洋鉄と和鉄（その２）

以前投稿しました「洋鉄と和鉄」（2012年03月18日）の続きです。

今回は、和鉄に関する投稿か？とご想像いただいた方には大変恐縮ですが、洋鉄の第二回として「S-C材」について掘り下げてみたいと思います。
S-C材は、機械構造用炭素鋼と呼ばれています。SS材（一般構造用圧延鋼材）とは違い、キルド鋼から作られる高価な鋼です。

S-C材の「C」は炭素のCで、他の特殊鋼と違って「-」の部分に数字が入ります。「S45C」とか「S35C」などと表記されています。
この数字は、含有される炭素の量を表すもので、例えばS45Cであれば、炭素が「0.45％含まれている」ということを示します。
前回もご紹介しましたとおり、炭素鋼の炭素含有量は、最小0.08％～最高1.5％までが技術的に可能です。
ところが、S-C材の炭素量の上限は0.6％までです。もちろんそれ以上の炭素を含有させることも可能ですが、0.6％よりも多くなると「SK材」と呼ばれ「工具鋼」に分類されています。このように炭素鋼の分類には、炭素の含有量が強く関わっているわけです。
炭素鋼は、炭素の含有率が増えるに従って硬くなり、より強靭になります。また、炭素の含有量が増えると、熱処理で大きな効果が得られることも知られています。
しかしながら、その効果も0.6％が上限で、それ以上では焼き入れ硬さはほとんど変化しません。それ以上に炭素を加えていくことで何が得られるのかというと、耐摩擦性が向上することが知られています。（刀剣研摩において、研ぎ易い刀・研ぎ悪い刀の違いが生じるのは、この辺に原因がありそうです。）

工業製品の製造現場では、このS-C材が多く用いられています。
S-C材は炭素鋼ですから、熱処理をおこなって初めてその性能を発揮することができます。必ず、熱処理と対になる技術なのです。

拡大解釈ですが、日本の伝統工芸の最高峰「日本刀」の正体も、この炭素鋼です。
製法は、「玉鋼」と呼ばれ、炭素を多く含んだ原材料を熱し、叩き伸ばして不純物を取り除き、それを折り畳んでまた熱して叩く・・・という工程を幾度も繰り返します。
すると、素材がいかに不均質であっても、積層を繰り返すことで均質に近い構造になります。
この「熱して、折り曲げて、叩く」という工程の中で、脱炭がおこなわれていくことから、刀匠は鉄を鍛える手応えから、好みの炭素量を決定しているのです。
日本刀は、折れず曲がらずと比喩される条件を満たすために、内側に柔らかい鉄を入れて粘りをもたせ、刃となる部分には炭素量の多い鋼を用いています。この刃の部分は、現代刀の場合、炭素含有量が0.7％以上あると言われています。
また、日本刀の熱処理は、「水焼き入れ」です。焼刃となる部分には薄く、焼きを入れたくない部分には厚く焼刃土を塗り、熱して焼き入れの最適温度になったところを見計らって水に浸して急冷することで、焼き入れを行います。
そして、その後「焼き戻し」をします。これは、焼き入れをしただけでは、刀身は硬すぎて刃こぼれや刃切れといった破損の原因になるため、ある程度の温度まで熱して適度な柔らかさを加味する作業です。

熱処理は、その材質に最適な焼き入れ温度まで温度を上げて、一気に急冷します。前記の日本刀の場合は、熱した刀を水につけて急冷する「水焼き入れ」ですが、ほかにもオイルにつけて熱処理をおこなう「オイル焼き入れ」や、零度以下にした条件下で急冷する「サブゼロ」と呼ばれる焼き入れ方法もあります。
また、熱した材料をそのままゆっくり冷却し、柔らかくしたり、残留応力を取り除いたりする作業を「焼き鈍し」といいます。

洋鉄に関するメモは、まだまだ続きそうです…。