内装用などではオーステナイト系標準鋼種の SUS304 が使われている。
レーヨン産業では、粒界腐食対策のために、極低炭素化オーステナイト系または安定化オーステナイト系が使われている。硝酸工業では、扱われる硝酸の濃度によるが、304系、316系、低炭素化した304L系が耐用されている。食品産業では、食品に直接触れて特に耐食性に注意するような箇所は304系または316系のオーステナイト系鋼種を使用している。ビール製造では、発酵・貯蔵タンクが304系を利用し、ビール樽もほとんどが304系である。乳製品産業でも304系または316系の利用が主流である。ただし、醤油などでは塩分濃度が濃いためステンレス鋼の使用は見送られていた。近年では、高耐食性のスーパーオーステナイトステンレス鋼を醤油製造タンクに用いる動きもある。
オーステナイト系ステンレス鋼 用途例
建築分野では、ドアノブ、丁番、錠前といった建具部品で304系が使われている。建具の金物で304系が主流なのは、車両や船舶でも同様である。また、建物の外装にも見栄えの良さからカーテンウォールや外壁パネルでステンレス鋼を使用するビルは多い。304系が中心的に使われ、環境によっては316系も使われる。光輝を保ち現代的な材質感が得られることから、モニュメントやパブリックアートなどの野外彫刻の素材としてもステンレス鋼は利用されている。彫刻の材質には304系がよく使われ、環境によっては316系も使われる。
原子力発電所では、耐食性と高温強度のためにオーステナイト系は主要構造材料である。ただし、過去に304系を使用していたが、鋭敏化による応力腐食割れの事故が続いたことがあった。そのため現在では極低炭素化させた304L系や316L系、さらには原子力発電用に特別に開発された316L系などが使われている。核融合実験炉やリニアモーターカーなどで使われる超伝導電磁石を約 −270 ℃ の極低温で収容する容器などにもオーステナイト系が使われる。
オーステナイト系ステンレス鋼 歴史
オーステナイト系ステンレス鋼の工業的な発明は、会社としてはドイツのクルップ社によって、個人としてはクルップ社の研究所に所属していたベンノ・シュトラウスとエドゥアルト・マウラーによって成された。1900年から1910年にかけて、鉄・クロム・ニッケル系合金の耐食性について基礎学術レベルでは理解が深まりつつあった。1906年にフランスのレオン・ギレは、耐食性については言及しなかったものの、ステンレス鋼の3大グループである「フェライト系」「マルテンサイト系」「オーステナイト系」に属する組成を体系的に初めて研究した。1909年には、ヴァルター・ギーセンによるクロム・ニッケル系のオーステナイト鋼の研究が続いた。このように、ステンレス鋼の工業材料としての実用化の素地は当時整いつつあった。その後、1912年にクルップ社が2つの耐食鋼に関する特許を出願した。1つは「V1M」と名付けられた鉄合金で、代表成分をクロム 14%・ニッケル 2%・炭素 0.15% とするマルテンサイト系ステンレス鋼であった。もう1つは「V2A」と名付けられ、これがクロム 20%・ニッケル 7%・炭素 0.25% のオーステナイト系ステンレス鋼であった。
オーステナイト系ステンレス鋼 歴史
出願から遡る1909年頃から、クルップ社のベンノ・シュトラウスとマウラーによって鉄・クロム・ニッケル系合金の研究が進められていた。シュトラウスは熱電対用の耐熱合金を研究しており、1910年に3種類の高クロム鋼、2種類の高クロム・ニッケル鋼を製作した。これらの鋼は硬くて脆かったので、マウラーが適切な熱処理を研究した。そうした研究中、それらの鋼種の1つの試験片が実験室の腐食雰囲気中で数か月放置されていたにも拘らず表面の光沢が失われていないことにマウラーが気づいた。追試が行われ、オーステナイト組織を持つ高クロム・ニッケル鋼は硝酸溶液に対しても耐食性を持つことが確認された。これらの研究成果をもとに、1912年にクルップ社は前述の2種の耐食鋼を特許出願した。
後の1920年代から30年代にかけて、誰がこれらの「錆びない鋼」の発明者と呼ぶにふさわしいについては、シュトラウスとマウラーの間で論戦が起こっている。双方が自身が発明者にふさわしいと譲らず、学術誌・機関誌上で書簡による主張の応酬が続いた。鈴木隆志は『ステンレス鋼発明史』にて、「ステンレス鋼はいずれにせよクルップ会社によって発明されたのは疑いないとして、個人よりも企業の功績に帰すべきである」という見解を紹介して、彼らの論戦についての説明を締め括っている。
オーステナイト系ステンレス鋼 歴史
クルップ社によって発明されたオーステナイト系ステンレス鋼V2Aは、当時フリッツ・ハーバーとカール・ボッシュが開発したハーバー・ボッシュ法によるアンモニア製造に採用された。V2Aがアンモニア合成のための硝酸タンクの材料に使われた。ハーバーとボッシュの居たBASF社は1914年にクルップ社にV2Aを約20トン発注し、オーステナイト系ステンレス鋼の工業材料としての活用が始まった。
BASF社のV2A使用の中で腐食問題が起き、これを解決するためにV2Aの改良が行われた。1922年から1930年にかけて、銅またはモリブデン添加による非酸化性酸への対策、含有炭素低減化による粒界腐食への対策などがクルップ社から特許が出された。オーステナイト系ステンレス鋼は、その後、クルップ社以外の様々な研究者によっても改良が行われて様々な鋼種が生まれていった。1923年頃には、イギリスのトーマス・ファース・アンド・サンズ社が組成の最適化を模索した結果、クロム 18%・ニッケル 8%・炭素 0.2% 未満の基本組成とした「Staybrite（ステイブライト）」という商品を開発した。ステイブライトはICI社のアンモニア合成プラントで最初に採用された。ステイブライト販売以降、オーステナイト系ステンレス鋼の基本組成としてクロム 18%・ニッケル 8%（18-8）が定着することとなった。
オーステナイト系ステンレス鋼 歴史
クルップ社も、1922年に自社のステンレス鋼を「NIROSTA（ニロスタ）」として商標登録した。18-8のニロスタ鋼は海を渡り、アメリカ合衆国（米国）のクライスラー・ビルディング建設に使われる。1924年、クルップ社のシュトラウスは米国材料試験協会のシンポジウムでクルップ社のオーステナイト系ステンレス鋼を紹介した。建設主であったウォルター・クライスラーは、ビルの外観を金属で装飾することを望んでいた。この目的に適うようなニロスタ鋼を含むいくつかの耐食性金属材料が検討された結果、比較的高価であったものの、錆びづらく、汚れづらく、研磨による艶出ししやすいニロスタ鋼が採用されることとなった。
米国では、ニロスタ鋼に相当するステンレス鋼の生産実績は1927年までなかった。結局、クルップ社からライセンスを受けた3社が、ニロスタ鋼の板材・棒材を提供することとなった。1930年、クライスラー・ビルディングは完成する。4500枚のニロスタ鋼の薄板材がビル最頂部の段型尖塔の外装に使われた。クライスラー・ビルディングは、大量の18-8オーステナイト系ステンレス鋼が外装に初めて使われた世界初の建築物となった。1995年にクライスラー・ビルディングの検査が行われ、外装の状態も確認された。検査報告書では、風雨による洗浄も手伝い、沿海地域に建てられたにも拘らず、ニロスタ鋼は期待通りの性能を発揮し、良好な状態が保たれていたと報告された。
ワールドトレードセンターの建設
本項では、ワールドトレードセンターの建設について記述する。
ワールドトレードセンターの建設 概要
ニューヨーク市における「ワールドトレードセンター・コンプレックス」の建設は、デイヴィッド・ロックフェラーが指揮をとる都市再開発プロジェクトとして計画された。計画のねらいはロウアー・マンハッタンの再活性化の促進だった。このプロジェクトは、ニューヨーク・ニュージャージー港湾公社（以下、港湾公社）によって推進され、港湾公社はツインタワーの構想を提示する建築家ミノル・ヤマサキを起用した。多岐にわたる協議の末、港湾公社を管轄するニューヨーク州・ニュージャージー州の両州政府は、マンハッタン・ロウアー・ウエストの一画、ラジオ・ロウ地区におけるワールドトレードセンター・プロジェクトを支援することで合意した。合意形成のためのニュージャージー州側への譲歩として、港湾公社は債務超過に陥っていたハドソン・アンド・マンハッタン鉄道（以下、H&M鉄道）の買収を承諾した。通勤客をニュージャージーからロウアー・マンハッタンに運ぶこの路線は、港湾公社による買収に際してPATHと改名された。
ワールドトレードセンターの建設 概要
ワールドトレードセンターのツインタワーの設計にはチューブ構造が採用され、テナントに柱や壁によるくぎりのない開放的な間取りを提供することができた。タワー外周にチューブ状に配置された計236本の鉄骨支柱が構造強度の多くをにない、さらに鉛直荷重をビル中央の47本のコア支柱と分担することでこの設計を実現していた。床はチューブ状の外壁とコア支柱との間に梁を渡すことで形成され、柱や体力壁の無い広いフロア空間を得ていた。
ツインタワーのエレベーターシステムは、スカイロビーと呼ばれる乗り換え階を活用し、スカイロビー階にのみ停止する急行エレベーターと、それぞれの区画内の各階に停止するエレベーターを組み合わせたシステムだった。このシステムによりタワー中央部の構造コアは、（エレベーターシャフトの本数を減らす事で）小さく抑えられており、フロア面積の大部分をオフィス面積として使用できるようになっていた。ワールドトレードセンター、特にそのツインタワーの設計・構造には、ほかにも多くの革新的技術が導入された。具体的には、基礎工事に使用されたスラリー壁工法や、各種の風洞実験などが挙げられる。
ワールドトレードセンター北棟の建設は1968年8月に着工した。翌1969年には南棟の建設も始まった。大量のプレハブ部材の使用によって建設速度は加速された。北棟は1970年12月に、南棟は1972年1月に、それぞれ最初のテナントが入居した。ツインタワーに加えて、1970年代には4棟の低層ビルがワールドトレードセンター・コンプレックスの一部として建設された。1980年代なかごろには7棟目のビルが完成した。
ワールドトレードセンターの建設 立案
1942年、オースティン・J・トービンが港湾公社のエグゼクティブ・ディレクターに就任した。その後30年にわたってトービンはこの役職にとどまり続け、ワールドトレードセンターの計画と開発を監督して行くこととなる。「世界貿易センター」を設置する計画は、第二次世界大戦終結後の時期に立案された。当時のアメリカは経済的な繁栄を謳歌しており、貿易額も増加傾向にあった。1946年、ニューヨーク州議会は「世界貿易センター」の創設を求める議案を通過させた。州議会の決定を受けて、ワールドトレード社（The World Trade Corporation）が設立され、同社にこのプロジェクトを計画するための委員会が設置された。委員会のメンバーは、当時のニューヨーク州知事トマス・E・デューイによって選任されていた。建築家のジョン・エバーソンとその息子ドリュー・エバーソンは、10ブロックにわたる敷地に21のビルを建設するプランを提示し、その計画に必要なコストを1億5000万ドルと試算した。1949年、ワールドトレード社はニューヨーク州議会の命によって解散され、「世界貿易センター」の建設計画は保留されることとなった。
ワールドトレードセンターの建設 立案
第二次世界大戦後の時期におけるマンハッタン地域の経済成長は、主にミッドタウン地区に集中していた。ミッドタウン地区の繁栄は1930年代に建設されたロックフェラー・センターによっても促進されていた。ミッドタウンの繁栄の影で、ロウアー・マンハッタン地区は好景気から取り残され、繁栄を享受することはなかった。ロウアー・マンハッタンの経済的停滞におけるひとつの例外は、デイヴィッド・ロックフェラーによるフィナンシャル・ディストリクトでのワン・チェース・マンハッタン・プラザの建設だった。ロックフェラーは当時、ロウアー・マンハッタンにおける都市再開発計画を主導する人物だった。1958年、ロックフェラーはダウンタウン・ロウアー・マンハッタン・アソシエーション（DLMA）を創設し、DLMAはスキッドモア・オーウィングズ・アンド・メリルに、ロウアー・マンハッタン再活性化計画の立案を依頼した。1960年6月末に一般公開されたこの計画は、イースト川沿いの13-エーカー (53,000 m2)の土地、すなわち、東西にオールド・スリップからフルトン・ストリートまで、南北にウォーター・ストリートからサウス・ストリートまでの範囲の敷地に世界貿易センターのコンプレックス（複合施設）を建設するという内容だった。この案におけるコンプレックスには、全長900フィート（275メートル）にわたるコンベンション・センターや、上層階の一部をホテルとして使用する50階建から70階建のビルが含まれることになっていた  その他の商業施設として、ひとつの映画館と複数のレストラン・小売店舗の入居が予定されていた。この案ではまた、新たな証券取引所ビルの建設も含まれており、DLMAはニューヨーク証券取引所をそのビルに移転させることを希望していた。
ワールドトレードセンターの建設 立案
デイヴィッド・ロックフェラーは、港湾公社の関与が、この計画を実現するにあたっての現実的な道筋であると提言した。ロックフェラーは、この貿易センターの設置が、ニューヨーク港を介する国際的な商取引を増加・促進するための大いなる手助けになると主張した。港湾公社のエグゼクティブ・ディレクターであるオースティン・J・トービンは、ニューヨーク市の国際貿易における重要性をふまえ、このプロジェクトで建設されるものは、単なる「世界貿易センター」（a world trade center）ではなく、「ワールドトレードセンター」という唯一の存在（the World Trade Center）であるべきだと語った。一年におよぶ入念な計画の検討を経て、1961年3月11日、港湾公社は正式にワールドトレードセンター・プロジェクトへの支援を表明した。
ワールドトレードセンターの建設 立案
計画の実現には、港湾公社を管理・監督するニューヨーク州とニュージャージー州からの認可が必要だった。当時のニュージャージー州知事、ロバート・B・メイナーは計画への反対を表明した。メイナーは、ニューヨークがこの3億3500万ドルの巨大プロジェクトを獲得することに対して不快感を抱いていた。当時、ニュージャージー州運営のH&M鉄道は経営不振であり、1927年には1億1300万人を記録した年間利用者数は、その後ハドソン川をわたる自動車用トンネルや橋が開通したこともあり、1958年には2600万人まで急激に減少していた。1961年も終わろうとしていた頃、任期終了を控えたメイナー知事とのWTC計画をめぐる交渉は袋小路に入っていた。1961年12月、トービンは新たに当選した次期ニュージャージー州知事、リチャード・J・ヒューズとの会談を行い、WTCプロジェクトを西方の、当時ハドソン・ターミナル駅が存在した敷地に移転することを提案した。港湾公社がH&M鉄道を買収する場合、老朽化していたハドソン・ターミナル駅の施設とその他のビルも港湾公社が取得することになっていた。1962年1月22日、ニューヨーク州・ニュージャージー州の両州政府間で合意が形成され、港湾公社によるH&M鉄道の買収、およびマンハッタン・ロウアー・ウエスト地区におけるWTCの建設が認可された。港湾公社によるH&M鉄道の買収に加えて、ニュージャージー側からのアクセスに好都合な立地にWTCが移転したことが、ニュージャージー州政府をプロジェクトへの支持に導いた。
ワールドトレードセンターの建設 立案
ニューヨーク州、ニュージャージー州、そして港湾公社の三者による合意が達成された後も、WTC計画をめぐる論争がやむことはなかった。WTCの建設予定地はラジオ・ロウと呼ばれる地区にあたり、この地区には何百もの商工業者、不動産所有者、小規模事業者に加え、約100人の住民が存在していた。WTC計画の実行には、この地区の事業者に立ち退きを求める必要があり、一部の事業者はこの動きに対して猛烈に反発した。1962年6月、立ち退きの対象となる約325の商店と約1000の小規模事業者を代表する団体は、港湾公社の土地収用権に異議を申し立て、立ち退きの差し止めを請求した。港湾公社と事業者団体の法的な争いは、ニューヨーク控訴裁判所に持ちこまれたが、同裁判所は1963年4月、計画は「公共の利益」をもたらすものであるとして港湾公社による土地収用を支持した。1963年12月、合衆国最高裁判所は控訴を棄却する判決を下し、立ち退きが実施されることが確定した。州法の下では、港湾公社には事業者の移転への支援が義務づけられていたが、多くの事業者は港湾公社による援助を不十分なものとみなしていた。建設作業が開始された後も、港湾公社による計画の実施は本当に正当であるのかという疑問は解消されなかった。一部にはWTCプロジェクトを、「見当違いの社会的優先事項」とする声もあった。
ワールドトレードセンターの建設 立案
1964年ごろには、ヤマサキによる110階建ツインタワーの建設を含む大規模な計画は一般に公表されており、民間の不動産デベロッパー、およびニューヨーク不動産協会のメンバーは、公的に強く「助成」されたWTCのオフィスが、一般市場に解き放たれ、民間業者と競合することに対しての懸念を示した。当時、不動産市場はすでに物件の供給過剰状態にあった。なかでも、当時のエンパイア・ステート・ビルディングの所有者、ローレンス・A・ウィーンは計画を声高に批判した。エンパイア・ステート・ビルディングは、WTCが完成した時点で「世界一高いビル」の称号を失うことになっていた。ウィーンは計画に反対するため、建設業者による団体「合理的ワールドトレードセンター委員会」を組織した。この団体はWTCプロジェクトの規模を縮小することを要求した。
1964年1月、港湾公社はニューヨーク州政府と契約を結び、州政府の行政機関がWTCに入居することが決定した。港湾公社は1964年の春から夏にかけて、営利目的のテナント（いくつかの銀行を含む）との契約を結び始めた。1965年、港湾公社はアメリカ関税局とのテナント契約を結んだ。
ワールドトレードセンターの建設 立案
港湾公社にとっての最後の関門は、ニューヨーク市長のジョン・リンゼイと、ニューヨーク市議会から認可を得ることだった。ニューヨーク市は、港湾公社がプロジェクトの交渉・討議にあたって、同市の関与を限定的にとどめていたことを疑問視していた。ニューヨーク市と港湾公社による交渉の焦点は、税金の支払いに関するものだった。1966年8月3日、両者は最終的な合意に達し、港湾公社は、WTCに入居した民間のテナントが使用する面積分の税に相当する金額を、毎年ニューヨーク市に納付することとなった。その後の数年間で、固定資産税の引き上げにともない、港湾公社のニューヨーク市に対する納付額も引き上げられた。
ワールドトレードセンターの建設 設計
1962年9月20日、港湾公社は主任建築家としてミノル・ヤマサキを選出したことを発表した。同時に、エメリー・ロス・アンド・サンズ社が共同設計者として指名された 。ヤマサキが当初、港湾公社に提示した構想では、それぞれ80階建のツインタワーが建設されることになっていた。ヤマサキはツインタワーの構想について、「単純に、多数のビルの一団を建設するという選択肢もあったが、それでは公営住宅のように見えただろう」と語った。
1964年1月18日、ヤマサキによるワールドトレードセンターの設計が一般に公開された。発表には高さ8フィートの模型が使用された。ツインタワーは一辺が約207フィート (63 m) の正方形平面をもっていた。タワーの設計上、オフィスフロアの外窓はひとつにつき幅18 インチ (45 cm) と細長いものになっていた。幅の狭い窓は、ヤマサキの高所恐怖症の反映であり、フロアにいる人間が高度による恐怖を感じることがないよう配慮した結果だった。ヤマサキによる設計は、ツインタワー正面のファサードをアルミニウム合金で被覆することを求めていた。
ワールドトレードセンターの建設 設計
港湾公社はツインタワーに10,000,000平方フィート (930,000 m²) のオフィス面積を要求したため、各タワーは110階建の超高層ビルとして設計された。建築物の高さを制限する大きな要因のひとつはエレベーターであり、ビルが高層なものになるほど、行き先階の異なる多数のエレベーターを設置して輸送能力を確保しなければならず、大量のスペースが浪費されることになる。この問題を避けるため、ヤマサキらはスカイロビーを活用するエレベーターシステムを導入した。大人数を収容する急行エレベーターが、スカイロビー階に直行し、スカイロビー階でそれぞれの区画内の各階に停止するエレベーターに乗り換えるというシステムだった。（各区画のエレベーターは1本のエレベーターシャフト上に共存することができた）各タワーの44階と78階に設けられたスカイロビーによって、効率的なエレベーターの運行が実現されるのと同時に、エレベーターシャフト数の削減により、各階の使用可能面積が62パーセントから75パーセントに引き上げられた。WTCはシカゴのジョン・ハンコック・センターに続き、スカイロビーを採用した2例目の超高層ビルだった。スカイロビーのシステムは、各駅停車駅と急行停車駅が存在するニューヨーク市地下鉄の運転系統に触発されたものだった。
ワールドトレードセンターの建設 設計
サウディ・ビンラディン・グループとともにサウジアラビアのダーラン国際空港の設計を手がけていたヤマサキは、WTCの設計にもイスラーム建築の特徴を取り入れた。ツインタワーに隣接するプラザはメッカを模しており、地面に描かれた巨大な四角形、泉（噴水）、広場の中心から放射状に広がる模様にそれを見て取れる。ヤマサキによれば、このプラザは「ウォール街の窮屈な通りや歩道から解放してくれる、メッカのような場所」であった。
WTCの外観は、アメリカ建築家協会のほか複数の団体によって美的観点から批判された。『歴史の都市明日の都市』をはじめとする多くの都市計画についての著作をもつルイス・マンフォードは、WTCを含む最新の超高層ビル群について、「金属とガラスで出来た書類用キャビネット」に過ぎないと評した。テレビ放送の事業者は、WTCのツインタワーがニューヨーク都市圏の視聴者に、テレビ電波の受信障害をひき起こすのではないかとの懸念を示した。この懸念を払拭するため、港湾公社はWTCに新たな放送用設備を設置することを申し出た。アメリカ自然史博物館のリンネ協会は、ツインタワーが渡り鳥の生態へもたらす脅威を指摘して、WTCプロジェクトに反対した。
ワールドトレードセンターの建設 設計
ヤマサキの建築設計を実現するため、構造エンジニアリング会社ワーシントン・スキリング・ヘル&ジャクソンは、チューブ構造を発展させ、ツインタワーの構造設計として採用した。基礎設計は港湾公社のエンジニアリング部が担当し、電気系統の整備にはジョセフ・R・ロリング&アソシエーツ社が携わった。ビルの機械的設備はジャロス・バウム&ボールズ社が担当した。ティシュマン・リアルティ&コンストラクション社がWTCプロジェクト全体のゼネラルコントラクター（工事請負業者）として選ばれた。港湾公社の世界貿易部部長ガイ・F・トゾーリと、同社の主任技術者リーノ・M・モンティがプロジェクトを監督した。
港湾公社は州際的な機関であり、ニューヨーク市の地域的な法律・規制（建築基準法を含む）の適用は受けなかったが、港湾公社はWTCに携わる建築士と構造エンジニアに対して、ニューヨーク市の建築基準法を順守することを要請した。WTCの構想が検討されていた時期には、1938年に定められた古い建築基準法に替わる、新たな法律の策定作業が行われていた。最終的に、構造エンジニアは草案段階にあった1968年度の新建築基準法に基づいて構造設計を行うこととなった。この新建築基準法では、以前の法律のもとでは不可能な「先進技術」を導入した設計が可能となっていた。
ワールドトレードセンターの建設 設計
WTCのツインタワーには、超高層ビルの建築構造設計における新機軸が多く取り入れられた。先進技術の活用により、ツインタワーは過去に類を見ない高度に到達し、完成当時の世界一高いビルとなった。従来の超高層ビルでは、建物荷重を支持するため、フロア内に柱の骨組を分散して設置する必要があり、柱によってフロア面積が分断されていた。ファズラー・ラーマン・カーンによって考案されたチューブ構造は、当時の超高層建築における新機軸であり、より多くの面積をテナントに貸し出すことができるのと同時に、柱や壁によるくぎりのない開放的な間取りが可能になっていた。ツインタワーの外周構造は、高強度・高耐力の鋼製外周柱を密に配置したもので、フィーレンディール架構と呼ばれる強固な外壁構造を形成していた。タワーの各外壁面には59本の外周柱が短い間隔で立ち並んでいた。外壁面の長さは一辺あたり210フィート (64 m)だった。タワーの四隅には斜角がつけられていた。外周柱は事実上すべての水平荷重（風荷重など）を負担し、加えて鉛直荷重の一部をコア柱と分担するよう設計されていた。WTCの構造解析は、主にIBM 1620を用いて行われた。
ワールドトレードセンターの建設 設計
ツインタワーの外壁構造は、大量の規格化されたプレハブ部材を使用することにより組み立てられた。1個のプレハブ部材は、フロア3階分の高さの3本の外周柱を、帯状のスパンドレル梁で接合したものだった。外周柱は一辺が14 インチ (36 cm) の正方形の断面をもち、4枚の鋼板を溶接してつなぎ合わせることでつくられた。外周柱の板厚と、鋼材の規格は階層によって異なり、使用される鋼材の降伏強度には36,000 - 100,000重量ポンド毎平方インチ (260 - 670 MPa) の幅があった。高層階では支持する必要のある重量が減少するため、板厚・鋼材の強度は高層階になるほど減らされていた。チューブ構造の採用により、従来の設計にくらべて必要な鋼材は40パーセント減少した。7階から地上階、基礎までの範囲では、外周柱は10フィート (3 m) の間隔で設置されていた。すべての鉄骨柱は地下深くの岩盤で支持されていた。岩盤は、ミッドタウン・マンハッタン地区の浅い岩盤とは異なり、地表面下65 – 85フィート (20 – 26 m) の深部に位置していた。
ワールドトレードセンターの建設 設計
スパンドレル梁と外周柱は溶接によって一体化され、規格化されたプレハブ部材として、建設現場から離れた外部の組立工場で製作された。1個のプレハブ部材は奥行き (1.3 m)、高さはフロア3階分（2階分と、上下の端に2分の1階分）という寸法だった。隣接するプレハブ部材同士はボルトで接合され、接合部にあたる外周柱とスパンドレル梁の中央部には継ぎ目が生じた。スパンドレル梁は各階に設置されており、外周柱間でせん断応力を伝達することで、水平荷重に対して複数の外周柱が一体となって抵抗することを可能にしていた。プレハブ部材は、継ぎ目をもつ外周柱が同じ階で隣接しないよう、ずらして配置されていた。
ワールドトレードセンターの建設 設計
ツインタワーの構造コア部分には、エレベーターシャフトおよび多目的シャフト、トイレ、3カ所の非常階段、空調、その他の補助的スペース（保管場所など）が設けられていた。構造コアは87 × 135 フィート (27 × 41 m) の長方形のチューブ形状をしており、岩盤からタワー最上部まで伸びる47本の鉄骨柱（コア柱）を含んでいた。コア柱の板厚は66階から最上部に向けて徐々に減らされており、形状に関しても低層部では溶接組立箱形断面柱（ボックス柱）が、高層部ではH形断面柱が用いられた。設計上、1 WTC（北棟）の構造コアの長手方向は東西に、2 WTC（南棟）の構造コアの長手方向は南北に向いていた。コアには各タワーのすべてのエレベーターと、すべての非常階段（3カ所）が位置していた。非常階段は機械設備階に差しかかると、急行エレベーター設備室を迂回するためコアをいったん離れ、2カ所の迂回用階段に接続し、接続通路を介して再びコアに戻ってくるよう設計されていた。この設計により、2001年9月11日に航空機が突入した際も、2 WTC（南棟）のA階段は通行可能な状態を維持することができた。
ワールドトレードセンターの建設 設計
コア柱と外周柱との間に梁を渡して床を形成することにより、1本の柱も体力壁も存在しない広々とした空間が存在した。床構造は、無数のプレハブ化された床トラス部材によって形成された。ツインタワーにおける床構造は、自らの重量とフロア上の活荷重を支持するのと同時に、タワーの外壁構造に水平荷重に対する安定性を与え、また風荷重が外周柱間で分配されることを可能にしていた。フロアは、厚さ4インチ (10 cm) の軽量コンクリートスラブを鋼製デッキプレートの上に打設し、せん断接合で一体化したものだった。フロアを支持するのは、メイントラス部材につなぎトラス部材を直角に取りつけた格子状の構造だった。トラスのスパン（長さ）は、60フィート (18 m)のトラスと35フィート (11 m)のトラスが場所によって使い分けられた。トラスは、外周柱2本に対してひとつの間隔で取りつけられ、トラスとトラスの間には心々6.8-フート (2.1 m)の間隔があった。取りつけの方法として、トラスの上弦材が、タワー外壁のスパンドレル梁上に溶接された台座にボルトで固定された。反対側（コア柱側）でも同様に、トラスの上弦材がコア柱に溶接された梁（溝形鋼）にボルトで固定された。一方、トラスの下弦材は粘弾性ダンパーと呼ばれる装置を介してタワー外壁のスパンドレル梁につながっており、このダンパーの作用によってフロアにいる人間が感じる横揺れを低減させる構造になっていた。
ワールドトレードセンターの建設 設計
ツインタワーの107階から110階にかけては、ハットトラス（あるいはアウトリガートラス）と呼ばれる構造が存在していた。ハットトラスは、各タワーの最上部に設けられる高い通信アンテナの荷重を支持できるよう設計されていた。しかしながら、実際にアンテナが置かれたのは1 WTC（北棟）のみだった。（1978年設置）ハットトラスは構造コアの長手方向に沿って6列、短手方向に沿って4列のトラスを配して組み上げたもので、アンテナの支持のほかに、タワーの外周柱とコア柱を連結し、両者の間での荷重の再分配を行う機能をもっていた。
ワールドトレードセンターの建設 設計
耐火被覆材を吹きつけた鋼製の外周柱・コア柱によるチューブ構造は、エンパイア・ステート・ビルディングのような伝統的な建築物（鋼構造部材の耐火被覆に、厚く重い石材を使用する）と比較してより軽量であるが柔軟性があるため風荷重に対して横揺れしやすい性質をもっていた。WTCの設計には、コロラド州立大学とイギリス国立物理学研究所での風洞実験が用いられた。風洞実験により、ツインタワーがさらされる設計用風荷重の算定、および風荷重に対する構造物の応答の算定が行われた。ビル内部の人間が耐えられる横揺れのレベルも実験により評価された。被験者は「無料の視力検査」という名目で集められたが、実際の目的は再現されたビルの横揺れを与えることで、被験者がどの程度の横揺れまで問題なく耐えることができるかの評価だった。多くの被験者は否定的な反応を示し、めまいなどの体の不調を訴えた。横揺れを低減するため、主任技術者のひとりレスリー・ロバートソンは、アラン・G・ダヴェンポートとともに粘弾性ダンパーを開発した。タワーの外壁全体にわたって、粘弾性ダンパーが床トラス部材と外壁の接続部に設置され、いくつかのほかの構造上の改良とともに、横揺れを許容できるレベルに抑えた。