低炭素鋼と高炭素鋼の主な違いを徹底解説

鋼の化学成分により、炭素鋼と合金鋼の2大分類に分けられます。

炭素鋼は以下に分類されます：

低炭素鋼：炭素含有量 0.25% 未満
中炭素鋼：炭素含有量 0.25%〜0.6%
高炭素鋼：炭素含有量 0.6% 超

軟鋼は炭素含有量0.25%未満の炭素鋼です。強度が低く、硬度が低く軟らかいため、軟鋼とも呼ばれます。ほとんどの普通炭素構造用鋼と一部の高品質炭素構造用鋼を含み、大半は熱処理なしで工学構造部品として使用され、一部は浸炭などの熱処理後、耐摩耗性を要求される機械部品に用いられます。

中炭素鋼は熱間加工性と切削性が良好ですが、溶接性は劣ります。強度と硬度は低炭素鋼より高く、延性と靭性は低炭素鋼より低いです。熱処理なし、冷間圧延材、冷間引抜材として直接使用できるほか、熱処理後にも使用可能です。調質した中炭素鋼は優れた総合機械的性質を持ちます。達成可能な最高硬度は約HRC55（HB538）、σbは600〜1100MPaです。したがって中炭素鋼は中程度強度レベルのさまざまな用途で最も広く使用されています。建材としてだけでなく、各種機械部品の製造にも広く用いられます。

低炭素鋼と高炭素鋼の主な違いを徹底解説

高炭素鋼は工具鋼とも呼ばれ、炭素含有量0.60%〜1.70%で、焼入れ焼き戻しが可能、溶接性は不良です。ハンマー、てこなどは炭素含有量0.75%の鋼で作られます。ドリル、タップ、リーマなどの切削工具は炭素含有量0.90%〜1.00%の鋼で作られます。

鋼の溶接性は主に化学成分に依存します。最も影響力のある元素は炭素で、金属の炭素含有量がその溶接性を決定します。鋼中の他の合金元素の多くは溶接に不利ですが、その影響度は一般的に炭素よりはるかに小さいです。

一般的に低炭素鋼は溶接性が良好で、特別な工程対策は通常不要です。低温、厚板、高要求の場合のみアルカリ電極を用い、適切な予熱を行います。低炭素鋼の炭素と硫黄含有量が上限を超える場合、高品質低水素溶接棒の使用、予熱と後熱対策に加え、溝形状を適切に選び溶融比を下げて熱割れを防止すべきです。

中炭素鋼は溶接時に冷間割れの傾向があります。炭素含有量が高いほど熱影響部の硬化傾向が強く、冷間割れ傾向が大きく、溶接性が悪化します。母材炭素含有量増加に伴い溶接金属の炭素含有量も増加し、硫黄の悪影響と相まって溶接部に熱割れが生じやすくなります。したがって中炭素鋼溶接には、耐割れ性に優れたアルカリ電極を用い、予熱と後熱対策を講じて割れ傾向を低減すべきです。

高炭素鋼を溶接すると、この鋼の高炭素含有量により溶接時に大きな溶接応力が発生します。溶接熱影響部の硬化と冷間割れ傾向が大きく、溶接部も熱割れしやすくなります。高炭素鋼は中炭素鋼より溶接時の熱割れ傾向が強く、この種の鋼は最も溶接性が悪いため、一般的な溶接構造には使用されず、鋳造修理溶接や肉盛り溶接のみに用いられます。溶接後は焼き戻しを行い応力を除去し、組織を固定し、割れを防止し、溶接部性能を向上させるべきです。

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