2015 年 5 月 18 日現在 新版 基礎編 応用編 鉄鋼材料と合金元素 第１章～第６章 第１章～第３５章 基礎編 第1章 元素，相平衡，拡散と合金元素 1.1 元素の性質 1.1.1 元素の周期表 1.1.2 純 Fe の物性と機械的性質 1.2 熱力学と状態図 1.2.1 平衡熱力学の基礎 1.2.2 熱力学モデル 1.2.3 化学ポテンシャルと相平衡 1.2.4 Fe 基二元系状態図 1.2.5 Fe 基三元系状態図 1.2.6 Fe 基多元系状態図 1.2.7 固溶体における合金成分の存在状態と物理的性質 1.2.8 化合物の物理的性質 1.2.9 鋼中の析出物や介在物の溶解度積 1.3 鋼中の拡散 1.3.1 拡散の基礎 1.3.2 Fe 中の置換型添加成分や侵入型添加成分の拡散係数 1.3.3 Fe 中の侵入型拡散に及ぼす置換型合金元素の影響 1.3.4 拡散律速型の浸炭反応 1.3.5 拡散律速型の脱炭反応 第2章 変態と析出に及ぼす合金元素の効果 2.1 組織形成過程における合金元素の効果 2.1.1 鉄鋼の製造プロセスと組織形成 2.1.2 拡散変態と無拡散変態の核発生 2.1.3 拡散律速成長 2.1.4 粗大化 2.1.5 界面偏析と界面移動に及ぼす効果 2.2 鉄鋼の変態に及ぼす合金元素の効果 2.2.1 鉄鋼材料における変態 2.2.2 フェライト変態 2.2.3 パーライト変態 2.2.4 ベイナイト変態 2.2.5 マッシブ変態 1 目次 2.2.6 マルテンサイト変態 2.2.7 恒温変態曲線 2.2.8 連続冷却曲線 2.2.9 焼き入れ性に及ぼす合金元素の効果 2.3 鉄鋼の析出 2.3.1 鉄鋼材料における析出物の形態と結晶学 2.3.2 オーステナイト中の析出 2.3.3 フェライト中の析出 2.3.4 フェライトおよびパーライト変態中に起こる析出 2.3.5 焼戻し中に起こる析出 第3章 回復，再結晶と粒成長に及ぼす合金元素の効果 3.1 回復・再結晶 3.1.1 粒界構造とモビリティ 3.1.2 一次再結晶と二次再結晶 3.2 粒成長 3.2.1 正常粒成長と異常粒成長 3.2.2 ソリュートドラッグ 3.2.3 ピン止め理論 3.3 集合組織 3.3.1 熱間加工における集合組織 3.3.2 冷間圧延・再結晶における集合組織形成 3.3.3 変態集合組織 第4章 合金元素と機械的性質 4.1 強度（主として引張試験特性） 4.1.1 弾性率 4.1.2 不連続降伏と連続降伏 4.1.3 降伏強度 4.1.4 引張強さ 4.1.5 へき開破壊強度 4.1.6 粒界破壊強度 4.1.7 水素脆性 4.2 延性（主として引張試験特性） 4.2.1 加工硬化 4.2.2 均一伸び 4.2.3 破断伸びと絞り 4.3 加工性 4.3.1 熱間加工性 4.3.2 冷間加工性 4.3.3 被削性 4.4 時間依存損傷破壊 4.4.1 疲労（主に介在物からの影響） 4.4.2 クリープ 2 第5章 合金元素と耐食性 5.1 鉄鋼の腐食機構 5.1.1 水溶液腐食 5.1.2 高温酸化 5.2 腐食現象 5.2.1 不働態 5.2.2 孔食，すき間腐食 5.2.3 粒界腐食 5.2.4 応力腐食割れ 5.3 腐食環境 5.3.1 大気腐食 5.3.2 海水腐食 5.3.3 高温ガス腐食 5.3.4 高温高圧水腐食 第6章 合金元素と物理的性質 6.1 熱的性質 6.1.1 熱膨張 6.1.2 熱伝導 6.2 電気的性質 6.2.1 電気伝導率（電気抵抗率） 6.2.2 熱電効果 6.3 磁気的性質 6.3.1 鉄鋼の磁性 6.3.2 磁気異方性と磁歪 6.3.3 Fe 系軟磁性材料 6.3.4 Fe 系硬磁性材料 6.4 放射化特性 6.4.1 核融合環境と低放射化 6.4.2 低放射化フェライト鋼 3 応用編 第1章 Ag 1.1 Ag の状態図と拡散 1.1.1 Fe-Ag 系状態図 1.1.2 拡散 1.2 Ag の抗菌特性 1.3 製品技術への応用 第2章 Al 2.1 プロセス 2.1.1 製鋼 2.1.2 熱間加工，熱処理 2.2 組織 2.2.1 状態図 2.2.2 Fe-Al 系合金における Fe と Al の拡散 2.2.3 変態と析出 2.2.4 回復・再結晶・粒成長 2.2.5 Fe-Al 金属間化合物の析出 2.3 特性 2.3.1 機械的特性 2.3.2 化学的特性 2.3.3 物理的特性 2.3.4 溶接性 2.3.5 熱処理性 第3章 As 3.1 プロセス 3.1.1 製鋼 3.1.2 下工程 3.1.3 環境負荷対策 3.2 組織 3.2.1 相平衡と拡散 3.2.2 回復・再結晶・粒成長 3.3 特性 3.3.1 機械的性質 3.4 物理的性質 3.4.1 電気的性質および磁気特性 第4章 B 4.1 プロセス 4.1.1 製鋼 4.1.2 熱間加工および熱間脆性 4.2 組織 4 4.2.1 相平衡 4.2.2 拡散 4.2.3 変態 4.2.4 偏析と析出 4.2.5 回復・再結晶・粒成長 4.2.6 B の分析・解析方法 4.3 特性 4.3.1 機械的性質 4.3.2 耐食性 4.3.3 溶接性 4.4 B 添加実用鋼 4.4.1 溶接構造用鋼 4.4.2 機械構造用鋼 4.4.3 薄板 4.4.4 耐熱鋼 4.4.5 原子力用鋼 第5章 Bi 5.1 プロセス 5.1.1 製鋼 5.1.2 鋳造（鋳鉄含む） 5.1.3 下工程 5.2 組織 5.2.1 相平衡と拡散 5.2.2 再結晶・粒成長 5.3 特性 5.3.1 機械的性質 5.3.2 被削性 5.3.3 溶接性 5.3.4 耐食性 5.3.5 クリープ特性 5.4 製品技術への応用 第6章 C 6.1 プロセス 6.1.1 製錬・鋳造 6.1.2 浸炭・脱炭 6.2 組織 6.2.1 相平衡と拡散 6.2.2 相変態および析出 6.2.3 回復・再結晶・粒成長 6.2.4 分析 6.3 機械的特性 6.3.1 機械的性質の炭素量依存性 6.3.2 極低炭素鋼 5 6.3.3 低炭素鋼 6.3.4 中炭素鋼 6.3.5 高炭素鋼 6.3.6 高合金鋼 6.4 鉄系焼結部品 第7章 Ca 7.1 プロセス 7.1.1 Ca の添加方法と製鋼反応 7.1.2 鋳片品質に及ぼす Ca の影響 7.1.3 鋳鉄の黒鉛形態制御 7.2 組織 7.2.1 状態図 7.3 特性 7.3.1 被削性 7.3.2 靱性 7.3.3 溶接性 7.3.4 疲労特性 7.3.5 水素脆性 7.3.6 加工性 7.3.7 その他 7.4 製品技術への応用 7.4.1 Ca 脱酸快削鋼 第8章 Co 8.1 プロセス 8.1.1 製鋼反応 8.1.2 鋳造性欠陥に及ぼす影響 8.2 組織 8.2.1 状態図 8.2.2 変態に及ぼす影響 8.3 特性 8.3.1 機械的性質 8.3.2 耐食性 8.3.3 溶接性 8.3.4 物理的特性 8.4 製品技術への応用 第9章 Cr 9.1 プロセス 9.1.1 製鋼プロセス 9.2 状態図 9.2.1 Fe-Cr 二元系 9.2.2 Fe-Cr-C 三元系 9.3 組織と熱処理 6 9.3.1 合金炭化物の固溶と析出 9.3.2 再結晶・粒成長 9.3.3 変態特性 9.3.4 焼入れ性 9.3.5 焼戻しに伴う炭化物反応 9.3.6 焼戻し軟化抵抗及び焼戻し脆性 9.3.7 浸炭及び窒化 9.3.8 黒鉛化 9.4 機械的性質 9.4.1 低温及び常温の機械的特性 9.4.2 高温の機械的性質及び熱間加工性 9.4.3 成形加工性 9.4.4 被削性 9.4.5 耐摩耗性 9.5 物理的性質 9.5.1 熱的性質 9.5.2 電気的性質 9.5.3 磁気的性質 9.6 化学的性質 9.6.1 大気中，淡水中及び海水中における腐食 9.6.2 酸およびアルカリによる腐食 9.6.3 高温高圧水及び水蒸気による腐食 9.6.4 耐酸化性 9.6.5 その他の各種環境における腐食 9.7 溶接性 第 10 章 Cu 10.1 プロセス 10.1.1 製鋼反応における Cu の挙動 10.1.2 Cu を含む鉄鋼の規格 10.1.3 表面赤熱脆性 10.2 組織 10.2.1 平衡状態図と変態挙動 10.2.2 析出・固溶 10.3 特性 10.3.1 常温における機械的特性 10.3.2 耐熱性 10.3.3 耐食性 第 11 章 H 11.1 製鋼工程における水素の挙動 11.1.1 低水素化の進展 11.1.2 溶融 Fe 中での水素の挙動 11.1.3 溶融スラグ中水蒸気溶解度 11.1.4 溶融 Fe からの脱水素 7 11.1.5 鋳片での水素 11.2 環境からの水素侵入 11.2.1 水素の吸着状態と水素侵入 11.2.2 高圧水素ガス環境における水素侵入 11.2.3 液相からの水素侵入 11.2.4 各種環境における水素侵入 11.3 鋼中水素の存在状態 11.3.1 鋼中 H の測定方法および分析方法と装置 11.3.2 鋼中 H の存在状態 11.3.3 鋼中 H 量に及ぼす影響因子 11.4 鋼中水素の拡散 11.4.1 鋼中 H の拡散係数 11.4.2 鋼中 H の拡散に及ぼす因子 11.5 鋼の力学的性質におよぼす水素の影響 11.5.1 延性 11.5.2 疲労特性 11.5.3 応力緩和およびクリープ特性 11.5.4 破壊力学特性 11.6 水素脆性の実験室的評価法 11.6.1 残留水素による割れ 11.6.2 高圧水素用機器の安全性基準 11.6.3 遅れ破壊 11.6.4 サワー環境における応力腐食割れ 11.6.5 遅れ破壊における限界水素量の概念 第 12 章 Hf 12.1 組織 12.1.1 Fe-Hf 系状態図 12.1.2 Fe-Hf-C 系状態図 12.1.3 組織および結晶粒度 12.2 鋼の工学的諸性質 12.2.1 機械的性質 12.2.2 耐酸化性 12.2.3 溶接性 12.2.4 脆性 12.2.5 耐浸炭性 12.2.6 照射損傷 第 13 章 Mg 13.1 製鋼 13.1.1 金属 Mg の物性値と溶鉄への添加方法 13.1.2 Mg による脱酸平衡 13.1.3 Mg 脱酸による凝固組織の等軸晶化と介在物分散 13.1.4 Mg による脱硫平衡 13.2 組織 8 13.2.1 鋳鉄の黒鉛球状化 13.2.2 鋼の結晶粒微細化 13.3 機械的性質 13.4 その他の特性 第 14 章 Mn 14.1 プロセス 14.1.1 Mn の添加方法と鋳造・熱延組織 14.2 組織 14.2.1 相平衡と拡散 14.2.2 変態と析出 14.2.3 回復・再結晶・粒成長 14.3 特性 14.3.1 機械的性質 14.3.2 耐食・耐酸化性 14.3.3 物理的性質 14.3.4 溶接性 14.4 Mn 添加実用鋼 14.4.1 高 Mn 鋼 14.4.2 耐熱鋼およびステンレス鋼 第 15 章 Mo 15.1 プロセス 15.1.1 Mo の添加方法と製鋼反応 15.1.2 鋳片品質に及ぼす Mo の影響 15.2 組織 15.2.1 状態図 15.2.2 変態 15.2.3 粒成長 15.2.4 焼入れ焼戻し 15.3 特性 15.3.1 一般特性 15.3.2 実用鋼における Mo の効果 第 16 章 N 16.1 プロセス 16.1.1 製鋼（液相プロセス） 16.1.2 熱間加工 16.1.3 固相プロセス 16.2 組織 16.2.1 相平衡と熱力学 16.2.2 拡散 16.2.3 相変態と析出 16.2.4 回復・再結晶・粒成長 16.3 特性 9 16.3.1 機械的性質 16.3.2 化学的性質 16.3.3 物理的性質 16.3.4 溶接性 16.4 特殊な応用 16.4.1 低 Ni 高窒素オーステナイト系ステンレス鋼の製造プロセスと特性 16.4.2 冠動脈ステントへの適用可能性の検討 16.4.3 固体高分子型燃料電池用金属セパレータへの適用性の検討 第 17 章 Nb 17.1 プロセス 17.1.1 製鋼・鋳造プロセス 17.1.2 TMCP 17.2 組織 17.2.1 平衡状態図と溶解度積 17.2.2 相変態 17.2.3 析出 17.2.4 粒成長 17.2.5 異常粒成長 17.3 特性 17.3.1 機械的性質 17.3.2 溶接性 17.4 製品技術への応用 17.4.1 厚板ラインパイプ 17.4.2 熱延鋼板 17.4.3 冷延鋼板 17.4.4 ステンレス鋼，耐熱鋼 第 18 章 Ni 18.1 プロセス 18.1.1 製鋼 18.1.2 圧延・めっき 18.2 組織 18.2.1 相構成 18.2.2 相変態 18.2.3 積層欠陥エネルギー 18.3 特性 18.3.1 焼入れ性と強化作用 18.3.2 構造用鋼 18.3.3 機械構造用鋼 18.3.4 ステンレス鋼 18.3.5 耐熱鋼 18.4 用途に特化された Ni 合金鋼 18.4.1 低温圧力容器用鋼 18.4.2 ニッケル系高耐候性鋼 10 18.4.3 鉄道車両用ステンレス鋼 18.4.4 海洋構造物用高合金鋼 18.4.5 粒子加速器での使用 18.4.6 インバー合金 第 19 章 O 19.1 プロセス 19.1.1 Al 脱酸技術 19.1.2 複合脱酸技術 19.2 組織 19.2.1 各種酸化物の物理化学的性質 19.2.2 加工による鋼中酸化物の存在形態の変化 19.2.3 組織および結晶粒度 19.2.4 低温靭性 19.2.5 焼入れ性 19.3 特性 19.3.1 機械的特性 19.3.2 溶接性―アーク溶接金属への O 侵入挙動― 19.4 製品技術への応用 19.4.1 オキサイドメタラジー 19.4.2 琺瑯用鋼板としての高酸素鋼板 第 20 章 P 20.1 プロセス 20.1.1 製鋼 20.1.2 熱間加工 20.1.3 冷間加工および切削性 20.1.4 焼鈍，熱処理 20.2 組織 20.2.1 相平衡と拡散 20.2.2 粒界偏析 20.2.3 析出 20.2.4 回復・再結晶 20.3 機械的特性 20.3.1 引張特性と成形性 20.3.2 破壊靭性 20.3.3 水素脆化と耐食性 20.3.4 耐 2 次加工脆性 20.3.5 耐熱性・クリープ特性 20.3.6 耐摩耗性 20.4 物理的特性 20.5 溶接性 第 21 章 Pb 21.1 プロセス 11 21.1.1 製鋼 21.1.2 鋳造・圧延 21.2 組織 21.2.1 相平衡と拡散 21.2.2 ミクロ組織 21.3 特性 21.3.1 機械的特性 21.3.2 被削性 21.3.3 冷間加工性 21.3.4 耐食性 21.3.5 溶接性 21.4 製品技術への応用 21.4.1 他の快削元素との重畳効果 21.4.2 S-Pb 複合快削鋼 21.4.3 Pb-S-Ca 等複合快削鋼 第 22 章 Lu） REM（Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Tb, 22.1 プロセス 22.1.1 製鋼プロセス 22.2 組織 22.2.1 相平衡と拡散 22.2.2 再結晶と変態 22.2.3 浸炭，窒化および硼化 22.3 特性 22.3.1 機械的性質 22.3.2 時間依存損傷破壊 22.3.3 耐酸化性および耐食性 22.3.4 その他の性質 22.4 製品技術への応用 22.4.1 溶接熱影響部の組織制御 22.4.2 アーク溶接 22.4.3 酸化物分散強化型合金 第 23 章 S 23.1 プロセス 23.1.1 脱硫処理 23.1.2 熱間脆性 23.2 組織 23.2.1 硫化物データ 23.2.2 粒内変態核生成 23.2.3 一次再結晶 23.2.4 二次再結晶 23.3 特性 23.3.1 靭性 12 23.3.2 成形性 23.3.3 常温ひずみ時効性 23.3.4 被削性 23.3.5 疲労強度 23.3.6 耐食性 23.3.7 磁気特性 23.3.8 アーク溶接性 23.3.9 スポット溶接性 23.4 製品技術への応用 第 24 章 Sb 24.1 プロセス 24.1.1 製鋼 24.1.2 熱間加工 24.2 組織 24.2.1 相平衡と拡散 24.2.2 偏析 24.2.3 回復・再結晶・粒成長 24.3 特性 24.3.1 機械的性質 24.3.2 化学的性質 24.3.3 物理的性質 第 25 章 Se 25.1 プロセス 25.1.1 製鋼 25.1.2 下工程 25.2 組織 25.2.1 相平衡と拡散 25.2.2 回復・再結晶・粒成長 25.3 特性 25.3.1 機械的特性 25.3.2 被削性 25.3.3 耐食性 25.4 製品技術への応用 第 26 章 Si 26.1 プロセス 26.1.1 製鋼 26.1.2 Si スケール 26.1.3 CVD プロセス 26.2 組織 26.2.1 相平衡と拡散 26.2.2 変態と析出 26.2.3 回復・再結晶・粒成長 13 26.3 特性 26.3.1 機械的性質 26.3.2 化学的特性 26.3.3 物理特性に及ぼす Si の影響 26.3.4 溶接性 26.4 製品技術への応用 第 27 章 Sn 27.1 プロセス 27.1.1 製鋼 27.1.2 熱間加工性，脆性割れ 27.1.3 リサイクル 27.2 組織 27.2.1 相平衡 27.2.2 偏析と拡散 27.2.3 再結晶、結晶粒および集合組織 27.3 特性 27.3.1 機械的性質 27.3.2 耐食性 27.4 製品技術への応用 27.4.1 電磁鋼板 27.4.2 フェライト系ステンレス鋼 第 28 章 Ta 28.1 プロセス 28.1.1 原料 28.1.2 溶解・造塊・偏析 28.1.3 鍛造・圧延 28.1.4 分析 28.2 組織 28.2.1 化合物 28.2.2 化合物の生成自由エネルギー 28.2.3 熱平衡状態および溶解度積 28.2.4 拡散速度 28.2.5 熱処理と組織 28.3 特性 28.3.1 機械的性質 28.3.2 クリープ 28.3.3 耐酸化性 28.3.4 接合 28.4 製品技術への応用 第 29 章 Te 29.1 プロセス 29.1.1 製鋼 14 29.1.2 熱間加工 29.2 組織 29.2.1 相平衡と拡散 29.2.2 粒成長 29.3 特性 29.3.1 機械的特性 29.3.2 被削性 29.3.3 冷間加工性 29.4 製品技術への応用 第 30 章 Ti 30.1 プロセス 30.1.1 製鋼プロセスにおける Ti 30.2 組織 30.2.1 状態図 30.2.2. 相変態・析出 30.2.3 回復・再結晶・粒成長 30.3 特性 30.3.1 機械的性質 30.3.2 耐食性・耐候性 30.3.3 溶接性 第 31 章 U 31.1 プロセス 31.1.1 U 鋼の開発 31.1.2 U 鋼の溶解と U 添加の方法 31.1.3 U 添加の効果 31.2 組織 31.2.1 非鉄金属と U との化合物 31.2.2 Fe-U の状態図 31.2.3 組織 31.2.4 熱処理特性 31.3 特性 31.3.1 機械的性質 31.3.2 耐食性 31.3.3 溶接性及び加工性 31.4 U と鋼材の反応 31.4.1 溶融した UO2 燃料と鋼材との反応 31.4.2 U 合金と鋼材との反応 第 32 章 V 32.1 プロセス 32.1.1 製鋼 32.1.2 熱間圧延，熱処理 32.2 組織 15 32.2.1 平衡状態図 32.2.2 V 炭化物，V 窒化物の溶解度 32.2.3 析出 32.3 機械的性質 32.3.1 強度 32.3.2 靭性 32.3.3 疲労特性 32.3.4 水素脆化特性 32.4 製品技術への応用 32.4.1 高強度圧延鋼材 32.4.2 非調質機械構造用鋼 32.4.3 ボルト・ばね 32.4.4 耐熱鋼 第 33 章 W 33.1 プロセス 33.2 組織 33.2.1 状態図 33.2.2 熱処理と組織変化 33.3 特性 33.3.1 常温特性 33.3.2 高温特性 33.3.3 耐食性・耐酸化性 第 34 章 Zn 34.1 プロセス 34.1.1 製銑作業における Zn の挙動 34.1.2 製鋼作業における Zn の挙動 34.1.3 その他 34.2 相平衡と拡散 34.2.1 Fe-Zn 二元系状態図 34.2.2 Fe-Zn-Al 三元系状態図 34.3 特性 34.3.1 機械的性質 34.3.2 溶接性 第 35 章 Zr 35.1 プロセス 35.1.1 脱酸作用と非金属介在物 35.1.2 脱硫作用と非金属介在物 35.1.3 脱窒作用と非金属介在物 35.1.4 オキサイドメタラジー 35.1.5 鋼の各種脆性におよぼす Zr の影響 35.1.6 耐酸化性 35.2 組織 16 35.2.1 Fe-Zr 系状態図 35.2.2 結晶粒度 35.2.3 熱処理特性 35.3 機械的特性 35.3.1 成形性 35.3.2 耐ひずみ時効性 35.3.3 靭性 35.3.4 被削性 35.3.5 高温疲労特性 35.3.6 耐食性 35.3.7 溶接性 35.3.8 浸炭・窒化 17
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