鉄鋼、アルミなどの金属は、腐食（サビ）によって自然と劣化していきます。

それらの金属が使用されている構造物で腐食が発生すると、強度低下をもたらし、崩壊の危険性が生じます。この国では腐食による経済損失が年間数兆円に達すると言われており、いかに腐食を防止するかが重要となっています。

腐食を防止する技術は「防食（ぼうしょく）」として知られており、現場ではさまざまな防食処理が実用化されています。

本記事では防食について学びたい方のために、防食処理方法や各種防食処理の効果などについて解説しています。

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防食の重要性

防食とは？

金属の腐食を防止するための対策を施すことを「防食」と言います。

腐食とは、化学的作用によって金属が溶け出し、形が損なわれる現象のことです。朽ちたようにボロボロになる現象であり、サビもその一種として知られています。

金属の腐食は、表面に水や酸素があるときに発生します。水と酸素は大気中に存在するため、金属が大気中に置かれた以上、腐食は発生し続けます。さらに海塩粒子が飛来する沿岸や海洋などでは、腐食の程度が大きくなります。

一方、ステンレス鋼やチタンのように、腐食が発生しづらい金属もあります。これらの金属には「耐食性（たいしょくせい）」と呼ばれる性質が備わっているため、腐食が発生しづらくなっています。

腐食のメカニズムや耐食性について詳しく知りたい方は、次の記事をご覧ください。

エンジニアが知っておきたい金属材料の「腐食」と「耐食性」の知識

鉄鋼などの金属材料は構造用材料として優れた材料ですが、大きな欠点があります。それは、腐食を起こすということです。腐食が起こると材料は劣化し、強度低下をもたらします。機械装置や構造物などでそれが起こると破壊に至り、大きな事故につながる可能性があります。そこで重要になってくる材料の性質こそが“耐食性”で...

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2025.02.21

腐食の怖さ

では、実際の機械や構造物において金属の腐食が発生するとどうなるのでしょうか。

「機械部品がサビついて動かなくなった」、「腐食によって見た目が悪くなった」ということは容易に考えられますが、もっとも怖いのは「崩壊」です。

腐食は金属が徐々に無くなっていくことを意味するため、板厚が減少していきます。これが部材の強度低下をもたらし、最悪の場合は崩壊に至ります。それがトンネルや橋梁などの社会インフラで発生した場合、大きな事故や災害につながる危れがあります。

そのため、腐食は甘く見てはいけない恐ろしい現象です。腐食が発生しやすい環境で金属を使用する場合は、腐食対策を取ることが重要となっています。

防食の効果

ここまで読んでいただき、防食の重要性が何となくお分かりいただけたかと思います。

機械や構造物が腐食しないようにするため、現場ではさまざまな対策が行われます。そこで現場で活かされている技術が「防食処理」です。

防食の基本は、環境中から腐食因子を取り除くこと、または腐食環境中から避けて使用することが第一です。しかし現実的にはそれが困難な場面が多くあり、その場合は対象物に直接手を施す防食処理が用いられます。

防食処理では、金属に表面処理などを施し、金属が腐食するのを防ぎます。防食処理を行うことでが機械や構造物の安全性が長期間維持され、腐食による崩壊などの事故を防止することができます。

防食処理の方法

防食処理の方法は、大きく分けると３つあります。

• 耐食材料を使用する方法

耐食材料を使用する方法では、対象物に高い耐食性を持った材料を使用することで防食します。

耐食材料には、ステンレス鋼、耐候性鋼、チタンなどがあります。材料によって得意とする腐食環境や強度などが異なるため、使用環境や必要な強度に応じて材料を選定することが可能です。しかし、塩化物イオン（Cl^–）による孔食などの発生に注意する必要があります。

本方法は、対象物を腐食させないようにする根本的な方法と言えます。ただし、実際に使用するさいは金属材料の知識がある程度必要となります。

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ステンレス鋼は普通の鋼と違い、高い耐食性をもつ鋼です。耐食性とは「腐食のしにくさ」のことですが、ステンレス鋼はその耐食性の高さから多くの部品に使用され、機械や構造物の耐久性向上に役立っています。しかしステンレス鋼は種類が多く、それぞれ材質も異なるため、扱うときに悩む人が多いのではないでしょうか。本記...

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2024.12.26

• 表面処理を施す方法

表面処理を施す方法では、防食したい金属の表面に被膜（塗膜）を形成することで外部環境との通気を遮断し、防食します。

この方法は、被膜によって金属内部への腐食因子の侵入を防ぐことが根本です。ただし、犠牲防食作用を持った塗膜を形成することによって防食する方法も取られています。

表面処理方法には「塗装」、「ライニング」などがあり、容易に防食できることから現場でも多く採用されています。もっとも手軽なものでは、保管中の一次的な防錆を目的とした防錆剤（サビ止め剤）の塗布が知られています。犠牲防食作用を利用した「亜鉛めっき鋼板」も表面処理法の一つとして分類されます。

• 電気を使用する方法

電気を使用する方法では、腐食環境中で金属に電気を送り、金属を腐食しない電位（防食電位）にまで変化させて防食します。この方法は、一般的に「電気防食法」として知られています。

水中や土壌中では、金属から環境中に電流（腐食電流）が流れることで腐食が生じます。電気防食法では、腐食電流に対抗して環境中から金属に電流を流し、腐食電流の発生を食い止めて腐食を防止します。

電気防食法は防食の効果が非常に高い方法ですが、イニシャルコストが高いというデメリットが存在します。

各種防食処理の紹介

ここでは、代表的な防食処理方法（表面処理、電気防食）を紹介します。それぞれのメリット、デメリットについても解説しています。

① 有機塗装

有機塗装は、有機系樹脂をバインダーとし、防錆顔料を金属表面に塗装する方法です。表面処理による防食法として古くから使用されています。

特に亜鉛粉末を用いた「ジンクリッチペイント」は、もっとも代表的な有機塗装防食法です。素地の金属よりも電位的に碑な亜鉛粉末を塗装することで、亜鉛の犠牲陽極作用によって素地の金属の腐食を抑制します。

有機塗装による被覆の厚さは、0.5～1mm程度となります。船舶や橋梁などの鋼製構造部材を防食するための下塗りとして、多く採用されています。

メリット

• 施工が容易
• 美装効果が大きい
• イニシャルコストが低い

デメリット

• 長期の防食は期待できない
• 衝撃に弱い
• 耐候性が劣る（エポキシ樹脂使用の場合）

② 有機ライニング

有機ライニングは、金属表面に有機系材料（樹脂）を被覆し、腐食因子の遮断を図る方法です。

本防食法は有機塗装法と比べ、被覆部の厚さが2～10mmと厚いことが特徴です。被覆させる材料としてはポリエチレン樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂などが用いられます。

土壌環境や海洋環境では主力の防食法となっており、水道管用配管、プラント配管、鋼管杭、鋼矢板などに用いられています。

メリット

• 大量生産可能で安価（ポリエチレン樹脂の場合）
• 耐久性に優れている
• 耐候性に優れている（エポキシ樹脂を除く）

デメリット

• 複雑な形状には適用困難（ポリエチレン樹脂の場合）

③ 金属ライニング

金属ライニングは、金属表面に耐食性が高い金属を被覆し、腐食因子の遮断を図る方法です。

現在使用されている防食法は有機ライニングが主流ですが、海洋構造物などでより長期間の防食を図りたいときに金属ライニングが使用されています。

被覆させる金属としては、耐海水性ステンレス鋼やチタンなどが使用されます。これらの金属を直接巻き付け、貼り付けまたは溶接により被覆させます。

メリット

• 耐久性が特に優れている
• 耐衝撃性に優れている
• 工事現場での取り扱いが容易

デメリット

• イニシャルコストが高い
• 異種金属接触腐食に注意

④ 非金属（無機）ライニング

非金属（無機）ライニングは、金属表面に非金属材料を被覆し、腐食因子の遮断を図る方法です。

被覆する材料には、モルタルやコンクリートなどが用いられます。既設の海洋構造物の防食補修・補強工法として用いられています。

メリット

• 耐久性に優れている

デメリット

• 現地施工に限られる

⑤ 複合ライニング

複合ライニングは、複数の材料を被覆材として用いて防食する方法です。高い耐久性を得られる特徴があります。

被覆材としては、石油ワックスの一種であるペトロラタムやセメントモルタルなどの防食用材料が用いられます。これを金属表面に被覆したのち、の上からFRPなどの強化プラスチックを保護カバーとして取り付けます。

複合ライニングは、海洋桟橋の足（鋼管杭）などに用いられています。

メリット

• 耐久性が優れている
• 水中施工が可能

デメリット

• 現地施工に限られる

⑥ 電気防食

電気防食は、腐食環境中で金属に直接電流を流し、金属が腐食しない電位になるよう操作して防食する方法です。

電気防食には「流電陽極方式」と「外部電源方式」があります。どちらも腐食環境中に電極を置き、防食したい金属に向けて電気を流すことで金属からの腐食電流の発生を抑え、防食します。

流電陽極方式では、防食したい金属よりも碑な金属（亜鉛、アルミなど）を陽極として置き、犠牲防食作用によって金属を防食します。外部電源方式では、腐食環境中に設置した電極を通じて、外部電源から直接電流を流して防食します。

電気防食は、主に海水中や海底土中で用いられています。

メリット

• どのような腐食環境でも確実に防食できる
• 防食の信頼性が高い

デメリット

• イニシャルコストが割高
• 電気代がかかる（外部電源方式の場合）

おわりに

本記事では、金属の防食処理について解説してきました。

防食についてもっと詳しく知りたいと思われた方は、以下の本を手に取ってみてください。

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鉄鋼業界についてネットで調べてみると、「将来性がない」、「オワコン」といったワードが出てきます。

このようなワードを見てしまうと鉄鋼業界に対して不安を覚えますが、本当にそうなのでしょうか。

結論を言うと、鉄鋼はオワコンではありません。鉄鋼業界はこの先も魅力があり、将来性がある業界です。

本記事では、その理由について詳しく解説しています。鉄鋼業界への就職を考えている学生さんや、鉄鋼業界に関わっている社会人さんに役立つ内容となっています。

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鉄鋼業界の立ち位置

まずはじめに、ものづくり業界における鉄鋼業界の立ち位置について確認しておきましょう。

ものづくり業界では、鉄鋼を使ってさまざまな製品が作られています。

鉄鋼が使われている製品の例を挙げると、自動車、船舶、家電、スマートフォン、工作機械、建設機械などが挙げられます。自動車に至っては骨格構造部、ドア、パネル、エンジン部品などの至るところに鉄鋼が使われており、重量の約70%を鉄鋼が占めています。

ビル、橋梁、鉄道、発電所、石油プラントなどの公共物や社会インフラにも多くの鉄鋼が使われています。多くの方が気づいてないだけで、世の中の多くの製品に鉄鋼が使われています。世の中にある金属製品の90%以上は、鉄鋼だとも言われています。

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2024.12.14

これらの製品を作っている自動車メーカー、機械メーカー、建設会社などに対し、必要な材質や強度をもつ鉄鋼を作り、販売しているのが鉄鋼業界です。

鉄鋼業界の主要企業である鉄鋼メーカーは、鉄鉱石や鉄スクラップからさまざまな鉄鋼を作り、各種産業分野に向けて販売しています。鉄鋼メーカーから鉄鋼を仕入れた企業は、それを加工して最終製品を作っています。

つまり、鉄鋼業界はものづくり業界の心臓部とも言える存在です。鉄鋼業界から供給される鉄鋼が無ければ、ものづくり業界が成り立ちません。

当たり前のように自動車や家電があり、道路やビルが発達しているのは鉄鋼があるおかげです。このように、鉄鋼業界はものづくり業界にとっても、社会にとっても重要な存在となっています。

主要な鉄鋼メーカー３社

以下は、国内鉄鋼業界における主要な鉄鋼メーカー３社です。この３社だけで、国内粗鋼生産量のシェアを約８割占めています。

• 日本製鉄・・・総合力世界No.１を掲げる国内最大手の鉄鋼メーカー。国内粗鋼生産量で約４割のシェアを割占める。
• JFEスチール・・・国内２番手の大手鉄鋼メーカー。積極的な海外展開を行って収益を伸ばしている。
• 神戸製鋼所・・・国内３番手の大手鉄鋼メーカー。鉄鋼以外にアルミや産業用機械などの事業も手掛ける。

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2024.10.16

日本の鉄鋼業界の強み

世界的に見たとき、日本の鉄鋼業界はどのような強みを持っているのでしょうか。

日本の鉄鋼業界の強みは、大きく３つあります。

• 世界３位の鉄鋼生産能力
• 柔軟なグローバル展開能力
• 高級鋼材の製造技術力

これらのことについて、以下で詳しく解説していきます。

① 世界３位の鉄鋼生産能力

日本は戦後、鉄鋼生産能力を大きく成長させてきた国です。その歴史を辿ってみましょう。

下のグラフは、世界と日本の「粗鋼生産量（そこうせいさんりょう）」の長期推移を表したグラフです。粗鋼生産量とは、鉄鉱石や鉄スクラップから生産された鉄鋼の量のことで、国力や景気の動向を表わす指標ともなっています。

1960年頃から1970年頃にかけて、日本の粗鋼生産量は驚異的に伸びています。この頃の日本は高度経済成長期にあり、社会インフラの整備にともなって鉄鋼の需要が大幅に増加したため、粗鋼生産量が著しく伸びました。

1972年には粗鋼生産量が大台の１億トンを突破し、1979年には粗鋼生産量で世界２位だったアメリカを抜いています。日本が鉄鋼産業で世界的な地位を確立した瞬間です。

その後は今日まで、日本の粗鋼生産量は１億トン前後で推移しています。現在、中国とインドの経済成長が著しいことから、それらの国が粗鋼生産量で上位を占めています。特に中国の成長が著しく、10億トン以上の粗鋼生産量を誇ります。実に日本の10倍以上の生産量です。

それでも日本は、世界３位の粗鋼生産量を保っています。人口で言えば日本は中国やインドの10分の1程度であるため、人口に対する鉄鋼生産能力を考えると、優れた成績と言えます。

筆者

粗鋼生産量で世界３位を誇る日本は、まさしく世界に肩を並べる鉄鋼大国です。

② 柔軟なグローバル展開能力

日本の鉄鋼業界はグローバルに展開しており、海外事業で大きな収益を上げています。

日本は、アジアなどの新興国を中心とした多くの国に鉄鋼に出荷しています。日本鉄鋼連盟によると、2023年の鉄鋼輸出量は3,270万トンでした。出荷額にして4兆5,000億円で、自動車、半導体等電子部品に次ぐ規模の輸出額となっています。鉄鋼は国の経済にも大きな影響を与えていることがわかります。

また日本は、鉄鋼の製造拠点を世界各国に持っています。日本製鉄は世界15か国に製造拠点を持ち、JFEスチールは世界18の地域に活動拠点を持っています。海外で鉄鋼の生産、販売を行うことで現地での需要を取り込み、収益を上げています。

日本は、新興国や途上国に対する技術支援も積極的に行っています。日本製鉄はこれまでに、韓国の鉄鋼メーカーであるポスコに資金援助と技術供与を行っています。また、中国の国家プロジェクトに関わって上海に大型一貫製鉄所を建設し、鉄鋼事業の立ち上げを支援しています。

このように日本の鉄鋼業界は世界を牽引する存在であり、世界の成長を支えています。

筆者

近年は、日本の鉄鋼メーカーによる海外メーカーの買収も積極的に行われています。その理由は、生産量と収益の拡大を図るためです。

③ 高級鋼材の製造技術力

日本は高度経済成長期以降、鉄鋼生産能力を大きく伸ばしてきました。それと同時に、技術力も飛躍させてきました。

「鉄鋼はどれも同じ」と思われている方がいるかもしれませんが、決してそのようなことはありません。鉄鋼は「合金元素の配合比率」や「熱処理条件」などによって強度、加工性、耐食性などの材料特性が変化します。これらをうまく調整することで、さまざまな種類の鋼材を作ることが可能となります。（鋼材とは、板や棒などの形に成形された鉄鋼材料のこと。）

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日本の鉄鋼メーカーは高度なプロセス制御技術を持っており、高い品質と機能性をもつ鋼材を作ることを得意としています。これにより、さまざまなニーズに合った優れた鋼材をいくつも開発してきました。「ハイテン」や「電磁鋼板（でんじこうはん）」はその代表格とも言える鋼材で、これらの製品は品質と機能性の高さから「高級鋼材」と呼ばれています。

ハイテンとは？

ハイテンとは「高張力鋼板（こうちょうりょくこうはん）」のことで、薄くて軽いのに高い強度を持つ鋼材です。自動車の骨格構造部やドア、パネルなどに適用することで自動車が軽くなり、燃費が向上してCO₂排出量を削減する効果があります。

ハイテンは強度レベルが440MPa～980MPa級のものが主流ですが、日本の鉄鋼メーカーは1,500MPaを超える強度レベルのハイテン（超ハイテン）を開発しています。この超ハイテンは世界最高水準の強度レベルであり、製造に高度な技術を要することから、海外の鉄鋼メーカーは作れません。

ハイテンについてもっと詳しく知りたい方は、以下の記事をご参照ください。

【スーパー鉄鋼材料】ハイテンとは？どんな材料なのか徹底解説！

「ハイテン」と呼ばれる高機能材料を知っていますか？あまり聞いたことがないかもしれませんが、ハイテンは身近な“あるもの”に欠かせない材料であり、社会課題の解決に大きく貢献しています。また日本はハイテンで世界最高水準の技術力を持っており、他国を圧倒しています。しかし、その凄さは一般にはあまり知られていま...

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2025.01.05

筆者

日本の鉄鋼技術力は世界トップレベルで、品質と機能性が高い「高級鋼材」の製造を得意としています。高級鋼材は最終製品の機能を向上させる効果があるため、世界で高く評価されています。

鉄鋼業界が直面している危機

鉄鋼業界は社会的な変動の影響を受けやすいため、決して安泰な業界ではありません。いま鉄鋼業界は、次のような危機に直面しています。

• 鉄鋼内需の低迷問題
• 世界的な鉄鋼の過剰生産問題
• 産業部門最多のCO₂排出量問題

これらのことについて、以下で詳しく解説していきます。

① 鉄鋼内需の低迷問題

2000年以降、鉄鋼は内需（日本国内の需要）の低迷が続いています。

鉄鋼の内需は、ピーク時の1990年（バブル期）には9,400万トンありました。その後内需は半減し、2023年には4,500万トンにまで落ち込みました。

内需が低下している主な要因は、国内のインフラ整備が一段落したことと、人口減少が進んでいることです。現在の日本は人口の割合に対して十分な量のインフラが整っていることから、鉄鋼の需要が減ってきています。

この先、都市再開発や老朽化したインフラの改修にともなう鉄鋼内需はあるものの、内需が大きく回復することは無いと見込まれています。このような状況にあることから、国内では閉鎖に追い込まれている製鉄所も登場しています。

2023年には、主力の製鉄設備を持っていた日本製鉄の瀬戸内製鉄所呉地区が事業を停止しました。他の鉄鋼メーカーでも生産能力の縮小や、事業の見直しを迫られています。国内での売り上げが望めない以上、海外での売り上げ比率を高めることが課題となっています。

筆者

国内では鉄鋼の需要が低迷していますが、鉄鋼メーカー各社は、需要がある新興国向けに事業展開するビジネスモデルに切り替えています。

② 世界的な鉄鋼の過剰生産問題

日本国内における内需の低迷とは裏腹に、世界の粗鋼生産量は2000年以降に爆発的に増加しています。

2000年には8.5億トンだった世界の粗鋼生産量は、2021年には過去最高の19.6億トンに達しました。生産量のほとんどは、ここ20年の間に大きく経済成長を遂げた中国によるものです。現在、中国が世界の粗鋼生産量の半分以上を占めています。

その結果、鉄鋼が過剰に生産され、消費しきれず、いわゆる「鉄あまり」の状況が起こっています。これによって鉄鋼の需給バランスが崩れ、鉄鋼市場では鉄鋼価格が押し下げられています。日中貿易摩擦の影響もあり、日本は世界の鉄鋼市場で苦戦を強いられています。

中国は東南アジアに製鉄所を建設するなど、AEAN展開も図っています。ASEANは日本が事業展開を推し進めてきた重要拠点であり、中国の海外進出は日本にとって驚異の存在となっています。

筆者

日本を含む26か国・地域が参画するグローバル・フォーラム「GFSEC」では、鉄鋼過剰生産問題の解決に向けて協議が行われています。しかし、具体策の実行には至ってない状況です。今後の協議が注目されます。

③ 産業部門最多のCO2排出量問題

次のグラフは、産業部門別のCO₂排出量（2022年度分）を示したグラフです。このグラフを見ると、鉄鋼部門は全産業部門の中でもっとも多くのCO₂を排出している部門であることが分かります。

鉄鋼部門からのCO₂排出量が多い理由は、高炉生産の比率が高いことにあります。

製鉄方式には、高炉方式と電炉方式の２式があります。日本は鉄鋼生産量の約75%を、高炉方式に頼っています。

高炉方式はCO₂の排出量が圧倒的に多く、電炉方式の約５倍となっています。ただし、不純物が少ない高品位な鉄鋼を生産でき、また大量生産に向いていることから、高炉は欠かせない製鉄方式となっています。

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日本は鉄鋼業が盛んな国で、多くの鉄を生産しています。鉄を作る炉のことを“製鉄炉”と言いますが、いま地球環境に優しい製鉄炉として“電炉”が注目されています。また、従来主流であった“高炉”を“電炉”に置き換える動きも加速しています。そもそも高炉とは何か、電炉とは何か、本記事ではそれらについて分かりやすく...

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2024.12.22

世界的な流れとして、深刻化している気候変動問題を解決するためにCO₂排出量を削減することが急務となっています。日本では、2050年までにCO₂排出量を実質ゼロにすること（カーボンニュートラル）を目指しています。その実現のため、鉄鋼業界からのCO₂排出量を削減することが大きな課題となっています。

筆者

現在、鉄鋼業界一丸となってCO₂排出量を削減する取り組みが進められています。例えば高炉方式から電炉方式への製鉄方式の切り替えや、CO₂が発生しない製鉄技術（高炉水素還元製鉄技術）の開発が進められています。

鉄鋼業界の展望

前述の通り、鉄鋼業界はいくつかの危機に直面しています。そんな中でも、鉄鋼業界には将来性ある展望が３つあります。

• 世界的に鉄鋼需要が増加する
• 高機能鋼材市場の成長が見込まれる
• グリーン鋼材市場の成長が見込まれる

これらのことについて、詳しく解説してきます。

① 世界的に鉄鋼需要が増加する

世界の鉄鋼需要は、将来的に見ると増加することが見込まれています。

その理由は、インドやASEANなどの新興国で人口増加や経済成長が起こり、インフラの整備が必要になるためです。2015年に約17億トンだった粗鋼生産量は、2050年には約27億トンにまで増加するという試算が出ています。

日本の鉄鋼業界は、このような世界的な鉄鋼需要増に乗じて、この先も一定量の鉄鋼生産量を確保できると推測されます。

筆者

日本国内の鉄鋼需要は低迷していますが、世界的には鉄鋼の需要が増加するため、鉄鋼業界にとって大きなチャンスと言えます。

② 高機能鋼材市場の成長が見込まれる

世界的に鉄鋼の競争が激化している中、日本の鉄鋼業界を下支えすると見られているのが「高機能鋼材市場」です。

日本は高機能鋼材の分野で、他国に負けない高度な技術力を持っています。その代表的な製品が、先ほど解説した「ハイテン」や「電磁鋼板」などの高級鋼材です。これらの製品は社会課題を解決できる可能性を秘めているため、いま需要が高まっています。

例えばハイテンは、自動車を軽くして燃費を向上させるため、CO₂排出量の低減を実現しています。電磁鋼板は電気自動車の性能を高めるため、電気自動車の普及に貢献しています。このように高機能鋼材は、社会課題解決にポジティブなインパクトを与えます。

また、「高耐食性建材」や「高清浄度軸受鋼」などの特殊鋼も見逃すことができません。これらの特殊鋼を各種機器に適用すると、機器のメンテナンス頻度を抑えたり、寿命を高めたりできます。将来的に普及が見込まれる洋上風力発電機器などの材料に採用されることが期待されます。

いま世界的に「脱炭素化」や「SDGs」に対する関心が高まっているため、このような日本製の高機能鋼材は世界市場で十分に戦える武器になると言えます。

筆者

鉄鋼はポテンシャルが高く、さらに進化する可能性を秘めています。その可能性を引き出せる技術力がある日本は、高機能鋼材市場をリードしていくものと思われます。

③ グリーン鋼材市場の成長が見込まれる

グリーン鋼材とは、製造時のCO₂排出量が少ない鋼材のことです。

世界的に気候変動問題への対応が急がれる中、グリーン鋼材が大きく注目されています。2050年には、グリーン鋼材が世界の鉄鋼市場の半分を占めることが予想されています。そのため、これからは高品位な鋼材であっても、グリーンでなければ市場に参入できない可能性があります。

すでに鉄鋼メーカー各社はグリーン鋼材の製造に着手しており、販売を開始しています。日本の鉄鋼業界はグリーン鋼材市場で主権を取ることが期待されます。

究極は、製造中のCO₂排出量をゼロにすることです。ただし、今のところCO₂排出量をゼロにできる製鉄技術は世の中に存在しません。

現在日本では、超革新的な製鉄技術を開発するプロジェクト「COURSE50」や「Super COURSE50」が進行しています。このプロジェクトは、官民一体となって進められている大型プロジェクトです。「高炉水素還元製鉄技術」などを2025年頃までに実用化し、2050年頃までに普及することを目指しています。

「高炉水素還元製鉄技術」が実現すると、高炉からのCO₂排出量を大幅に削減することができます。試験段階では、日本製鉄がすでに43%という世界最高水準のCO₂削減率を達成しています。今後の実用化、運用が期待されます。

おわりに

日本の鉄鋼業界の強み、直面している危機、展望等について解説してきました。

「鉄鋼業界は将来性がない」、「鉄鋼はオワコン」などと揶揄されることがありますが、決してそのようなことはありません。鉄鋼は社会、いや世界を支える重要な材料であり、今後もそれは変わらないからです。

ただし、中国による台頭、CO₂排出量の問題など、日本の鉄鋼業界が逆風に立たされているのも事実です。しかし日本の鉄鋼業界は、世界に誇れる技術で成長を遂げてきた歴史があります。これからも社会課題を解決するような新しい鉄鋼を開発することが期待されます。

このように鉄鋼業界は魅力的であり、将来性があります。もっと鉄鋼業界のことを詳しく知りたい方は、ぜひ次の書籍を読んでみてください。

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「ハイテン」と呼ばれる高機能材料を知っていますか？

あまり聞いたことがないかもしれませんが、ハイテンは身近な“あるもの”に欠かせない材料であり、社会課題の解決に大きく貢献しています。

また日本はハイテンで世界最高水準の技術力を持っており、他国を圧倒しています。しかし、その凄さは一般にはあまり知られていません。

本記事では、ハイテンが一体どのような材料なのか、また、なぜ社会課題の解決に大きく貢献しているのか、それらについて徹底解説しています。

文系の方や、材料に詳しくない方でもわかりやすい内容となっています。ぜひ最後までご覧ください！

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鋼（はがね）の基礎知識

ハイテンのことについて知る前に、基礎知識として「鋼（はがね）」のことを理解しておきましょう。

「鋼がどういうものか」を理解されている人は、ここを読み飛ばしても大丈夫です！

鋼とは？

「鋼」は、あらゆる金属材料の中で最も身近で重要性の高い金属材料として、さまざまな場面で利用されています。

鋼とは、一体どのような金属なのでしょうか？

鋼とは、「鉄（Fe）と炭素（C）の合金」のことです。

ここで合金とは、２種類以上の元素が混ぜ合わさってできた金属のことを言います。

つまり、鋼は「鉄と炭素が混ぜ合わさってできた金属」であり、構造的には鉄の結晶中に炭素の原子が溶け込んだ構造になっています。

これが鋼の正体です。しかし、実際に溶け込んでいる元素は炭素だけではなく、シリコン（Si）やマンガン（Mn）などの元素も溶け込んでいます。鋼は、鉄とさまざまな元素の組み合わせによってできているのです。

基本的に鉄は“もろい”

実は材料工学的に見ると、鉄そのものはあまり強度がなく、もろい金属です。

高層の建築物を支える材料に使おうものなら、大きな負荷に耐えられず、容易に曲がってしまいます。そのため、そのまま材料として使用することはできません。

しかし、鉄に0.02～2%程度の炭素を混ぜると、強度が向上します。強い衝撃や荷重を受けても、粘り強く耐えることのできる強靭（きょうじん）な金属材料となるのです。

そのため、鉄はほとんどの場合「鋼」の状態で使用されます。材料として使用される鋼のことを「鋼材（こうざい）」または「鉄鋼（てっこう）材料」と言います。

鋼材は硬く、強い材料の象徴としてビル、橋梁、車両、機械、プラント設備などの構造物に使われ、人々の暮らしを影で支えています。

そう、普段私たちが「鉄」と言って指しているものは、ほとんどが「鋼」なのです。

本記事の主役であるハイテンも、鋼の一種です。

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2024.12.14

ハイテンとは？

鋼について予備知識を得たところで、ここからが本題です。ハイテンについて深掘りしていきましょう。

ハイテンとは、一体どのような材料なのでしょうか？

軽くて強い「高張力鋼板」のこと

ハイテンは、“High Tensile Strength Steel Sheet（ハイ・テンサイル・ストレングス・スチール・シート）”の略称です。

それぞれの英単語の意味は、次の通りです。

• High（ハイ）＝高い
• Tensile（テンサイル）＝引張り（ひっぱり）
• Strength（ストレングス）＝強さ
• Steel（スチール）＝鋼
• Sheet（シート）＝板

これらの単語をつなぎ合わせると、「高い引張り強さの鋼の板」となります。

つまり、ハイテンとは「高い引張り強さを持つ鋼板（こうはん）」のことです。

ここで「引張り強さ」とは、材料の強度を示すパラメータの一つです。「300MPa（メガパスカル）」のように数値で表され、別名「張力（ちょうりょく）」とも呼ばれます。

そのため、ハイテンは日本語で言い表すと「高張力鋼板（こうちょうりょくこうはん）」となります。

鋼板って？

「鋼板」とは、圧延（あつえん）と呼ばれる方法で板状の形に作られた鋼材のことです。扱いやすく、機械や構造物などの製作において欠かせない材料です。

一般的な話をすると、鋼板の板厚（いたあつ）は最終製品の強度に影響します。

鋼板は、板厚が小さくて薄いほど変形しやすくなり、大きな負荷に耐えられる力が弱くなります。逆に板厚が大きくて厚いほど変形しにくくなり、大きな負荷にも耐えられます。しかし、そのぶん重くなってしまいます。

ハイテンの場合はもともとの強度が高いため、板厚が小さくて薄くても、大きな負荷に耐えられる力を持っています。

板厚が小さいということは、材料が軽いことを意味します。つまり、ハイテンは“軽くても強度がある材料”ということになります。これが、ハイテンの大きな特徴です。

ハイテンが持つ優れた機能

ここまでを要約すると、ハイテンとは高い引張強さを持つ鋼板のことで、別名「高張力鋼板」と呼ばれます。そして、「軽くて強い材料」であることが特徴です。

しかし、ハイテンはただ軽くて強いだけではありません。

ハイテンが持つ優れた機能をまとめると、次のようになります。

• 軽くて高強度である
• 成形性が高い
• 溶接性が高い
• 耐食性が高い

ハイテンはこれらの優れた機能を合わせ持つ材料であり、これが最終製品の機能向上に役立っています。鉄鋼材料としては技術性の高い材料であり、ハイテンはまさしくスーパー鉄鋼材料です。

ハイテンが具体的にどのような機能や技術を持っているかについては、本記事内でじっくり解説しています。

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2024.12.14

どのくらいの強度を持つ？

では、具体的にハイテンはどのくらいの強度を持っているのでしょうか？ここでは、単純に引張り強さのことを「強度」と呼ぶことにします。

一般的な鋼板として知られる“SPHC”（熱間圧延軟鋼板の一種）は、保証されている強度が270MPaです。純鉄の強度が250MPa程度なので、純鉄より少し高い強度です。

これに対してハイテンは、およそ440MPa以上の強度を持ちます。

ここで“およそ”としたのは、ハイテンには明確な強度の定義がないためです。

かつては、340MPa以上の強度を持つ鋼板がハイテンとみなされていました。その後、技術開発が進んでハイテンの強度が引き上げられ、440MPa以上の強度を持つものがハイテンの主流となりました。そのため、ここではおよそ440MPa以上の強度を持つ鋼板のことをハイテンと呼んでいます。

超ハイテンの強度は「980MPa以上」

先述したように、ハイテンは過去の技術開発によって強度が引き上げられてきました。そのため、現在ではさまざまな強度のハイテンがあります。

現在実用化されているハイテンの強度は、主に440～1470MPaです。

強度が980MPaを超えるものはハイテンの中でもかなり高強度なグレードであり、「超ハイテン」または「ウルトラハイテン」と呼ばれています。超ハイテンは、それほど革新的な強度を誇ります。

最近では1500MPa級のハイテンや1700MPa級のハイテンも開発されており、将来的には2GPa（ギガパスカル）を超えるハイテンの開発も期待されています。（※2GPa＝2000MPa）

ハイテンは“あるもの”に欠かせない

ここまでの解説通り、ハイテンとは「高い強度を持つ鋼板」のことです。

そんなハイテンは、“あるもの”を作るときに欠かせない材料となっています。

それは、「自動車」です。

現在、ほとんどの自動車にハイテンが使用されており、「ハイテン＝自動車用の材料」とさえ認識されているほどです。

実際、自動車のどのような場所にハイテンが使用されているのでしょうか？

そのことがよくわかる資料をホンダが公開しています。

左の図は、2024年3月にホンダから発売された新型アコードの骨格構造を示しています。右のグラフは、骨格構造に使用されている鋼材の使用率を強度別に表したものです。

これを見ると、骨格構造の各所に440MPa級、590MPa級、780MPa級、980MPa級のハイテンが使用されていることがわかります。

比率では、全体の53.7%を占める箇所にハイテン（440MPa級以上）が使用されています。

部位別では、センターピラー、ルーフサイドレール、メンバーといった重要な骨格部に強度の高いハイテンが使用されています。上の図では示されていませんが、シャシー、パネルといった部分にもハイテンが使用されています。

このように、ハイテンは自動車のボディに多く使用されており、自動車の構造として機能しています。私たちの身近な存在である自動車の見えないところで、ハイテンは活躍しているのです。

自動車の材料にハイテンが欠かせない理由については、次に解説します。

ハイテンが自動車に欠かせない理由とは？

では、なぜハイテンが自動車の材料に欠かせないのでしょうか？

その理由は、大きく２つあります。

① 衝突安全性が向上する

自動車の材料にハイテンが欠かせない１つ目の理由は、衝突安全性が向上するためです。

衝突安全性とは、自動車がものと衝突したさいに、乗員を安全に保護できる程度のことです。

自動車は走行中に衝突事故を起こすと、衝突の程度によっては車体が大きく変形してつぶれてしまい、乗員を危険な目にさらしてしまいます。そのため、自動車のボディには、万が一の衝突時にも強い衝撃に耐えられる頑丈な作りが求められます。

そこで乗員が入る空間をハイテンで覆うと、強い衝撃に耐えられる頑丈なボディとすることができます。

近年、衝突安全性要求の高まりによってボディのさらなる高強度化が進んでいます。

② 車体を軽量化できる

自動車の材料にハイテンが欠かせない２つ目の理由は、車体を軽量化できるためです。

自動車のボディは鋼材、アルミ材、樹脂など、さまざまな材料で構成されています。

その中でも鋼材は主要な材料であり、車体重量の約70%を鋼材が占めています。そのため、車体重量は大きなものとなっています。

そこで鋼材をハイテンに置き換えると、小さな板厚でも車体の強度を確保することができ、車体を軽量化できます。

ハイテンは高強度材であるほど、その軽量効果は大きくなります。

上の図は、各強度のハイテンの重量削減効果を示したものです。同じ強度を確保するとき、590MPaのハイテンでは板厚が2.4mm必要となるところ、1500MPaのハイテンでは1.6mmの板厚で済みます。この場合、33%の重量削減効果があります。

軽量化はCO₂の削減につながる

国土交通省によると、国内におけるCO₂総排出量のうち、自動車からのCO₂排出量が約２割を占めています。（※2022年時点）

そのため、自動車からのCO₂排出量を抑制することは重要な課題となっています。その有効策の一つとされているのが、車体重量の削減です。

車体重量とCO₂排出量には相関性があります。下の図をご覧ください。

この図を見てわかるように、車体重量が大きくなると、CO₂排出量も増加していきます。そのため、CO₂排出量を抑制するには車体重量をできるだけ減らすことが重要になります。

ハイテンの使用は車体重量を低減させるため、ハイテンは「CO₂排出量を抑制してくれる材料」とも言えます。

ハイテンの高強度化技術とは？

鋼が持つ強度を最大限に引き出すために、ハイテンは高度な材料技術を駆使して製造されています。そこで活用されている技術が、“金属組織の制御技術”です。

少し専門的な話になりますが、ここではその技術について解説します。

鋼の強化法について

一般的に、鋼は次の強化法を利用することで高強度化を図ることができます。

• 固溶強化法
• 析出強化法
• 加工強化法（転位強化法）
• 変態組織強化法
• 結晶粒微細化強化法

この中でも、合金元素の添加によって鋼の強化を図る「固溶強化法」や「析出強化法」は、鋼材の製造においてよく利用されている強化法です。

鋼中に合金元素を添加すると、鋼の変形を抑える効果が生まれ、鋼の強化を図ることができます。鉄に炭素を添加すると強度が向上するのも、この固溶強化によるものです。クロム（Cr）、モリブデン（Mo）、ニオブ（Nb）、バナジウム（V）なども、鋼を強化する効果があります。

これらの強化法を利用すると容易に鋼の強化を図ることができますが、高強度化しようとするほど多くの合金元素を添加する必要があります。その場合、材料の溶接性が低下する問題が発生します。

溶接性とは

溶接性とは、割れなどの溶接欠陥を発生させずに溶接することができる程度のことです。

合金元素の含有量が多い鋼を溶接すると、その箇所が急激に冷やされることによって割れが発生したり、強度が低下したりすることがあります。

自動車の骨格構造やシャシーは、鋼材どうしを溶接でつなぎ合わせているため、鋼材には溶接性の良さが求められます。

そのため、ハイテンは多量の合金元素の添加に頼った強化法ではなく、主に“変態組織強化法”を駆使して鋼の高強度化を図っています。

変態組織強化法とは

変態組織強化法とは、金属組織を変態させ、硬い金属組織を作ることで鋼を強化する方法のことです。

ここで金属組織とは、結晶のでき方によって異なって現れる金属の相（そう）のことです。

金属の内部では、原子が規則正しく配列することによって結晶を作っています。

その金属に合金元素を添加して組成（元素の組み合わせ比率のこと）を変えたり、熱処理（加熱後に冷却する操作のこと）を施したりすると、結晶の種類や大きさなどが変化し、異なる金属組織を生み出します。

鋼の金属組織

鋼は主に次の金属組織を作ることができ、それぞれ持っている性質が異なります。

• フェライト　　：軟質で、伸びやすい組織
• パーライト　　：やや硬質で、伸びがある組織
• ベイナイト　　：硬質で、伸びが少ない組織
• マルテンサイト：非常に硬質で、ほとんど伸びない組織

これらの金属組織は、生成する条件があります。例えば鋼が900℃程度に加熱され、高温の状態では金属組織はオーステナイトになります。

この状態から鋼をゆっくり冷却させると、金属組織は軟質組織であるフェライトと、やや硬い組織であるパーライトの混合組織になります。材料は、低強度で比較的加工しやすい材料になります。

一方、高温の状態から急速に冷却させた場合は、金属組織は非常に硬質な組織であるマルテンサイトになります。材料は、高強度で比較的加工しにくい材料になります。

このとき、炭素の含有量は金属組織の硬さに影響し、炭素の含有量が多い場合は、より高強度な材料となります。

このように、鋼を加熱し、冷却させることで金属組織が変態し、鋼の性質が変わります。さらに、冷却速度を変えることで生成される金属組織も変わり、鋼の強度を向上させることができます。

これが、変態組織強化法のメカニズムです。

高強度化のカギは“精密なプロセス制御”

変態組織強化法では、熱処理によって金属組織を調整することで、目的とする機能の材料を得ます。

しかし、材料の機能を正確にコントロールすることは簡単なことではありません。加熱温度、加熱時間、冷却速度などのわずかな違いが、材料に異なる機能をもたらしてしまうからです。

材料の成分も、ppm（百万分の一）単位のわずかな違いが材料の機能に影響してしまいます。

高強度な材料を作るためには、熱処理プロセスを精密に制御する必要があります。成分調整においても、不純物を極限まで減らす、的確な組成にするなどの技術が求められます。

ハイテンでは、「強度」、「成形性」、「溶接性」、「耐食性」などの機能のバランスが最適になるように、高度な技術でプロセスを管理し、金属組織を精密に制御し、材料を作りこんでいます。

この精密な組織制御技術が、高強度なハイテンを生み出しています。

ハイテンの成形性向上技術とは？

鋼の高強度化において問題となるのが“成形性の低下”です。

ハイテンは、その問題を改善するためのアプローチが積極的に行われている素晴らしい材料です。

ここでは、強度と成形性の関係性や、ハイテンの成形性向上技術について解説します。

高強度化は“成形性の低下”をもたらす

自動車用の部品は材料を加工して作られますが、このとき材料の成形性がきわめて重要な性質になります。

成形性とは、「割れを生ずることなく材料を成形させられる程度」のことです。

車体構造やシャシーなどの部品は、鋼板を金型ではさんでプレス成形することによって作られています。

金型の内部では鋼板を曲げたり、伸ばしたりする操作が行われることで、３次元的な形状の部品が作られます。そのため、鋼板には「曲げやすい性質」や「伸びやすい性質」などが求められます。

この「曲げやすい性質」や「伸びやすい性質」こそが成形性です。

しかし、高強度の鋼では、これらの性質が低下してしまいます。一般的に鋼は強度が上がると、伸び（＝延性）が低下する傾向にあるからです。

鋼板をプレス成形するさい、鋼板の延性が低い（強度が高い）と成形中にシワや割れが発生してしまい、きれいな部品を作れません。逆に鋼板の延性が高い（強度が低い）と、成形中にシワや割れを発生させることなくきれいな部品を作ることができます。

つまり、強度と成形性は相反する性質にあり、高い強度を持つ鋼材では見過ごせない課題となります。

高い強度を持つハイテンでは、その課題を改善するために積極的な技術開発が行われています。そこで活かされているのが、“成形性向上技術”です。

高成形性ハイテン「DP鋼板」と「TRIP鋼板」

ハイテンはこれまで、試行錯誤を繰り返しながら成形性を向上させる技術の開発が試みられました。

ハイテンの成形性を向上させるために活かされた技術が、やはり“金属組織の制御技術”です。

「高い強度」と「高い成形性」を両立させたハイテンを実現するために、金属組織をうまく制御し、高い成形性を持つハイテンを実現させてます。

その中でも特に機能性に優れ、代表的なハイテンが「DP鋼板」と「TRIP鋼板」です。

DP鋼板

DP鋼板は、「フェライト」と「マルテンサイト」の二相組織を持つハイテンです。DPは“Dual Phase（デュアル・フェーズ）”の略で、「二相」の意味を持ちます。

DP鋼板の設計思想は、軟質な相（フェイライト）でプレス成形時の伸びを確保し、硬質な相（マルテンサイト）で高い強度を確保しようというものです。それを実現するために、金属組織は軟質なフェライト地に硬質なマルテンサイトが分散した組織となっています。

そのため、DP鋼板は高い成形性を持ちながら、590MPa～980MPa級の引張り強さを持つ高強度なハイテンを実現しています。

DP鋼板の基本組織は「フェライト・マルテンサイト」ですが、これを「フェライト・ベイナイト」に置き換え、穴広げ性を向上させたハイテンも開発されています。

TRIP鋼板

TRIP鋼板は、「TRIP（Transformation induced plasticity：変態誘起塑性）」と呼ばれる現象を利用して大きな伸びと強度を実現しているハイテンです。

TRIP鋼板は、ベイナイト（あるいはフェライト・ベイナイト）母相中に、オーステナイトを数％から30％前後残留させた金属組織となっています。

TRIP鋼板をプレス成形すると、変形の進行とともにオーステナイトが硬質のマルテンサイトに変態し、その部分の強度が高くなります。このように、加工によって金属組織の変態が起こり、硬化する現象のことを「TRIP」と言います。

TRIP進行中、周囲の相は相対的に低強度であるため、周囲に変形が伝搬することで高い伸びを示します。これにより、980MPa～1180MPa級の高い強度を持ちながら、高い成形性を持つTRIP鋼が実現しています。

TRIP鋼は良好な加工性のみならず、衝突時の衝撃吸収性が大きい特徴もあります。また近年では、DPとTRIPを組み合わせた「TRIP型複合組織ハイテン」も開発されています。

ハイテンの欠点とは？

高強度で成形性に優れ、非の打ちどころがないと思われるハイテンにも欠点がいくつかあります。

ここでは、ハイテンが持つ欠点について解説します。

スプリングバック

スプリングバックとは、鋼板をプレス成形して力を取り除いたときに、一旦は変形した形状が元に戻ってしまう現象のことです。

一般的に、鋼板の強度が高くなるにつれてスプリングバックの発生量が大きくなります。

スプリングバックが発生すると、成型した後の寸法の精度が悪くなり、部品どうしの接合に誤差が生じてしまいます。

この対策として、スプリングバックの量を見込んで金型を作る対策が取られています。

遅れ破壊

遅れ破壊とは、材料内に侵入した水素が材料の強度劣化を引き起こし、使用中に破壊をもたらす現象のことです。

一般的に、引張り強さが1,200MPa以上の鋼において遅れ破壊が発生しやすいとされています。そのため、高強度化が進んでいるハイテンにおいて遅れ破壊は深刻な問題となっています。

遅れ破壊の現象については不明な点が多いため、現在、現象の解明が進められています。また、遅れ破壊に対して耐性の高いハイテンの開発も行われています。

自動車用ハイテン開発の歴史

日本はハイテンの開発・製造に関して、世界でもトッププレイヤーです。前述した“金属組織の制御技術”のように非常に高い技術力を持っており、世界で評価されています。

今では当たり前のように自動車用材料として使用されているハイテンですが、ハイテンが開発されるようになったのにはきっかけがあります。

ここでは、自動車用ハイテン開発の歴史について迫ってみたいと思います。

きっかけは“石油ショック”

ハイテンは、1970年代に起こった石油ショックをきっかけに精力的な開発が始まりました。

その頃の日本は、高度経済成長に伴う個人消費の拡大により、自動車の生産台数を大きく伸ばしていました。車体には、成形性に優れた「270MPa級の軟鋼板」が一般的に使用されていました。

1973年に第１次石油ショックが起こると、世界中でエネルギーに対する危機が高まります。これを受け、自動車メーカー各社は「燃費の向上」を図り始め、自動車は「軽量化」の道を歩むようになります。

当時から日本は鉄鋼づくりで高い技術力を持っており、その技術力を活かしてハイテンの開発に力を注いでいきます。また、鉄鋼メーカーと自動車メーカーが手を組み、共同開発を行うことでハイテンの開発が加速していきます。

その結果、「DP鋼板」や「TRIP鋼板」などの、素晴らしい機能性を持つハイテンが生まれました。強度レベルも、かつて270MPa級が主流だったものが1,480MPa級にまで進化を遂げています。これらのハイテンの開発が、車体の高強度化と軽量化に大きく貢献しました。

その後もハイテンの開発は発展していき、革新的な機能を持つハイテンが日本から次々と生まれています。新しいハイテンの開発は現在進行形で進められており、さらなる高機能化が期待されています。

ハイテンを製造可能にした“連続焼鈍設備”

ハイテンの優れた製造技術は、「連続焼鈍設備（れんぞくしょうどんせつび）」の開発によって初めて可能となりました。

連続焼鈍設備は、鋼板の熱処理を連続的かつ短時間で行うことができる設備です。1970年初頭に日本で開発され、ハイテンの製造に光明を見出した画期的な熱処理設備です。

連続焼鈍設備が開発される前は、「箱焼鈍」と呼ばれる方法で熱処理が行われていました。

これは、箱と呼ばれる炉の中でコイル状に巻き取られた鋼板をじっくり焼鈍（冷間圧延で硬くなった鋼板を軟らかくする熱処理のこと）する方法で、加熱に１日、冷却に３日ほどかかります。その後の調質圧延や検査などの工程を合わせると、計10日程度の時間を要します。

これに対して連続焼鈍設備では、ほどいたコイルを設備内に送りながら連続的に熱処理していきます。加熱から冷却までの時間は、約10分で済みます。

連続焼鈍設備では鋼板の急速加熱と急速冷却を行うことができ、緻密に金属組織を制御することができます。この設備の活用により、高機能なハイテンを製造することが可能となりました。

ハイテンの仲間

ここまでに「DP鋼板」や「TRIP鋼板」といった高機能ハイテンを紹介してきましたが、ハイテンは他にも種類があります。

ここでは、ハイテンの一例を紹介します。

BH鋼板

BH鋼板は、“焼付け硬化（Bake Hardening）”によって“降伏強度（へたり強さ）”を向上させた鋼板です。

焼付け硬化とは、自動車の製造工程で行われる塗装焼付け時の加熱によって、鋼板を硬くさせる技術のことです。塗装焼付けは、170℃の温度で20分程度行われます。

このとき、鋼中ではプレス成形によって導入された転位が“固溶炭素”や“固溶窒素”で固着される現象が起こります。これにより鋼の変形が起こりにくくなり、降伏強度が上昇します。

BH鋼は、プレス成形時には軟らかくて成形性に優れ、使用時には硬い状態となっています。耐デント性に優れており、パネル部品の薄手化を可能にします。

IF鋼板

IF鋼板は、“Interstitial atom in solution free”な鋼板、つまり鋼中に固溶した侵入型元素を限りなくゼロにした鋼板のことです。

ここで侵入型元素は炭素（C）や窒素（N）のことを指し、鋼を作る工程で鋼中に必ず取り込まれます。これらの侵入型元素を真空処理によって数10ppm以下にまで減らし、さらにチタン（Ti）やニオブ（Nb）などを添加して残存した侵入型元素を固定化し、ゼロ近くにまで低減させます。

これによって出来上がった鋼板は純度が高く、非常に高い成形性を持つ鋼板となります。IF鋼は1980年代後半に開発されましたが、現在も主流の外板用材料です。

TWIP鋼板

TWIP鋼板は、「TWIP（Twining Induced Plasticity：双晶誘起塑性）」と呼ばれる現象を利用して大きな伸びと強度を実現しているハイテンです。

材料的には、30%程度のMnを含有した高Mn鋼です。これにアルミニウム（Al）やシリコン（Si）も3%程度含有しており、組織はオーステナイトを呈しています。

TWIP鋼板はプレス成形のさい、変形が進んだ箇所で双晶が起こります。その部分が硬化して割れの発生を抑制し、きわめて高い伸びを示します。これにより、1GPa級の引張強さと50%以上の伸びを示します。

TWIP鋼は高速変形においても十分な強度と延性を有することが特徴的です。衝撃変形時に出来るだけエネルギーを吸収することが可能となっています。

ホットスタンプ材

ホットスタンプ材は、900℃程度に加熱した鋼板をプレス成形し、そのまま金型内で冷却することで焼入れし、高強度化を図った材料です。

一般的なハイテンは、主に組織強化法によって先に高強度な鋼板が作られたのち、室温にてプレス成形されて部品となります。この場合、高強度なものほどスプリングバックが発生し、形状凍結性（寸法精度）が悪くなります。また、高強度なものほど大きなプレス荷重を要します。

これに対し、ホットスタンプ材は材料の高強度化とプレス成形を同時に行うことで、上記の冷間プレス材の問題を克服しています。材料の高強度化を炭素量に依存しているため、1.5GPa級の超強度ハイテンを作ることも可能です。

近年、ホットスタンプ材の自動車部品への適用が急速に進んでおり、ドアビーム、バンパーリインフォース、ピラーリインフォースなどに実用化されています。2.0GPa級が期待されています。

第３世代ハイテン

ここまで紹介した「DP鋼板」や「TRIP鋼板」は比較的初期に開発されたハイテンであり、これらは「第１世代ハイテン」と呼ばれています。

その後、驚異的な強度と伸びを示すハイテンとして登場した「TWIP鋼板」は「第２世代ハイテン」と呼ばれています。第２世代ハイテンは優れた材料特性を示しますが、製造工程やコストの問題から普及が進みませんでした。

第１世代と第２世代の中間的な材料特性を持つように開発されたハイテンが「第３世代ハイテン」です。

第３世代ハイテンには「TBF鋼板」、「TBM鋼板」、「TM鋼板」、「Q&P鋼板」、「中Mn鋼板」などがあります。これらはTRIP効果を最大限に生かし、かつ生地組織の強化が図られています。

第３世代ハイテンは現在、大学や鉄鋼メーカーによって研究開発が進められており、高い成形性と980～1,960MPa級の高い強度を持つハイテンの実現が期待されています。

ハイテンを製造している鉄鋼メーカー

最後に、ハイテンを製造している鉄鋼メーカーを紹介します。

現時点でハイテンの製造・販売を行っているメーカーは、国内では３社しかありません。どのメーカーも、世界に誇れる技術を持つ鉄鋼リーディングカンパニーです。

日本製鉄

日本製鉄は日本最大手の鉄鋼メーカーで、国内１位の粗鋼生産量を誇ります。また、総合力世界No.1の鉄鋼メーカーを目指してグローバルに展開しています。

ハイテン開発の歴史は長く、高い技術力を持っています。現在、1,470MPa級ハイテンや、2.0GPa級ホットスタンプ材を製造、販売しています。

日本製鉄は、次世代鋼製自動車コンセプト“NSafe-AutoConcept（NSAC）”のもと、先進的な材料開発だけでなく、構造・機能設計、工法開発、性能評価までトータルで支援するソリューション開発も行っています。

JFEスチール

JFEスチールは、国内２位の粗鋼生産量を誇る鉄鋼メーカーです。「常に世界最高の技術を持って社会に貢献する」という企業理念のもと、グローバルに展開しています。

同社はハイテンの熱間連続圧延技術（エンドレス圧延）を持っており、ハイテンを高効率・安定生産しています。

商品では、従来のハイテンよりも優れた成形性を持つ590～1180MPa級のハイテンシリーズ「JEFORMA」や、1,470MPa級ハイテンを展開しています。

また、ドイツの大手鉄鋼メーカーとのハイテンの共同開発も行っています。

神戸製鋼所

神戸製鋼所は、素材事業、機械事業、電力事業の３本柱で事業展開している大手鉄鋼メーカーです。

590～1,270MPa級の高加工性ハイテンや、1,470MPa級ハイテンを手掛けています。日系OEM向け超ハイテンでは30～40%のシェアを獲得しています。

鉄鋼メーカーとしては珍しくアルミ事業も展開しているため、自動車軽量化の取り組みとして、ハイテンだけでなく先端アルミ合金の開発にも力を注いでいます。

おわりに

本記事では、ハイテンについて解説してきました。

ハイテンの特徴や凄さについて、多少なりともご理解いただけたのではないでしょうか。

「ハイテンのことをもっと詳しく知りたい」、「鉄鋼材料のことを勉強したい」という方のために、筆者オススメの本を掲載しておきます。ぜひ手にとって読んでみてください。

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日本は鉄鋼業が盛んな国で、多くの鉄を生産しています。

鉄を作る炉のことを“製鉄炉”と言いますが、いま地球環境に優しい製鉄炉として“電炉”が注目されています。

また、従来主流であった“高炉”を“電炉”に置き換える動きも加速しています。

そもそも高炉とは何か、電炉とは何か、本記事ではそれらについて分かりやすく解説しています。

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この記事は、現役の材料エンジニアが書いています！

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日本は鉄鋼業が盛ん

まずはじめに、日本は鉄鋼業が盛んな国であることをご存じでしょうか。

鉄鋼業とは、鉄を生成し、建物や自動車などに使われる鉄鋼材料を作る産業のことを言います。

総務省・経済産業省の『経済構造実態調査』によると、2022年における鉄鋼業の製造品出荷額等は24兆円で、従業員数は22万人となっています。多くの人が鉄鋼業にかかわっており、鉄鋼業は一大産業となっています。

粗鋼生産量について見てみると、2023年における国内の粗鋼生産量は8,700万トンとなっています。これは中国の10億2,000万トン、インドの1億4,000万トンに続く３番目の大きさであり、日本は世界でも上位に位置する鉄づくり大国となっています。

さらに日本は、作った鉄を海外に多く輸出しています。日本産の鉄は品質が高く、世界で高く評価されています。

鉄の使用先について見てみると、多くはビルや橋梁など、建築・土木用の材料に使用されています。また、自動車、船、産業用機械などにも鉄が多く使用されています。プラントや発電所の建設にも鉄が欠かせません。

鉄は多くの分野で需要があり、鉄が無いと多くの産業が成り立ちません。それくらい鉄は重要な金属材料です。

このように日本は鉄鋼業が盛んな国であり、鉄鋼業があらゆる産業の基盤となっています。そんな鉄鋼業において“高炉”と“電炉”は、鉄の生産を担う重要な生産設備となっています。

高炉と電炉がどのようなものなのか、以降で詳しく見ていきましょう。

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2024.12.14

高炉と電炉の役目

高炉と電炉は、どちらも鉄づくりの心臓部とも言える生産設備です。鉄を作る鉄鋼メーカーは、これらの設備を持たないと鉄を作ることができません。

ここで一旦、鉄がどのようにして作られるかを見ていきましょう。

次の図は、鉄を生成して鉄鋼材料を作るプロセスを示したものです。

この図のように、鉄鋼材料は多くのプロセスを踏んで作られます。基本的な流れは

①原料から鉄を取り出す。
↓
②取り出した鉄を精錬して不純物を取り除く。
↓
③精錬した鉄を冷やし固める。
↓
④形を整えて強靭な鉄鋼材料に仕上げる。

このようになりますが、原料から鉄を取り出す役目をもつ生産設備こそが“高炉”と“電炉”です。鉄を作るときは、どちらかの炉が使用されます。

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2024.12.14

高炉の詳細

高炉は、とっくり状の形をした筒状の炉です。鉄の生産にかかわる数ある設備の中でもひときわ大きく、高くそびえ立つ姿から「高炉」と呼ばれています。

高炉では原料を高温で燃焼させ、鉄を取り出します。高炉は国内において古くから鉄の量産を担ってきた主要な製鉄炉であり、高炉は製鉄の象徴とも言える存在です。

高炉は、次のような特徴があります。

• 原料に鉄鉱石を使用する
• 鉄鉱石とコークスを化学反応させて鉄を取り出す

このように、高炉で使用される鉄の原料は「鉄鉱石」となっており、鉄鉱石から鉄を取り出します。

鉄鉱石とは、自然から採掘された鉄の鉱石のことです。その見た目は鉄とはほど遠く、物質の状態としては酸化鉄です。（酸化鉄＝鉄と酸素が強く結合している状態の鉄のこと）

鉄鉱石から鉄を取り出すには、鉄と結びついた酸素を切り離す必要があります。物質から酸素を切り離す操作のことを「還元」と言います。

高炉ではコークスと呼ばれる還元剤を使用し、鉄鉱石を鉄に還元します。鉄鉱石とコークスを高温で燃焼させると、コークスに含まれる炭素が鉄鉱石内の酸素をうばい、鉄が生成されます。

高炉で鉄を作るメリット・デメリット

高炉で鉄を作るメリットは、次の通りです。

鉄鉱石内には硫黄やケイ素などの不純物が多く含まれており、これらは生成された鉄に混ざってしまいます。しかし、その後さまざまな精錬処理が施されることで鉄から不純物が取り除かれていきます。

そのため、高炉で作られた鉄は不純物が少なく、高品位の鉄となります。自動車に使用される“ハイテン”や“電磁鋼板”などの高機能鋼材は高品位さが求められるため、高炉で作ることが必須となっています。

また、高炉では１日に１万トンもの量の鉄を作ることができます。そのため、低コストで鉄を作ることができます。

一方で、高炉には次のデメリットがあります。

高炉では炭素のかたまりであるコークスを燃焼するため、大量のCO₂（二酸化炭素）が発生します。高炉で１トンの鉄を作るのに２トンのCO₂が発生するとされており、これが高炉の大きなデメリットとなっています。

また、高炉は焼結炉やコークス炉など付帯する設備の数も多く、全体として大規模な設備となります。そのため、新設には膨大なコストを要することも高炉のデメリットとなっています。

電炉の詳細

電炉は、大きな鍋のような形をした炉です。正式名称は「電気炉」で、略称として一般的に電炉と呼ばれています。

電炉では、電気エネルギーを使用して原料を溶解し、鉄を取り出します。電炉は高炉に比べて小型で、付帯する設備も少なく、コンパクトな作りとなっています。

電炉は、次のような特徴があります。

• 原料に鉄スクラップを使用する
• 還元剤を必要としない

このように、電炉で使用される鉄の原料は「鉄スクラップ」となっており、鉄スクラップから鉄を取り出します。

鉄スクラップとは使用済みになり、資源として回収された鉄くずのことです。鉄構造物であるビルや自動車などの解体で発生した鉄くずや、金属加工工場から廃出された鉄の切削くずなどがそれに当たります。

原料に鉄スクラップを使用する理由は、鉄は何度でも溶かし直すことができる金属だからです。役目を終えて不要になった鉄も、再度溶かせば何度でも新しい鉄に蘇らせることができます。

電炉では還元剤を必要としないため、高炉のような複雑な反応プロセスを要しません。電気エネルギーのみで鉄スクラップを溶かし、鉄を取り出します。

電炉で鉄を作るメリット・デメリット

電炉で鉄を作るメリットは、次の通りです。

電炉で使用する鉄の原料は、鉄スクラップです。一度は使用され、いらなくなった鉄をリサイクルすることにより新しい鉄を再生しているため、資源の循環を実現させています。

また、コークスのような炭素系の還元剤を使用することなく鉄を再生できるため、CO₂の発生量が抑えられます。電炉で発生するCO₂の量は、高炉の約1/5と言われています。

CO₂の排出を抑えながら資源の循環を実現させている電炉は、まさしく地球環境に優しい製鉄法であると言えます。

一方で、電炉には次のデメリットがあります。

鉄鋼材料の中には、高機能な材料特性を持たせるために、ニッケルや銅などの元素が含まれているものがあります。そのような鉄鋼材料が鉄スクラップとして使用されると、ニッケルや銅などの元素が不純物として鉄中に残留します。

そのため、電炉で作られた鉄は高炉で作られた鉄と比べて不純物が多くなっています。電炉で作られた鉄は高品位さが求められる鉄鋼材料には不向きとされており、主に形鋼や異形棒鋼などの建築・土木用鋼材などに活用されています。

また、高炉と比べると電炉による鉄の生産量は30%程度低く、鉄の生産量に劣ります。ただし、これは少量を多品種生産できるというメリットにもなり、一概にデメリットとは言えません。

２つの製鉄方式の比較

高炉と電炉についてまとめると、次のようになります。

このように、高炉と電炉にはそれぞれ一長一短のメリットがあります。

いま電炉が注目されている理由

いま国内では、高炉生産比率を下げ、電炉生産比率を高める動きが加速しています。

高炉といえば製鉄の象徴的な存在であり、国内の鉄づくりを支えてきた主要設備です。

2000年頃には、国内で稼働している高炉は30基ほどありました。それが現在では、休止や廃止が進んで20基ほどにまで減少しています。

今後も高炉の休止や廃止が進むものとされていますが、その代わりに電炉の新設が進んでいます。

その理由は、脱炭素社会を実現させるためです。

世界的に喫緊の課題となっている温室効果ガスの削減に向け、いま多くの国がCO₂排出量の抑制に取り組んでいます。日本でも政府が表明したカーボンニュートラル政策により、2050年までにCO₂排出量を実質ゼロにすることを目指しています。

そのような背景があって電炉生産比率を高める動きが加速しているわけですが、鉄鋼業におけるCO₂排出量の現状を詳しく見ていきましょう。

鉄鋼業はCO2排出量が多い

国内におけるCO₂排出元の内訳を見ると、製造業では鉄鋼業がもっともCO₂排出量が多く、全体の38%を占めています。（2022年時点）

国内全体では、鉄鋼業からの排出量は総排出量の13%にあたります。鉄鋼業が地球環境にもたらしている影響がいかに大きいかがわかります。

高炉と電炉のCO₂排出量比率を見ると、高炉からの排出量が90%以上を占めています。鉄鋼業から排出されるCO₂のほとんどは、高炉からの排出となっているのです。

その理由は、ここまでに解説したように、高炉では製鉄時にコークスを使用するためです。コークスに含まれる炭素が鉄鉱石内の酸素をうばう反応でCO₂が発生します。高炉で１トンの鉄を作るのに、２トンものCO₂が排出されてしまいます。

また、高炉による鉄の生産比率が高いことも要因の１つとなっています。国内で生産されている鉄のうち、高炉による生産が約75%を占めています。

このように、鉄鋼業は製造全体で見たときCO₂排出量の比率がもっとも大きく、とりわけ高炉が大きな影響を与えています。

電炉はCO2の排出を抑えられる

鉄鋼業はCO₂排出量が多く、特に高炉が大きな影響を与えていることを見てきました。

一方の電炉は、高炉に比べてCO₂排出量が少ないという特徴をもっています。その排出量は、高炉の約1/5とされています。

CO₂排出量が少ないという点だけでも電炉は魅力的ですが、地球資源の観点から見ても電炉は魅力があります。

高炉で使用される原料は自然由来の鉄鉱石であるのに対し、電炉の原料は鉄スクラップです。使用済みの鉄を使って新しい鉄を再生できる電炉は、日本が構築を目指す持続可能な循環型社会の流れにも見合っています。

このような理由により、いま国内では電炉生産比率を上げ、脱炭素化を進めようとしています。

それでも高炉を無くせない理由

ここまでご覧になられた方の中には「高炉を完全に無くし、すべて電炉にすればいいのでは？」と思われた方もいるでしょう。

しかし、高炉を完全に無くすことができない理由があります。その理由とは、次の通りです。

• 電炉だけでは鉄需要を満たせないため
• 高炉なしでは高機能鋼材を供給できないため

詳しく見ていきましょう。

電炉だけでは鉄需要を満たせない

将来の鉄需要について見てみると、今後、世界の鉄需要は拡大すると見られています。

その理由は、世界人口の増加と途上国の経済発展により、インフラ整備にともなって鉄が必要となるためです。国際エネルギー機関（IEA）の分析によると、世界の鉄需要量は2024年の約18億トンから、2050年には約27億トンに達すると予想されています。

これに対し、電炉だけではこの鉄需要量をまかなうことができません。電炉生産に必要な鉄スクラップ量を確保できないためです。

電炉生産は、鉄スクラップが発生することにより成立します。そのため電炉で生産を続けるには、一定量の鉄スクラップが国内または世界から発生することが必要となります。

現状、鉄の需要量は鉄スクラップの発生量を上回っています。将来的には鉄スクラップの発生量は増加し続けるものの、鉄需要量のすべてを電炉でまかなうことは不可能とされています。（出所：2050年における世界の鉄鋼部門からのCO₂排出量削減ポテンシャルの推計）

このような理由により、電炉だけでは鉄需要を満たせないため、高炉による生産も行いながら鉄を供給していく必要があります。

高炉なしでは高機能鋼材を供給できない

高い機能を有する鉄鋼材料のことを「高機能鋼材」と言います。

日本製の高機能鋼材は品質が高く、世界で高く評価されています。その代表的な製品が「ハイテン」や「電磁鋼板」などです。

• ハイテン・・・主に自動車の車体構造に使われる鉄鋼材料。薄くても高い強度を誇り、自動車の軽量化と燃費の向上に貢献している。

• 電磁鋼板・・・変圧器や電気自動車のモータなどに使われる鉄鋼材料。磁気特性に優れ、電気と磁気の変換を効率よく行える。

どちらの高機能鋼材も、製造に高い技術力が要求されます。日本はこれらの分野で、世界最高水準の技術力を誇ります。

その高い技術水準を実現しているのが、高炉です。電炉では材料中に多くの不純物が混ざってしまうため、電炉は高機能鋼材の製造に不向きとされています。

中国やインドなどの新興国の台頭により、日本勢がグローバル鉄鋼市場でシェアを獲得していくことは厳しいとされています。そのような中で、高機能鋼材は世界で勝ち残るための強力な武器となり得ます。そのために、今後も高炉で生産を続ける必要があります。

実現が期待される新しい製鉄技術

いま鉄鋼業界では脱炭素化の実現に向け、新しい製鉄技術の開発が進められています。

新しい製鉄技術では、高炉からのCO₂排出量が大幅に削減されることが期待されています。その代表的な製鉄技術が「COURSE50（コース50）」と呼ばれる製鉄技術です。

COURSE50とは？

COURSE50は、高炉からのCO₂排出量を実質ゼロとする製鉄技術です。2008年から高炉メーカー各社が共同で開発を進めています。

COURSE50は、具体的に次の成果を狙った製鉄技術です。

• 鉄鉱石を水素で還元し、CO₂の発生量を少なくする。（高炉水素還元技術）
• 発生したCO₂を分離・回収し、地中等に貯留する。（CCS）

この中で「高炉水素還元技術」は、要の製鉄技術となります。これは、コークスの代わりに水素を還元剤として使用し、鉄を生成するというものです。

コークスには炭素が含まれるため、コークスで鉄鉱石を還元すると副産物としてCO₂が発生します。しかし水素で鉄鉱石を還元すると、発生する副産物は水であり、CO₂が発生しません。

この技術が実現すると、鉄鋼業界から排出されるCO₂が大幅に削減される可能性があります。ただし現状は多くの技術課題があるため、2030年頃までの実用化を目指して試験が進められている最中です。

おわりに

本記事では、高炉と電炉の違いについて解説してきました。

高炉と電炉の違いのみならず、鉄鋼業界がいまどのような状況にあり、どのような取り組みがなされているかをご覧いただきました。

鉄鋼業界のことをあまり知らない方が、この業界に少しでも興味をもっていただけたなら幸いです。

本サイトでは生活に役立つ記事を多く掲載していますので、ぜひその他の記事もご覧になってみてください。

生活に役立つ知識

ものづくり業界について気になるワードや、生活に役立つものづくりの知識などを解説しています。

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「鉄」と「鋼」の違いを知っていますか？

「鉄」は私たちにとって馴染みの深い金属であり、誰もが知る金属ですよね。一方の「鋼」については、あまりよく知らないのではないでしょうか。

実は「鋼」は世の中でたくさん使われており、社会に必要不可欠な金属です。

鋼がどのような金属なのか、なぜ社会に必要不可欠なのか、本記事で詳しく解説しています。鉄鋼材料を学びたい方にも役立つ内容となっています！

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「鉄」とは？

まずはじめに、「鉄」とは一体どのような金属のことなのか、おさらいしていきましょう。

金属元素の一つ

鉄は元素記号「Fe」で表される、周期表に記載されている元素の一つです。

金（Au）や銀（Ag）、銅（Cu）、アルミニウム（Al）などと同じ金属の一種で、見た目は銀白色で、金属光沢がある物質です。地球上には、アルミニウムに次いでその量が存在します。

機械的な性質としては硬さがありますが、展延性があるため、力を加えたときに延びて拡がります。

また、強磁性があるため、磁石とくっつくことができます。その他に、電気や熱を通しやすい性質もあります。

鉄は大気中で酸化しやすく、酸化すると黒っぽくなる性質があります。そのため、古来では鉄は「黒い金属」を意味する「くろがね」と呼ばれていました。ちなみに金は「こがね」、銀は「しろがね」、銅は「あかがね」と呼ばれていました。

鉄は人間にとって「必要不可欠な栄養素」である点も特筆すべき点です。鉄は体内で赤血球の材料となり、血液中で全身に酸素を運ぶ重要な働きをしています。

以下は、鉄の基本的な性質です。

英語名は「Iron」

鉄の英語名は「Iron」で、読み方は「アイアン」です。

ゴルフをする人であれば、「アイアン」と聞くとクラブのことを思い浮かべるのではないでしょうか。クラブのヘッドはまさしく鉄製であるため、アイアンと呼ばれています。

また、衣類のシワを伸ばす道具に「アイロン」がありますが、これもかつては鉄で作れていたことが名前の由来となっています。その昔、「Iron」のことを「アイロン」と読んだため、そのような名称になっています。

以上のように、「鉄＝Iron（アイアン）」であることをぜひとも覚えてください。

ちなみに、鉄の元素記号である「Fe」は、鉄のラテン語名である「Ferrum」から来ています。読み方は「フェラム」です。

「鉄」の旧字体は「鐵」

漢字としての「鉄」をひも解いてみると、旧字体では「鐵」と書きます。

かつて日本では、鉄を表す漢字として「鐵」が使用されていました。しかし「鐵」は書くのに時間がかかるため、昭和17年に国語審議会によって新字の「鉄」が示され、それ以降「鉄」が使用されるようになりました。

一方、「鉄」はその字体から「金を失う」ことを連想させてしまいます。そのため、昔から鉄を作るメーカーは社名に「鉄」を使用するのを嫌いました。

そのため、日本を代表する鉄鋼メーカーである日本製鉄は、2019年まで社名に「鐵」を使用していました。今でも東京製鐵のように、社名に旧字体を使用している鉄鋼メーカーもあります。

「鉄」が付くものはたくさんある

世の中には、名前に「鉄」の漢字が入っているものがたくさんあります。

例えば「鉄道」や「鉄板」などです。これらはまぎれもなく鉄でできており、それがどのようなものであるかを容易に想像できるかと思います。

その他にも「鉄器」、「鉄瓶」、「鉄砲」、「鉄塔」、「鉄橋」、「鉄アレイ」など、「鉄」と名が付くものはたくさんあります。どれも「硬くて重いもの」というイメージがあるのではないでしょうか。

こうやって見ると、意外にも私たちの周辺には「鉄」に関するものがたくさんあることが分かります。

このように「鉄」は私たちにとって馴染みの深い存在であり、私たちは「鉄」がどのようなものであるかをある程度認識しています。

「鋼」とは？

ここまで、鉄がどのような金属であるかを解説してきました。

ここからは、「鋼」がどのようなものであるかを見ていきましょう。

「はがね」または「こう」と読む

まず読み方についてですが、鋼は「はがね」または「こう」と読みます。

それ単体では「はがね」と読み、他の漢字と組み合わさるときは「こう」と読みます。例えば「鉄鋼」は「てっこう」と読み、「鋼材」は「こうざい」と読みます。

ところで、あなたは「鋼」に対してどのようなイメージをお持ちでしょうか。

「鋼」と聞いたとき、漫画が好きな方は「鋼の錬金術師」を思い浮かべるでしょう。この漫画の中では「機械鎧（オートメイル）」と呼ばれる鋼製の義手が登場し、鋼が強くてタフな素材であることが読み取れます。

日常会話においては、鋼は「鋼のメンタル」などのように使われることがあります。この場合、「何ごとにも動じないタフなメンタル」であることを意味します。

このように、鋼はタフなものの象徴として扱われることがあり、実体がタフであることは間違いなさそうです。鋼の正体とは、一体何なのでしょうか。

鉄合金のこと

ここがもっとも重要なポイントとなります。

鋼とは、鉄を強くするためにさまざまな処理が施された「鉄合金」のことです。

合金とは、「２種類以上の金属が合わさってできたもの」のことです。つまり鋼は、鉄を主成分とし、それ以外の成分が入っている金属です。

鋼には主要成分として、炭素（C）が微量に含まれています。炭素が含まれている理由は、炭素を入れることで鉄の強度が増すためです。その他にシリコン（Si）やマンガン（Mn）なども微量に含まれており、これらの成分が鉄の強さを引き出しています。

また、鋼は熱間加工と呼ばれる処理によって強化されています。熱間加工の方法には圧延や鍛造などがありますが、どちらも高温に加熱した鋼を器具でつぶして変形させ、鋼を強化しています。

さらに鋼は、焼入れと呼ばれる熱処理が施され、強靭性を高めています。これにより、大きな荷重や衝撃が加わってもビクともしない強靭な鋼となります。

このように、鋼はもとの素材が鉄ですが、鉄を何倍にも強くするための処理が施されています。これが、鋼の正体です。

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2024.11.06

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2024.12.14

英語名は「Steel」

鋼の英語名は「Steel」で、読み方は「スチール」です。

「スチール」という言葉をどこかで聞いたことがありませんか？

そう、「スチール缶」です。缶コーヒーの容器でお馴染みのスチール缶ですが、これはまさしく「鋼」で出来ています。アルミ缶と違い、少し硬いことが特徴です。

他にスチールと名が付くものに「スチールラック」があります。どこの家庭にも１つはあるであろうスチールラックはまさしく鋼製で、重いものを載せられる頑丈さがあることが特徴です。

このように、鋼製のものは意外にも私たちの身近にあることがわかります。

鉄と鋼の違いは？

結局のところ、鉄と鋼の違いとは何なのでしょうか？

それは、純粋な鉄かどうかです。

材料工学では、鉄は純粋な鉄、つまり「純鉄」のことを言います。混ざりっ気がなく、元素記号「Fe」で表される唯一の存在です。

一方の鋼は「鉄を主成分とした合金」であるため、純粋な鉄ではありません。炭素（C）、シリコン（Si）、マンガン（Mn）などいくつもの成分が含まれており、混ざりっ気があります。

ちなみに材料工学では、鉄の種類は炭素の含有量によって明確に区別されています。また、材質にも大きな違いがあります。

このように、鉄そのものはやわらかく、あまり強度がありません。一方、鋼は強度と粘り強さがあり、衝撃や破壊に対して強さを見せます。

なお、鋼は成分によってさらに「炭素鋼」と「合金鋼」に区別され、目的に応じて使い分けられています。炭素鋼と合金鋼については以下の記事で詳しく解説していますので、ぜひご覧ください。

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2024.11.17

ほとんどの鉄製品は「鋼製」

驚くことなかれ、「鉄製」と言われている鉄製品や鉄構造物のほとんどは、「鋼製」です。

鉄瓶、鉄板、鉄道など、名前からして鉄製だと思われるこれらのものは、すべて「鋼製」です。むしろ、鉄製（つまり純鉄製）のものはこの世にほとんどありません。

そこには、鋼が強靭な材質であることに理由があります。

鋼製のものを挙げると、他に以下のものがあります。

• 釘、金づち
• スプーン、フォーク、ナイフ
• 包丁、フライパン
• 自動車の車体
• ガードレール
• 建築資材（鉄骨材、鉄板など）
• 鉄橋、鉄塔

これらはほんの一例ですが、食事のさいによく手にするスプーンやフォークが鋼製であることは知っていたでしょうか。正確には「ステンレス鋼」と呼ばれる特殊な鋼が使用されています。

また自動車は、ドア、パネル、骨格部など、大部分が鋼でできています。重量の約70%を鋼が占めており、自動車はまさに「鋼のかたまり」とも言える乗り物です。

このように、世の中には鋼製のものがありふれています。鋼があることで街には鉄道が走り、高層ビルが立ち並び、私たちは快適に過ごすことができています。

そう、私たちが日ごろ見かける「鉄」は正確には「鋼」なのです。そのため、鉄を見かけたときは「鋼」と言うべきなのです。

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2024.12.14

おわりに

本記事では、「鉄」と「鋼」の違いについて解説してきました。

鋼は現代社会を築き上げてきた立役者であり、昔も今もものづくりに欠かせない存在です。

もし、ものづくりの世界に興味があったり、これからものづくりの道に進もうと思われている方は、鉄鋼材料の知識が強い武器となります。世の中には鉄鋼にかかわる仕事がたくさんあるからです。

鉄鋼材料の知識を身に付けるのにオススメの専門書を掲載しておきます。ぜひ一度手にとってみてください。

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国内には、多くの鉄鋼メーカーが存在します。代表的なところでは「日本製鉄」や「JFEスチール」が挙げられます。

鉄鋼メーカーが鉄を作っていることをなんとなく理解していても、その実態をよく知らないのではないでしょうか。鉄鋼メーカーがどのような企業なのか気になりませんか？

本記事では、鉄鋼業界のことに詳しい筆者が鉄鋼メーカーについて詳しく解説しています。本記事を読めば、鉄鋼メーカーの製造内容や具体的な企業名などを知ることができます。

鉄鋼メーカーのことをよく知りたい学生さん、社会人さん、投資家さんがたに有益な記事となっていますので、ぜひ最後までご覧ください！

ひろ

この記事は、現役の材料エンジニアが書いています！

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鉄鋼メーカーとは？

鉄鋼メーカーとは、原料を使って鉄を作り、それを製品に加工して販売する企業のことです。

鉄の原料となるのは、鉄鉱石（てっこうせき）や鉄スクラップです。

• 鉄鉱石：自然から採掘される鉄の鉱石のこと
• 鉄スクラップ：鉄鋼建造物の解体などによって発生した鉄くずのこと

これらを炉内で高温処理することで鉄が作られ、あらゆる製品に加工されます。なお、鉄鉱石を使用して鉄を作る方法は「高炉法（こうろほう）」と呼ばれ、鉄スクラップを使用して鉄を作る方法は「電炉法（でんろほう）」と呼ばれます。

そんな鉄づくりの根幹となっている場所が製鉄所（せいてつしょ）です。メーカーによっては製鋼所（せいこうしょ）と呼んでいるところもあります。そこには大きな炉がいくつもあり、溶けた鉄が飛沫を上げながら大きな鍋に注がれ、鉄鋼製品が作られています。

鉄鋼メーカーの敷地は広大で、例えばJFEスチール西日本製造所倉敷地区は東京ドーム240個分の敷地面積があります。そこにはいくつもの工場があり、敷地内には線路が引かれていて資材運搬用の列車が走っており、一つの街のようになっています。

下の図は、鉄鋼製品の製造プロセスを示しています。鉄鋼メーカーで働く人たちは、これらの作業に従事しています。大きな鉄鋼メーカーともなると、炉内の火が消えることなく、絶えず鉄鋼製品が作られ続けています。

鉄鋼材料の製造プロセスは次の記事で詳しく解説していますので、あわせてご覧ください。↓↓

どうやって作っている？鉄鋼材料の製造プロセスを詳しく解説！

鉄鋼材料は、鉄や鋼でできた金属材料です。硬くて強靭な材料特性を持つため、ものづくりに欠かせない材料です。そんな鉄鋼材料がどのように作られているか知っていますか？多くの人が鉄鋼材料の製造場面を目にすることがないため、あまり知らないのではないでしょうか。本記事では、鉄鋼材料がどのようにして作られているか...

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2024.12.14

どんな製品を作っている？

鉄鋼メーカーは、主に次のような製品を製造しています。

• 普通鋼
• 特殊鋼
• 自動車用高強度薄鋼板（ハイテン）
• 電磁鋼板
• 鋳鋼品
• 鍛鋼品

名前を聞いてもあまりピンと来ないかもしれませんが、これらをひとくくりで言うと鉄鋼材料です。どれも見た目は“鉄のかたまり”ですが、それぞれ強度や物理的な特性などが異なります。

これらの製品は各方面に出荷されたのち、さまざまな加工が施され、私たちがよく知る製品へと生まれ変わります。つまり鉄鋼メーカーは、最終製品を作るための素材の製造を担っている企業ということになります。

先ほど示した「自動車用高強度薄鋼板（ハイテン）」や「電磁鋼板」は高い機能性があり、高級鋼とも呼ばれています。自動車などに欠かせない鉄鋼製品であり、日本が世界に誇れる優れた製品となっています。

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2024.11.06

鉄鋼メーカーの役割

鉄鋼メーカーは、人々の生活基盤を形成する重要な役割を担っています。

先ほど説明したように、鉄鋼メーカーで作られた鉄鋼製品は各方面に出荷され、加工されて最終製品となります。

実は、鉄はもっともよく使用されている金属材料です。鉄と同じ金属材料にアルミやチタンなどがありますが、金属製品の約９割は鉄とも言われています。

そのため、周りを見渡すと多くの場所に鉄が使用されていることがわかります。ビル、橋梁、鉄道などの建造物は鉄で作ら、人々の生活基盤を形成しています。また、自動車や家電、調理器具など、多くの日用品にも鉄が使われており、人々の暮らしを支えています。

つまり、鉄がなければ、これらのものを作らることができません。鉄がなかったら、今日の豊かな生活が築かれることもなかったかもしれません。

そんな鉄を作っている鉄鋼メーカーは、社会の発展に貢献している重要な存在と言えます。

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2024.12.14

鉄鋼メーカーの種類

鉄鋼メーカーの種類は大きく、次の２つにわけられます。

• 高炉メーカー：主に高炉法を使用して鉄を作るメーカー
• 電炉メーカー：主に電炉法を使用して鉄を作るメーカー

高炉法と電炉法の違いは先述した通りで、使用する原料や製鉄法に違いがあります。その他の違いとして、設備の規模感にも違いがあります。

高炉法で使用される設備には、メインとなる高炉のほか、鉄鉱石を焼結するための炉や、石炭を蒸し焼きにしてコークスを生成するための炉などがあります。非常に大がかりな設備を要するため、高炉メーカーはどれも大手企業となっています。

現在、国内にある高炉メーカーは、日本製鉄、JFEスチール、神戸製鋼所の３社のみとなっています。また、国内で製造される鉄（粗鋼）の約75%は高炉メーカーによるものです。

一方の電炉法は比較的シンプルな製鉄法であり、そこまで大がかりな設備を要しません。電炉メーカーは町工場から発展したところも多く、国内には多くの電炉メーカーが存在します。

環境保護の視点で見ると、電炉法は高炉法に比べてCO₂の排出量が少ない（高炉法の約1/5）という特徴があります。そのため、電炉メーカーは近年注目が集まっています。

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2024.12.22

電炉メーカーの種類

先述した電炉メーカーは、製造する品目によってさらに次の３つに分けられます。

■ 普通鋼メーカー

普通鋼メーカーは一般的な電炉メーカーで、主に棒鋼や形鋼などの普通鋼を手掛けています。普通鋼の多くは、主に建築・土木分野で使用されています。代表的な電炉メーカーは東京製鐵です。

なお、電炉を持つ普通鋼メーカーによって形成されている団体に普通電炉工業会があります。本会には現在27社の普通鋼メーカーが登録されています。

■ 特殊鋼メーカー

特殊鋼メーカーは、主に工具鋼やステンレス鋼などの特殊鋼を手掛けるメーカーです。特殊鋼は自動車や機械の部品などに使用されています。特殊鋼メーカーでは大同特殊鋼や山陽特殊製鋼が有名です。

■ 鋳鍛鋼（ちゅうたんこう）メーカー

鋳鍛鋼メーカーは、鋳造や鍛造による鉄鋼製品を手掛けるメーカーです。特に鍛造品は、高い品質が求められる原子力発電所の圧力容器などに使用されています。代表的な鋳鍛鋼メーカーは日本製鋼所です。

鉄鋼メーカーの紹介

ここでは、国内の代表的な鉄鋼メーカーを紹介しています。

高炉メーカー

日本製鉄株式会社

日本製鉄は、国内最大手の鉄鋼メーカーです。製鉄事業を中核に、エンジニアリング事業、ケミカル＆マテリアル事業、システムソリューション事業の4つの分野に進出しています。「総合力世界No.1の鉄鋼メーカー」を掲げるように、その技術開発力は高く、新しい鋼材を次々に世に送り出しています。世界15か国以上に製造拠点を展開しています。

JFEスチール株式会社

JFEスチールは、世界トップクラスの鉄鋼生産規模を持つ鉄鋼メーカーです。鋼板、形鋼、鋼管、など、多彩なラインナップを取り揃えています。「常に世界最高の技術をもって社会に貢献します」という企業理連のもと、鉄鋼製品をグローバルに提供しています。最先端の環境調和型製鉄プロセスの構築にも取り組んでいます。

株式会社神戸製鋼所

神戸製鋼所は「KOBELCO（コベルコ）」の名称で知られる鉄鋼メーカーです。素材事業では、鉄鋼以外にアルミも手掛けています。それ以外に機械系事業や電力事業も営む多彩な企業です。溶接材料やショベル、クレーンなどの建設機械などを製造するメーカーとしても有名です。2022年5月より、低CO₂高炉鋼材「Kobenable Steel」を販売しています。

電炉メーカー

東京製鐵株式会社

東京製鐵は、国内トップの独立系電炉メーカーです。チャレンジ精神が旺盛で、従来高炉でしか作れなかったH形鋼や自動車用鋼材などの開発に挑み、成功させています。H形鋼ではトップシェアを誇ります。また、電炉メーカーで唯一薄板製品と厚板製品を生産しています。環境に優しい電炉鋼材を社会に広く普及させ、循環型社会の実現と低炭素社会の構築を図ることをビジョンとしています。

大阪製鐵株式会社

大阪製鐵は、日本製鉄グループの中核電炉メーカーです。等辺山形鋼や溝形鋼などの一般形鋼に強みがあり、エレベータガイドレールでは国内トップシェアを誇ります。インドネシアにも会社を設立し、海外展開しています。また、業界コストリーダーの実現に向けた取り組みを推進しています。

おわりに

本記事では、鉄鋼メーカーについて解説してきました。しかしスペースに限りがあるため、全てのことを細かく解説しきれていません。

もっと鉄鋼メーカーについて知りたいと思った方は、より詳しいことが書かれている参考書をご覧になってください。

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鉄鋼材料は、鉄や鋼でできた金属材料です。硬くて強靭な材料特性を持つため、ものづくりに欠かせない材料です。

そんな鉄鋼材料がどのように作られているか知っていますか？多くの人が鉄鋼材料の製造場面を目にすることがないため、あまり知らないのではないでしょうか。

本記事では、鉄鋼材料がどのようにして作られているかを詳しく解説しています。鉄鋼材料について学びたい方や、鉄鋼業界に興味がある方に有益な記事となっています！

ひろ

この記事は、現役の材料エンジニアが書いています！

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鉄鋼材料が作られている場所

鉄鋼材料は、「製鉄所（せいてつしょ）」と呼ばれる工場で作られています。

製鉄所は、字のごとく「鉄を製造するところ」です。原料を調達して鉄を作り、成分や形状を整え、鉄鋼材料として販売しています。

なお、正確には「鉄」ではなく「鋼（はがね）」を製造しているため、「製鋼所（せいこうしょ）」と呼ばれることもあります。

鉄と鋼の違いが分からない方は、次の記事をご覧ください。

【誰でもわかる】鉄と鋼の違いとは？材料エンジニアが詳しく解説！

「鉄」と「鋼」の違いを知っていますか？「鉄」は私たちにとって馴染みの深い金属であり、誰もが知る金属ですよね。一方の「鋼」については、あまりよく知らないのではないでしょうか。実は「鋼」は世の中でたくさん使われており、社会に必要不可欠な金属です。鋼がどのような金属なのか、なぜ社会に必要不可欠なのか、本記...

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2024.12.14

話をもとに戻すと、製鉄所を持つ会社のことを「鉄鋼メーカー」と言います。日本には数多くの鉄鋼メーカーがあります。

のちほど詳しく解説しますが、鉄を作る方法には「高炉法（こうろほう）」と「電炉法（でんろほう）」があります。

そのため、鉄鋼メーカーは「高炉メーカー」と「電炉メーカー」で区別されることが多いです。

■ 日本の高炉メーカー（全３社）

• 日本製鉄
• JFEスチール
• 神戸製鋼所

※ 2022～2023年の売上高順

■ 日本の電炉メーカー（売上上位10社）

• 東京製鐵
• 共栄製鋼
• 合同製鐵
• 中山製鋼所
• 大和工業
• 大阪製鐵
• トピー工業
• 東京鐵鋼
• 中部鋼鈑
• 北越メタル

※ 2022～2023年の売上高順

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2024.10.16

「高炉法」と「電炉法」の違い

前のところで少し触れましたが、鉄を作る方法には大きく「高炉法（こうろほう）」と「電炉法（でんろほう）」があります。

これらの違いについて見ていきましょう。

高炉法

高炉法は、「高炉（こうろ）」を使用して鉄を作る方法です。鉄の原料に「鉄鉱石」を使用します。

高炉とは、鉄鉱石を高温処理するための筒状の炉のことです。高さがあるため高炉と呼ばれ、製鉄所のシンボルになっています。

また、鉄鉱石とは鉄の鉱石のことです。鉄と酸素が強く結合した状態になっており、これをコークスで還元することで酸素が除去され、鉄が作られます。コークスは、石炭を高温で蒸し焼きにしたものです。

高炉法には、次のメリットがあります。

• 不純物が少ない高品質な鉄を生産できる
• 鉄を一度に大量生産できる

このように、高炉法は高品質な鉄を大量生産できることがメリットです。「高級鋼」と呼ばれる自動車用の鋼板（こうはん）は、この方法でないと製造できません。

一方で、高炉法には次のデメリットがあります。

• 二酸化炭素の排出量が多い
• 一度稼働すると簡単に止められないため、生産量の調整が難しい

高炉法では、鉄鉱石と一緒にコークスを燃やします。コークスの主成分は炭素であるため、燃やしたときに多くの二酸化炭素が発生します。これが高炉の大きなデメリットです。

また、高炉は一度火を入れて稼働させると簡単に休止できず、生産量の調整が難しいというデメリットもあります。

電炉法

電炉法は、「電気炉（でんきろ）」を使用して鉄を作る方法です。鉄の原料に「鉄スクラップ」を使用します。

電気炉とは、電気で発生させた熱で金属を溶かすための炉のことです。見た目は鍋のような形をしており、黒鉛でできた電極棒で金属を溶かす構造になっています。

また鉄スクラップとは、鉄の産業廃棄物のことです。発生源は、古くなって解体された建造物や自動車などです。金属加工工場から排出された鉄の切削屑なども含まれます。

電炉法には、次のメリットがあります。

• 廃棄された鉄を再利用できる
• 二酸化炭素の排出量が少ない

このように、電炉法はいらなくなった鉄を再利用して鉄を作っているため、資源の循環が図られています。また、電気をエネルギー源としているため、二酸化炭素の排出量が少ないです。その量は、高炉法で排出される量の約1/5です。

一方で、電炉法には次のデメリットがあります。

• 生産した鉄に不純物が多い
• 大量生産できない

電炉法は鉄スクラップが原料であるため、作られる鉄の純度は高炉法に劣ります。また、高炉に比べて設備がコンパクトなため、大量生産に不向きです。

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2024.12.22

鉄鋼材料の製造プロセス

鉄鋼材料ができるまでの具体的なプロセスを見ていきましょう。

鐵鋼材料の基本的な製造プロセスは、次のようになります。

• 原料から鉄を取り出す（製銑／溶解）
• 鉄から不純物を除去し、成分を調整して鋼を作る（製鋼）
• 鋼を冷やして固める（鋳造）
• 鋼の形を整える（圧延／鍛造）

このように、鉄鋼材料は「原料から鉄を取り出す→鉄を鋼にする→固める→形を整える」というプロセスを踏んで製造されます。このプロセスは高炉法でも電炉法でも変わりません。

特殊な材質の鉄鋼材料を製造する場合は、「熱処理」や「めっき」などの工程が加わります。

鐵鋼材料の製造プロセスをわかりやすく図解したものが、次の図です。

これを見てわかるように、高炉法と電炉法のプロセスの違いは、始まりの「原料から鉄を取り出す工程」だけです。それ以降に行われる工程は同じです。

各工程で行われる詳細なプロセスを見ていきましょう。

① 製銑（せいせん）

製銑（せいせん）は、高炉内で鉄鉱石から鉄を取り出す工程です。

前述したように、鉄鉱石は鉄と酸素が強く結合し、「酸化鉄」の状態になっています。鉄鉱石に占める鉄の比率は、60%程度です。この鉄鉱石から酸素を取り除き、鉄を取り出す工程がこの製銑工程です。

鉄鉱石から酸素を取り除くプロセスでは、コークスによる還元反応を利用します。

炭素が主成分であるコークスを鉄鉱石とともに高炉内に入れ、高温の熱風を送り込むことで還元反応が生じます。これにより、鉄と結びついていた酸素が切り離され、鉄を取り出せます。

このようにして製銑工程で取り出された鉄は、「銑鉄（せんてつ）」と呼ばれます。銑鉄はドロドロに溶けた真っ赤な状態の鉄で、温度は約1600℃あります。

② 溶解（ようかい）

溶解（ようかい）は、電気炉で鉄スクラップから鉄を取り出す工程です。

溶解で行われるプロセスは、「熱で鉄スクラップを溶かして鉄を取り出す」という比較的単純なプロセスです。高炉で行われているような複雑な反応プロセスを要しません。

電気炉には、黒鉛でできた大きな電極が付いています。電気を流した電極を鉄スクラップに接触させると、アーク放電と呼ばれる強い熱と光が発生します。その熱で鉄スクラップを溶かし、鉄を取り出します。

③ 製鋼（せいこう）

製鋼（せいこう）は、鉄から不純物を除去し、さらに成分を調整して鋼を作る工程です。

製銑工程や溶解工程で作られた鉄には、炭素（C）、けい素（Si）、マンガン（Mn）、リン（P）、硫黄（S）などの不純物が混ざっています。そのため非常にもろく、そのまま鉄鋼材料として使用できません。

強靭な鉄鋼材料に変えるため、鉄を「精錬（せいれん）」し、不純物を除去していきます。製造したい鋼種に応じて合金元素の添加も行い、成分を微調整して「鋼」の状態にしていきます。

精錬工程には、複数のプロセスがあります。

製鋼工程では、このように精錬を行って鉄から不純物を除去し、最後に成分を調整して鋼を作ります。このときも、鋼は溶けて「溶鋼（ようこう）」の状態にあります。

④ 鋳造（ちゅうぞう）

鋳造（ちゅうぞう）は、溶鋼を鋳型（いがた）に流して冷やし固める工程です。

鋳造方法には、大きく「連続鋳造法」と「造塊法（ぞうかいほう）」があります。

a. 連続鋳造法

連続鋳造法は、溶鋼を鋳型に流し込み、鋼片（こうへん）を連続的に作る方法です。

鋼片とは、半製品状態の鋼、つまり最終形状に加工される前段階の鋼のことです。見た目は金属の延べ棒のような状態です。

連続鋳造法では、途切れることなく連続的に鋼片を製造できます。そのため、非常に効率よく鋼片を製造することができます。

作られた鋼片は所定のサイズに切断され、次の圧延工程に渡されます。切断された鋼片は形状やサイズによって「スラブ」、「ブルーム」、「ビレット」などに分類されます。

b. 造塊法

造塊法は、溶鋼を鋳型に流し込み、鋼塊（こうかい）を作る方法です。

鋼塊も、鋼片と同じように半製品状態の鋼です。字のごとく鋼のかたまりであり、英語では「Ingot（インゴット）」と呼ばれます。

鋼塊は主に鍛造用の素材に使用され、鍛造されて最終形状となります。

なお、鋳造法には「砂型鋳造法」と呼ばれる鋳造法もあります。

砂型鋳造法は昔ながらの鋳造法で、砂で作られた鋳型に溶鋼を流し込んで冷やし固めます。砂型鋳造法で作られた鉄鋼製品は「鋳物（いもの）」と呼ばれ、複雑な形状の鉄鋼製品を製造することができます。

⑤ 圧延（あつえん）

圧延は、鋼片を薄く延ばし、最終形状に成形する工程です。

圧延では、ロールで圧力を加えて鋼片を薄く延ばしていきます。原理は、うどんを作るときに生地を麺棒で伸ばていくのと同じです。

また、圧延ではロール形状に応じた断面形状に鉄鋼材料が成形されます。平鋼、丸棒、H形鋼、線材まで、幅広い形状の鉄鋼材料を作れます。

圧延は形を整えるだけでなく、鋼を強化する効果もあります。鋼に圧力を加えて成形することで緻密な金属組織が形成され、強靭な鉄鋼材料に仕上がります。

なお、鋼片を加熱した状態で圧延する方法を「熱間（ねっかん）圧延」と言います。そして常温のまま圧延する方法を「冷間（れいかん）圧延」と言います。

一般的な鉄鋼材料は熱間圧延材ですが、冷間圧延材は表面がなめらかで、寸法の精度がよいなどのメリットがあります。

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⑥ 鍛造（たんぞう）

鍛造（たんぞう）は、塊鋼をプレスやハンマーなどでたたいて成形する工程です。

鍛造の目的は圧延と同じで、鋼片または鋼塊に圧力を加えることで仕上げの形状に成形します。圧延では単純な形状にしか成形できませんが、鍛造では３次元的な形状に成形することができます。

⑦ 特殊なプロセス

鉄鋼材料は要求される性質に応じて、「熱処理」、「浸炭処理」、「窒化処理」、「めっき処理」などの特殊なプロセスが施されます。

a. 熱処理（ねつしょり）

熱処理は、鋼に加熱と冷却のサイクルを与え、材料特性を向上させるプロセスです。

熱処理の種類はたくさんありますが、代表的な熱処理は「焼入れ（やきいれ）」です。焼入れは、鋼を900℃程度に加熱したのち、急冷する操作を行います。

焼入れされた鋼は、非常に硬い材料になります。通常は、焼入れのあとに「焼戻し（やきもどし）」と呼ばれる熱処理も行い、鋼の硬さを調整して粘り強さを引き出します。このような熱処理を行うことで、強靭な鉄鋼材料に仕上がります。

熱処理には、他にも「焼ならし」や「焼なまし」などの種類があります。必要に応じてこれらの熱処理を行い、鋼の性質を向上させます。

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2024.12.14

b. 浸炭（しんたん）処理／窒化（ちっか）処理

浸炭処理は、鋼の表面から炭素を侵入させ、表面の硬さを向上させるプロセスです。

浸炭処理では浸炭剤と呼ばれる、炭素を含む固体やガスなどを使用します。固体であれば木炭、ガスであれば二酸化炭素、水素、メタンなどを使用します。

鋼をこれらの浸炭剤の中に入れ、900℃程度に加熱すると、鋼の表面から炭素が侵入します。鋼の表層部に炭素が十分拡散したところで焼入れを行うと、硬い表面になります。

これと同様、窒化処理も鋼の表面から窒素を侵入させ、表面の硬さを向上させるプロセスです。

浸炭処理または窒化処理された鋼の表面は「耐摩耗性」が向上します。耐摩耗性とは、摩耗しにくさのことです。本プロセスは、主に機械部品の摺動部（しゅうどうぶ）などに適用されます。

d. めっき処理

めっき処理は、鋼の表面に金属の薄膜を被覆させるプロセスです。

めっき処理は、主に鉄鋼材料の表面を保護する目的で行われます。「電気めっき」や「溶融めっき」などの方法があり、目的に応じて使いわけます。

めっき処理を行うと、材料の耐食性が向上し、腐食やサビから守ることができます。材料の見た目を美しくしたり、材料に電気的特性を与えたりする目的で行われる場合もあります。

製造現場の迫力がよくわかる動画

鉄鋼材料の製造プロセスを解説してきましたが、文章や図だけではなかなかイメージが湧きにくいかと思います。

実際の製造現場は、真っ赤に溶けた大量の鉄がしぶきを上げながら鍋の中に注がれたり、圧延された鋼が生き物のように高速で移動したりと、大迫力です。

ここでは、YouTubeから引用し、鉄鋼材料を製造する流れがよくわかる動画を紹介します。

① 火炎と１５００℃の灼熱にアナウンサー絶叫！北海道最大の製鉄所にカメラが潜入！

この動画は、日本製鉄・北日本製鉄所・室蘭地区で撮影された動画です。高炉法による製鉄の流れがわかります。

② 灼熱の炎 鉄くずに「命」吹き込む…電炉で廃棄物を無害化・リサイクル最前線

この動画は、共栄製鋼・枚方事業所で撮影された動画です。電炉法による製鉄の流れがわかります。

おわりに

本記事では、鉄鋼材料の製造プロセスについて解説してきました。

スペースに限りがあるため、すべてのことを細かく解説しきれていません。

「鉄鋼材料の製造プロセスをもっと詳しく知りたい！」という方にオススメの本を紹介しますので、ぜひ手に取って読んでみてください！

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ビル、橋梁、発電プラントなどの社会インフラから自動車、家電、食器といった身近なものまで、あらゆる場所やものに鉄鋼（てっこう）が使用されています。

鉄鋼に対して「硬い」「重い」などのイメージをお持ちだと思いますが、鉄鋼とは一体どのような材料なのでしょうか。また、なぜ鉄鋼が多くの場所やものに使用されているのでしょうか。

本記事ではそんな疑問を解消するため、鉄鋼の基本的な知識から使用先まで詳しく解説しています！

ひろ

この記事は、現役の材料エンジニアが書いています！

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鉄鋼とは？

鉄鋼（てっこう）は、鉄（てつ）を主成分とした金属材料のことです。

のちほど詳しく解説するように、世の中には「鋼（はがね）」や「鋳鉄（ちゅうてつ）」など、鉄を主成分とした金属材料が多く存在します。これらを総称したものが鉄鋼です。

鉄鋼の原料は、「鉄鉱石（てっこうせき）」と呼ばれる鉄の鉱石です。

鉄鉱石は「鉄と酸素が強く結びついた状態」の物質であり、いわゆる「サビた状態」になっています。

この鉄鉱石をコークスで還元処理すると、「銑鉄（せんてつ）」が取り出されます。取り出された銑鉄にさまざまな処理を行うことで、鉄鋼が作られます。

下の図は、鉄鋼のおおまかな製造プロセスになります。

鉄鋼を作る会社は「鉄鋼メーカー」と呼ばれ、そこでは一年中、昼夜問わず鉄鋼が作られています。また、国内には数多くの鉄鋼メーカーがあります。

鉄鋼の作り方については次の記事でも詳しく解説していますので、あわせてご覧ください！

どうやって作っている？鉄鋼材料の製造プロセスを詳しく解説！

鉄鋼材料は、鉄や鋼でできた金属材料です。硬くて強靭な材料特性を持つため、ものづくりに欠かせない材料です。そんな鉄鋼材料がどのように作られているか知っていますか？多くの人が鉄鋼材料の製造場面を目にすることがないため、あまり知らないのではないでしょうか。本記事では、鉄鋼材料がどのようにして作られているか...

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2024.12.14

鉄鋼の種類

ひとくちに鉄鋼と言っても、鉄鋼には数多くの種類があります。

鉄鋼の種類は製造方法、材質、用途などによって分類することができます。ここでは基本的な鉄鋼の種類について解説します。

基本の種類（純鉄／鋼／鋳鉄）

鉄鋼は、含有している炭素の量によって大きく「純鉄（じゅんてつ）」、「鋼（はがね）」、「鋳鉄（ちゅうてつ）」に分けることができます。

これは最も基本的な鉄鋼の分類になりますので、ぜひ覚えてください。

それぞれの鉄鋼の特徴は次の通りです。

もう少し詳しく見てみましょう。

① 純鉄（じゅんてつ）

純鉄は不純物をほとんど含まない鉄のことで、炭素含有量は約0.02%以下です。材料の世界では「鉄」と言う場合、普通この「純鉄」のことを指します。

純鉄は非常にやわらかく、伸びやすい性質を持ちます。伸びやすい性質のことを「延性（えんせい）」と言い、材料の変形能力を判断する重要な性質です。

純鉄の用途は限られており、磁性材料、粉末冶金（やきん）、触媒（しょくばい）などに使用されます。

② 鋼（はがね）

鋼は炭素とその他の元素を含有した鉄のことで、いわゆる「鉄合金」のことです。炭素含有量は約0.02～2.1%で、その他にシリコン（Si）、マンガン（Mn）、リン（P）、硫黄（S）も含有しています。

鋼にとって、炭素は鋼の性質を決める最も重要な元素です。鋼は炭素の含有量が大きいほど硬くなり、強度が向上します。従って、通常は炭素の量で鋼の強度を調整します。

のちほど詳しく解説するように、鋼に合金元素を添加すると「靭性（じんせい）」や「耐食性（たいしょくせい）」などの材料特性が生まれます。この材料特性が製品の機能を向上させるため、今日までにたくさんの種類の鋼が開発されています。

鋼は用途が幅広く、鉄鋼の基本材料として広く活用されています。

靭性とは？
発生した亀裂に対する材料の強さのこと。通常、材料内に亀裂が発生すると材料が破壊を起こしやすくなる。

耐食性とは？
腐食のしづらさのことで、簡単に言えば「サビにくさ」のこと。塩素などのハロゲンガスや海水などに材料が晒される場所では重要な性質。

③ 鋳鉄（ちゅうてつ）

鋳鉄は鋼よりも炭素含有量が大きい鉄のことで、炭素含有量は約2.1～6.7%です。溶かした鋳鉄を型に流し込む方法（鋳造）によって作られる「鋳物（いもの）」は、鋳鉄製品の代表格です。

鋳鉄は高炭素量のため非常に硬く、「耐摩耗性（たいまもうせい）」に優れた材料です。そのぶんもろく、衝撃に対して弱いという欠点があります。

機械の摺動面（しゅうどうめん）やマンホールなど、耐摩耗性が求められるような用途に向いています。

耐摩耗性とは？
摩耗に対する強さのこと。材料がものと接触し、こすれ合う場面では重要な性質。

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2024.12.14

鋼の種類（炭素鋼／合金鋼）

前述した通り、「鋼」は鉄鋼の材料として広く活用されており、ものづくりに欠かせない材料となっています。そんな鋼にも、たくさんの種類があります。

鋼は、合金元素の有無によって大きく「炭素鋼（たんそこう）」と「合金鋼（ごうきんこう）」に分けることができます。合金元素とは、鋼の性質を向上させるために鋼中に添加される元素のことです。

それぞれの鋼の特徴は次の通りです。

もう少し詳しく見てみましょう。

① 炭素鋼

炭素鋼は、鋼の中でもっとも一般的な鋼です。合金元素は添加されていません。シンプルに「鉄と炭素の合金」と言ってもよいでしょう。

合金元素の添加がないため安価で、入手しやすく、使い勝手のよい材料です。ただし、鋼の中では強度が低めの材料となっているため、高い強度を要する材料には適していません。

炭素鋼は一般的な用途に使用されることが多いため、「普通鋼」とも呼ばれます。主に土木や建築用の材料として活用されています。

② 合金鋼

合金鋼は、合金元素が添加されている鋼です。「サビない鉄」でお馴染みのステンレス鋼も、この一種です。

合金鋼に添加されている合金元素としては、ニッケル（Ni）、クロム（Cr）、モリブデン（Mo）、バナジウム（V）、タングステン（W）などがあります。

鋼は、合金元素が添加されると材料特性が変化します。合金元素の種類や添加量によりますが、「靭性」、「耐熱性」、「耐食性」などの性質が向上し、さまざまな機能を持つ合金鋼を作ることができます。

合金鋼は特殊な性質を持つため、「特殊鋼」とも呼ばれます。自動車や工具、機械、医療機器など、さまざまな用途に活用され、製品の機能向上に貢献しています。

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2024.11.17

どのように使用される？

鉄鋼は、一体どのようにして使用されるのでしょうか？

鉄鉱石から作られた鉄鋼は、主に「工業材料」として使用されます。

工業材料とは、ものづくりを行うメーカーが製品やものを作るときに、もととする材料のことです。例えば自動車の部品や機械、建造物などを作るときの材料として使用します。

工業材料は大きく分けると「金属材料系」と「非金属材料系」があります。

これらは異なる強度や化学的性質などを持つため、用途や目的に応じて使い分けられています。

金属材料の中では、鉄鋼が最も多く使用されています。金属製品の90%以上は鉄鋼が占めると言われており、まさに鉄鋼は「工業材料の王様」と言えます。

鉄鋼は一般的に、「鋼材（こうざい）」と呼ばれる形態に加工され、使用されます。

鋼材とは？
圧延、鍛造、引抜き、鋳造など各種の方法で所要の形状に加工された鋼の総称のこと。（鉄鋼用語（製品および品質）｜JIS G 0203より）

下の図に示したものは、「Ｈ型鋼（えっちがたこう）」と呼ばれる鋼材です。ビルの建築現場などで使用されているのを一度は見たことがあるのではないでしょうか。

断面がＨの形をしているからＨ形鋼と呼ばれますが、Ｌ字形をした「山形鋼（やまがたこう）」や、コの字形をした「溝形鋼（みぞがたこう）」などもあります。これらは用途に応じて使い分けれらます。

このように、鉄鉱石から作られた鉄鋼は鋼材に加工され、工業材料としてものづくりに使用されます。また、鉄鋼は他の金属材料と比べて圧倒的に多く使用されます。

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2024.11.06

鉄鋼が使用される理由とは？

鉄鋼がよく使用される理由は、他の材料にはない優れた特徴をいくつも持つからです。

鉄鋼の優れた特徴を挙げると、こんなにあります。

• 強くて丈夫！
• 幅広い用途に対応できる！
• 特殊な環境に強い！
• 地球上に豊富な鉄資源がある！
• 加工しやすい！
• リサイクルしやすい！

詳しく見てみましょう。

① 強くて丈夫

鉄鋼が持つ１つ目の特徴は、何と言っても強くて丈夫なことです。

鉄鋼がどれほど強いのか、具体的な数値を見てみましょう。

下の図は、主要な工業材料の引張り強さを示しています。

出展：Nippon Steel Monthly Vol.191｜新日鐵住金

引張り強さとは「引っ張られる力に対する抵抗力」のことであり、材料の基本的な強度を表すパラメータです。単位はMPa（メガパスカル）で表され、数値が大きいほど強度が高く、丈夫な材料であることを意味します。

鉄鋼とアルミニウムの最大引張り強さを比較すると、アルミニウムは900MPa程度であるのに対し、鉄鋼は4,000MPaの引張り強さがあります。このように、鉄鋼はアルミニウムの４倍以上の強度を持っています。

ほかの材料と比べてもその差は歴然で、鉄鋼がいかに強くて丈夫な材料であることが分かるかと思います。鉄鋼のこの丈夫さが、耐久性のある機械や建造物を作るのに役立っています。

理想強度とは？

先ほどの図にあるように、鉄鋼の理想強度は約10GPa（ギガパスカル）です。
（※1GPa＝1,000MPa）

理想強度とは、結晶構造上の欠陥がない完ぺきな材料を作れた場合に、その材料が出せる最大の強度のことです。現実的には材料の製造過程で結晶構造上の欠陥ができてしまうため、実際に達成できる強度はかなり低いものです。

しかし、製造技術の向上によって理想強度に近づけることは可能です。鉄鋼の製造技術は日々進歩しており、鉄鋼はまだまだ強くなる可能性を秘めています。

② 幅広い用途に対応できる

鉄鋼が持つ２つ目の特徴は、幅広い用途に対応できることです。

ここまでに解説したように、鉄鋼は炭素の含有量によって強度が変わります。また、合金元素の添加や熱処理の施工によってさらに強度を上げることが可能です。

そのため、先ほどの図を見てもわかるように、鉄鋼は強度範囲が200MPaから4,000MPaまであります。これは、鉄鋼がさまざまな用途に対応できることを意味します。これほど強度の幅をきかせた材料は、他にはありません。

③ 特殊な環境に強い

鉄鋼が持つ３つ目の特徴は、特殊な環境に強いことです。

鉄は本来サビやすい性質を持っており、水に濡れるとすぐにサビてしまいます。しかし、鉄に10.5%以上のクロムを添加すると「耐食性」が生まれ、サビにくい鉄になります。ステンレス鋼は、この性質を活用して作られています。

このように、鉄鋼は成分や製造プロセスを緻密に制御することで、特殊な環境に耐えられる鉄鋼に変えることができます。以下は、特殊な性質を持つ鉄鋼の例を示しています。

• ステンレス鋼・・・腐食に対して強い
• 耐熱鋼・・・熱に対して強い
• 耐候性鋼・・・気候に対して強い
• 電磁鋼板・・・優れた磁気特性を持つ
• 高張力鋼板（ハイテン）・・・高強度でありながら高い成形性を持つ

同じ鉄鋼でありながら、作り方によって違う顔を見せる鉄鋼はとても魅力ある材料と言えます。

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2024.12.26

④ 地球上に豊富な鉄資源がある

鉄鋼が持つ４つ目の特徴は、地球上に豊富な鉄資源が存在することです。

鉄鋼の資源である鉄鉱石は、地球重量の約３分の１を占めています。地表から容易に掘り出せる埋蔵量だけでも、約2,320億トンあると言われています。

アルミニウムは鉄鋼に次いで資源の多い金属材料ですが、その量は約280億トンです。鉄の資源量がいかに多いかがわかります。

鉄鋼はこのような資源の優位性があるため、人類は低コストで鉄資源を入手し、多くの鉄鋼製品を作ることができます。

⑤ 加工しやすい

鉄鋼が持つ５つ目の特徴は、加工しやすいことです。

いくら資源量が豊富であっても、そこから鉄を取り出すことや加工することが困難だと、鉄鋼が使用されることはなかったかもしれません。

しかし、鉄は還元処理によって鉄鉱石から容易に取り出せます。また、取り出された鉄はさまざまな形状に加工できます。

このように加工しやすいメリットがあるため、鉄鋼は工業で活用され、今日までに多くの鉄鋼製品が作られてきました。

⑥ リサイクルしやすい

鉄鋼が持つ６つ目の特徴は、リサイクルしやすいことです。

日本では、年間4,000トンもの「鉄スクラップ」が発生しています。鉄スクラップとは、古くなったビルや自動車などの解体によって発生した「鉄くず」のことです。

これらの鉄スクラップは埋め立て処分されることなく、しっかりとリサイクルされています。鉄鋼は何度も溶かし直し、新しい鉄鋼に再生することが可能だからです。

このように、鉄鋼は資源循環が図られており、地球環境に優しい材料です。一方、鉄鋼は製造時に多くのCO₂を排出していると思われがちですが、他の金属材料と比べて製造時のCO₂排出量が低いという特徴があります。

鉄鋼が使われている場所

前述したように、鉄鋼は「強くて丈夫」、「幅広い用途に対応できる」、「加工しやすい」などの優れた特徴をいくつも持っています。そのため、多くの場所で鉄鋼が使用されています。

具体的に、鉄鋼はどのような場所で使用されているのでしょうか。以下は、鉄鋼が使用されている場所やものの例です。

• 土木・建築・・・ビル、橋梁、屋根材、標識、ガードレールなど
• 輸送用機器・・・航空機、自動車、二輪車、船舶など
• 産業機器・・・・建設機械、農林用機械、昇降機、運搬機械など
• 電気機器・・・・冷蔵庫、洗濯機、炊飯器など
• 調理機器・・・・包丁、鍋、スプーン、水筒など
• 鉄道・・・・・・鉄道車両、レールなど
• プラント・・・・石油・ガスの容器、パイプラインなど
• 発電所・・・・・火力・原子力発電所のボイラ、配管、タービン、圧力容器など

このように、私たちはその存在に気付いていないだけで、多くの場所やものに鉄鋼が使用されています。生活で触れることの多い缶コーヒーや缶詰め、包丁、スプーンなどもそうです。

鉄鋼の使用先について、少しだけひも解いてみます。

一番の使用先は「建築・土木」

建築・土木は、最も鉄鋼が使用されている分野です。

国内で生産されている普通鋼材のうち、建築・土木分野での使用比率は約45%となっています。

鉄鋼は強度があるため、耐久性のある構造物を作るのに適しています。鉄鋼があるおかげで今日までに高層ビルや鉄道、橋梁などが数多く作られ、社会が発展してきました。今日の快適な暮らしがあるのは、まさに鉄鋼のおかげです。

近年は、大きな災害に耐えられる国づくりに鉄鋼を活かす取り組みが加速しています。耐震性能が高い鉄鋼を用いた防災拠点ビルの建設や、津波に強い防波堤づくりなどが行われています。

鉄鋼の進化＝自動車の進化

自動車は、土木・建築に次いで鉄鋼が使用されている分野です。

自動車にとって鉄鋼は欠かせない材料であり、鉄鋼の進化が自動車の進化をもたらしてきたといっても過言ではありません。

自動車には安全性が求められるため、車体の骨格構造には多くの鉄鋼が使用されています。耐熱性が求められるエンジン部品や、耐摩耗性が求められる変速機などにも鉄鋼が使用されています。

近年、自動車には高い安全性能、加速性能、燃費性能などが要求されるようになり、これに対応できる鉄鋼が開発されてきました。「高張力鋼板（ハイテン）」はその代表的な鉄鋼です。

ハイテンは軽くて高強度なため、骨格構造をハイテンにすることで車体を軽量化できます。このハイテンの開発のおかげで、自動車は燃費の向上が図られてきました。

このように、鉄鋼は求められるニーズに合わせて新しいものが開発され、ものづくり産業の発展に貢献してきました。

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2025.01.05

おわりに

本記事では、鉄鋼の種類、特徴、使用例などを解説してきました。

スペースに限りがあるため、すべてのことを細かく解説しきれていません。

「鉄鋼のことをもっと詳しく知りたい！」という方にオススメの本を紹介しますので、ぜひ手に取って読んでみてください！

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