鋳鉄と鍛鉄の主な違いを解説

一部のエンジニアや設計者は、「鋳鉄」が初期の鉄製品を指すと考えたり、すべての初期鉄製品が「鍛鉄」だと思ったり、その両方が真実だと考えたりするかもしれません。それらは間違いです。

鍛鉄と鋳鉄の違いは明確です：鋳鉄は溶かして鋳型に流し込み、冷却させたもの。鍛鉄は加熱して工具で加工したものです（ちなみに、「鍛造」という用語は「加工された」という語に由来します）。

この2つの一般的な鉄の形態について、さらに詳しい違いを紹介します。

鋳鉄

鋳鉄は、2〜4%の炭素を含み、少量のケイ素とマンガン、硫黄やリンなどの不純物を含む鉄合金の総称です。最も一般的なのはグレー鋳鉄です。

鋳鉄は、鉄鉱石を製錬するか銑鉄（鉄鉱石抽出の産物）を溶かし、スクラップ金属や他の合金と混合して形成されます。溶融混合物を鋳型に流し込み、冷却・凝固させると、異なる相の複数の材料を含む不均質合金として固まります。各鋳鉄合金の特定の材料と相が、その物理的特性に影響を与えます。

鋳鉄は、鍛鉄や鋼より硬く、脆く、延性がありません。曲げたり、伸ばしたり、叩いて成形したりすることはできません。引張強度が低いため、曲がったり歪んだりする前に破断します。一方で、高い圧縮強度を持つため、20世紀初頭に鋼が利用可能になるまで、建物建設に不可欠でした。

鋼と比較して、鋳鉄は融点が低く、流動性が高く、鋳型材料との反応が少ないため、鋳造に適しています。部品を鋳造する方が、鍛鉄版を鍛造するよりもはるかに少ない労力で済みます。これにより、鋳鉄は18世紀と19世紀を通じて主要な材料となりました。建設では鋼にほぼ置き換わっていますが、多くの産業用途で今も使用されています。

鍛鉄

鍛鉄は、主に鉄に1〜2%のスラグ（鉄鉱石製錬の副産物で、ケイ素、硫黄、リン、アルミニウム酸化物の混合物）が添加されて構成されます。製造時、鉄を熱から取り出し、まだ熱いうちにハンマーで叩いて最終形状に仕上げます。

鍛鉄は鋳鉄より柔らかく、延性があります。また、高い延展性を持ち、加熱・再加熱してさまざまな形状に加工できます。実は、加工すればするほど強くなります。

鍛鉄は鋳鉄よりはるかに高い引張強度を持ち、建設における水平梁に適しています。一般的に、疲労に強く、著しく過負荷がかかるか、激しい熱にさらされない限り、破壊せずに変形します。

鋳鉄と同様、19世紀を通じて建物建設に広く使用されましたが、20世紀に鋼に置き換わりました。今日、鍛鉄は主に装飾目的で使用されています。

腐食への対策

裸の金属表面が酸素と水分の存在下で露出している場合、鋳鉄と鍛鉄の両方に腐食が影響します。銅やアルミニウムのように保護的な酸化被膜を形成する金属とは異なり、鉄は十分な時間が経てば完全に錆びて剥がれ落ちます。これにより、降雨と湿気のある屋外環境では、鋳鉄と鍛鉄の部品・組み立て品が問題となります。

錆を防ぐには、裸の金属が露出しないよう鉄製品をコーティングする必要があります。塗装は裸の金属を保護するために一般的に使用されます。粉体塗装も別の方法で、人通りの多いエリアで摩耗しやすい屋外家具に適しています。粉体塗装は耐久性が高く、長期間にわたって色褪せ、剥がれ、ひび割れしません。

著者のブラッド・ダン氏は、この記事執筆時にカナダ・ブリティッシュコロンビア州のリライアンス鋳造所の副社長を務めていました。