米国における構造用鋼生産の包括的概観
人類は5,000年以上にわたり、金属の利用から莫大な恩恵を受けてきました。この恩恵は、19世紀にヘンリー・ベセマーの転炉法によって構造用鋼の製造が発展したことで、飛躍的に増大しました。現代製鋼技術は21世紀へと進化を続けています。その歴史と現状を簡潔に紹介します。
歴史
- ベセマー法以前の鋼 – ヘンリー・ベセマー（英国の発明家）が近代製鋼の最初の技術を開発する前、すべての鋼製品は鍛造か坩堝鋳造でした。前者では、鋼塊を複数のプレスでスタンプや曲げ加工して成形。後者では、溶融鋼スラッジを既製の型に流し込み冷却。型を外し、さらに機械的に仕上げます。両工法に利点欠点がありますが、鍛造は大型構造用鋼の製造には本質的に無用です。刀剣やカトラリーなど小型鋼製品には適しています。
- ベセマー法 – おそらく本人も気づかぬうちに、ヘンリー・ベセマーは史上最も普及した現代製鋼法の一つを生み出しました。彼が発見したプロセスでは、少量の空気（酸素）を溶銑鉄に吹き付けます。材料の酸化により、溶融金属中の不純物の大部分が除去されます。不純物はガスとして逃げるか、鋼表面にスラグとなって浮上し、機械的に除去されます。最終製品は「マイルド（軟）」鋼として知られます。
- 現在の技術状況は？ – 現代構造用鋼の大半はマイルド、すなわち低炭素鋼です。多くの顕著な利点があります。優れた強度重量比、他の建築金属への容易な接合、プレートプレス、ビームライナー、アングルディテーラーなどの産業用機械による多様な成形が可能。さらに、ベセマー法と非常に類似した方法で、容易かつ安価に生産できます。
構造用鋼の製造
- 現代構造用鋼の製造方法 – 塩基性酸素製鋼法（BOS） – 別名酸素転炉法 – が、現在米国で主要な製鋼法です。要約すると、炭素豊富な溶銑鉄を平炉で加熱し、酸素を含む空気を基材に吹き付け、高級鋼に変えるプロセスです。さらに、焼石灰やドロマイトなどの塩基（フラックス） – を導入し、最終製品の不純物レベルを下げます（ゆえに「塩基性」と呼ばれます）。最新工場では電気アーク炉（EAF）で溶銑鉄を加熱しますが、電気料金高騰時にはコスト面で不利になり得ます。
- 炭素鋼と合金鋼 – 技術的にすべての鋼には炭素が含まれますが、合金鋼にはマンガン、ニッケル、クロム、モリブデン、バナジウム、ケイ素、ホウ素などの追加材料が組成に含まれます。その結果得られる基材は熱処理により、強度、硬度、耐久性、耐摩耗・耐食性、外部焼入れ性、高温硬度などの有益特性を向上させられます。要するに、最新合金は、特定の構造用鋼が必要なとき、さまざまな材料で正確な仕様にカスタマイズ可能です。
- なぜ構造用鋼を使うのか？ – 今日の構造用鋼製造プロセスは、21世紀の建設界に多くのメリットを提供する汎用性の高い合金を生み出します。圧延鋼は、ビームや柱、さらにW、S、C形鋼、アングル、チューブ、パイプなど複雑な形状にも容易に成形可能。強度、耐久性、コスト効率の良さから、構造用鋼はこの国のあらゆる大規模建築プロジェクトにおける唯一実用的な骨格建材です。
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産業技術