冶金学者に尋ねる：錬鉄と鋳鉄

違いは何ですか？それらがどのように使用されているかを調べて学びます

鋳鉄と錬鉄は初期の鉄工と同じ意味であるとよく思われますが、世界には違いがあります。

錬鉄 加熱されてから工具で加工された鉄です。

鋳鉄 溶かして型に流し込み、固化させた鉄です。

鋳鉄と錬鉄の基本的な違いは、それらの製造方法にあります。違いは名前にあります。錬鉄は過去の分詞（「錬鉄」）であり、鋳造は鋳造プロセスによって形成されたものすべてを表します。

さまざまな製造方法により、さまざまな長所と短所を持つ金属が作成されます。そのため、鋳鉄製のフェンスや錬鉄製のフライパンはめったに見られません。

錬鉄とは何ですか？

錬鉄は、主に元素鉄と少量（1〜2パーセント）のスラグ（鉄鉱石製錬の副産物で、一般にシリコン、硫黄、リン、およびアルミニウム酸化物の混合物で構成されます）で構成されています。錬鉄は、材料を繰り返し加熱し、工具を使って変形させることで作られます。

錬鉄は非常に展性があり、加熱、再加熱、さまざまな形状に加工できます。錬鉄は、加工するほど強くなり、繊維状の外観が特徴です。錬鉄は鋳鉄よりも炭素が少なく、柔らかく、延性があります。また、耐疲労性にも優れています。大きな圧力がかかると、破損する前に大きな変形が発生します。

「錬鉄」という用語は、今日ではよく誤用されています。これは、使用される金属に関係なく、歴史的な錬鉄片に似たデザインを説明するために一般的に使用されます。冷間状態で機械で曲げられた軟鋼、または鋳鋼と黒く塗られた鉄片は、どちらも錬鉄製品として定期的に誤ったラベルが付けられています。ただし、真に錬鉄として指定されるためには、金属片を鍛冶屋が鍛造し、それを加熱してハンマーで形を整える必要があります。

錬鉄は、紀元前2000年にアナトリア半島（現在のトルコ）で使用され、19世紀を通じて建設に広く使用されました。しかし、20世紀の冶金学の進歩により、金属部品の機械成形と溶接がより簡単に、より安価になりました。鍛冶の比較的高価で時間のかかる性質は、1970年代半ばにその大規模な商慣行の終わりにつながりました。これは、今日の最も真の錬鉄製の作品は、骨董品か、地元の職人によって鍛造された特別な作品のいずれかであることを意味します。

鋳鉄とは何ですか？

鋳鉄はさまざまな鉄合金を指しますが、最も一般的にはねずみ鋳鉄に関連しています。鉄という名前が付いていますが、純粋な元素鉄（周期表のFe）ではありません。実際には、2〜4％の炭素に加えて、少量のシリコンとマンガンを含む合金です。硫黄やリンなどの他の不純物も一般的です。

鋳鉄は、鉄鉱石を製錬するか、豚鉄（鉄鉱石抽出の中間生成物）を溶かし、金属くずや他の合金と混合することによって形成されます。次に、液体混合物を型に流し込み、冷却して固化させます。

最終的な結果は強力ですが、もろいです。炭素含有量が高いため、鋳鉄は不均一合金として固化します。つまり、鋳鉄はその微細構造内に複数の成分または異なる相の材料を含んでいます。

この混合微細構造は、鋳鉄に独特の物理的特性を与えるものです。内部の炭素粒子は、破壊を助長する内部応力点を作成します。鋳鉄は、錬鉄よりも硬く、もろく、展性がありません。引張強度が弱いため、曲げたり歪んだりする前に破損するため、曲げたり、伸ばしたり、ハンマーで叩いたりすることはできません。ただし、優れた圧縮強度を備えています。

鋳造は錬鉄の製造よりも大幅に労働集約的ではなく、18世紀から19世紀にかけて卓越した生産形態でした。鉄鋼および自動機械加工技術の出現により、一部の業界では鋳造の役割が減少しましたが、他の多くの業界では依然として費用効果が高く、広く使用されているプロセスです。鋼は構造上ほぼ完全に鋳鉄に取って代わっていますが、鋳鉄は、機械から成形するよりも鋳造が容易な複雑な形状の製品で依然として人気があります。鋳鉄は鋼よりも金型材料との反応性が低く、融点が低いため、流動性が高くなります。

ダクタイル鋳鉄：強度と汎用性

ダクタイル鋳鉄は、ダクタイル鋳鉄とも呼ばれ、1940年代に研究者によって開発された現代的でユニークな鋳鉄です。彼らは、選択した合金（最初はマグネシウム-銅合金、最終的にはセリウム）を追加することで、炭素原子を操作して鋳鉄とは異なる微細構造を形成できることを発見しました。ダクタイル鋳鉄の微細構造により、亀裂の形成が防止され、脆性のない鋳鉄の利点を備えた金属が得られます。

ダクタイル鋳鉄は、高い延性と引張強度を実現するために、複数のグレードに製造できます。追加の熱処理で製造されたオーステンパダクタイル鋳鉄は、さらに優れた機械的特性と耐摩耗性を備えています。

ダクタイル鋳鉄は、冷却時の収縮も比較的少なく、精密鋳造に最適です。ダクタイル鋳鉄は「鋳放し」で使用されることが多く、熱処理を必要としません。これにより、特に長期的に製造コストを削減できます。

腐食に関する考慮事項

鋳鉄と錬鉄はどちらも、湿気の存在下で裸の表面が酸素にさらされると腐食しやすくなります。これは、降水量や湿度にほぼ一定にさらされる屋外環境では困難な場合があります。保護酸化コーティングを形成する他の金属とは異なり、鉄は十分な時間が与えられると、錆びて完全に剥がれ落ちます。

錆びないように、鉄製品は露出を防ぐためにコーティングする必要があります。ペイントは、ベアメタルのコーティングと保護に一般的に使用されます。粉体塗装は別の方法であり、交通量の多い場所で摩耗しやすい屋外用家具に最適です。粉体塗装は耐久性が高く、長期間にわたって色あせ、欠け、ひび割れが発生しません。

歴史的保存

マサチューセッツ州リンカーンからネブラスカ州リンカーン、オンタリオ州リンカーンまで、北米は歴史に富んでいます。すべての町には物語があり、これらの町の建物は、人々自身と同じように過去を作り上げるのに大きな役割を果たしてきました。

建築用の鉄や金属細工で歴史的建造物を復元する場合、品質と信頼性が重要です。ボラード、ゲート、フェンス、街灯の標準、公園のベンチなどの大きな屋外要素は、歴史的な時代に忠実な雰囲気を設定する上で重要な役割を果たします。現代の鋳造所は、歴史的な図面や元の構造自体からデザインの手がかりを得ることで、初期の金属細工を再現できます。

鋳鉄の詳細について、またはカスタムプロジェクトの見積もりをリクエストするには、お問い合わせください。

ソース

• ブリタニカ百科事典。 「鋳鉄」。
• ブリタニカ百科事典。 「錬鉄」。
• エンジニアハンドブック。 「鋳鉄」。
• ダクタイルアイアンソサエティ。 「設計エンジニア向けのダクタイル鋳鉄データ」。