鋳鉄とは？ 鋼・鉄との違いや種類別による特徴について解説します

鋳鉄とは？

鋳鉄とは、炭素を2.0～4.5パーセント程度含む鋳物用の鉄であり、一般的には鉄を使った鋳物製品全般、またはそこに用いられている鉄のことを指します。

機械加工が容易であるため、自動車部品、建築部品、機械部品、鉄道部品、船舶部品、園芸用品、調理器具、芸術品など幅広い分野において活用されています。

鋳鉄・鋼・鉄の違い

鉄は、炭素量が約0.02％未満の金属であり、一般的には炭素が多い金属ほど硬く、その硬さが増すと脆くなります。したがって、鉄は鋼や鋳鉄に比べて強度が低いとされます。鉄は酸化しやすく、加工も難しい性質を持つため、ほとんどがそのままの形で使用されることはありません。

通常、鉄は炭素量を0.02％から2.1％まで増やして強度を向上させ、これを「鋼」として使用します。私たちが日常で「鉄」と呼んでいるもののほとんどは、厳密には「鋼」です。鉄、鋼、鋳鉄は、炭素量が増えると硬さや強度が増す一方、靭性（材料のしなやかさや耐久性を示す性質）は低下します。鉄と鋼は鋳鉄と比較して炭素量が低いため、硬さでは劣るものの、靭性に優れています。この特性により、鉄や鋼は薄い厚みでも割れにくい特徴があります。

鋳鉄と鋳物の違い

似たような言葉に「鋳物（いもの）」というものがあります。鋳物とは、溶かした材料を型に流し込んで作られた製品を指します。つまり、鋳鉄は素材そのものを指し、一方の鋳物は材料から作られた製品を表します。

鋳鉄は非常に多くの量が生産され、鋳物に使用されることがよくありますが、全ての鋳物が鋳鉄から作られているわけではありません。鋳物は、鋳鉄以外にも、鋼を1500℃まで加熱して型に流し込んで作る「鋳鋼（ちゅうこう）」や、アルミニウム、銅、マグネシウムなどさまざまな材料から製造されることがあります。

鋳鉄の特徴

鋳鉄ならではの特徴として、メリット・デメリットのそれぞれについてご紹介します。

メリット

鋳鉄の最大の利点は、複雑な形状を持つ金属製品でも型に溶かした金属を流し込む製法を使用できるため、繰り返し製造が可能であるということです。

仮に一から削り出して作成する場合は、複雑な形状ほど多くの工具や加工工程が必要とされ、生産数量によっては高額になります。また、製品の形状によっては、個々の生産に要する時間も増加します。一方、多くの場合、鋳物の方が形状や材質によっては安価で大量生産が可能です。

デメリット

鋳物の生産には、鋳型と呼ばれる金型を製作する必要があり、その製作には一定のコストと時間が掛かります。そのため、ある程度の数量が必要な場合にはコスト効率が良くなりますが、数量が少ない場合にはコスト面でのメリットが限定される可能性があります。

また、鋳鉄の特性として、高い炭素含有率により、靭性や耐衝撃性に制約が生じます。炭素含有率が高いため、溶接や塑性加工（例：プレス加工）には適していません。複合的な加工が必要な場合、材料の選定段階で慎重な検討が必要です。

鋳鉄の種類

鋳鉄の種類は数多くに分類され、それぞれによって特性が異なるため、その点を考慮して適切なものを選択する必要があります。

強靭鋳鉄

通常の片状黒鉛鋳鉄よりも強度が優れた鋳鉄の総称です。強さや延性が大きく、引張り試験における伸びは1％程度あり、抗折試験におけるたわみもかなりあって、靭性が認められています。

強靭鋳鉄は、高級鋳鉄と呼ばれることもあります。

ねずみ鋳鉄

鋳鉄には、一定量の炭素が含まれており、この炭素はセメンタイトではなく、黒鉛の形で結晶化します。この結果、鋳鉄はねずみ色の表面を持つことがあり、一般的に「ねずみ鋳鉄」または「普通鋳鉄」として知られています。

これらの鋳鉄は、FC（鉄とCastingの略）と呼ばれ、その後に引張り強度を示す3桁の数字が続きます。たとえば、FC150は、最低引張り強度が150以上であることを示します。

CV鋳鉄

ねずみ鋳鉄とダクタイル鋳鉄の中間的な特性を持つ材料であり、CVは「Compacted Vermicular」の略です。名前の通り芋虫状の黒鉛組織を含有しています。

ダクタイル鋳鉄と同等の強度を持ちつつ、優れた機械加工性、鋳造性、高い熱伝導率、振動吸収性を兼ね備えています。これらの特性を活かして、油圧バルブやシリンダーブロックなどの製品に広く使用されています。

白鋳鉄

鋳鉄に含まれる炭素やケイ素が少ない場合、炭素は黒鉛（グラファイト）として析出せずに、炭素化合物のセメンタイト（Fe3C）に変わります。このセメンタイトの結晶により、材料の破面が白く見え、これが白鋳鉄（はくちゅうてつ）として知られています。

白鋳鉄は非常に硬く、耐摩耗性に優れていますが、加工性が悪く、もろくて割れやすいという特性を持っています。

ダクタイル鋳鉄

ダクタイル鋳鉄は、通常の鋳鉄にマグネシウムやセリウムなどを添加して、その材料内の黒鉛を球状にしたものです。これは一般的に「球状黒鉛鋳鉄」または「ノジュラー鋳鉄」とも呼ばれています。

通常のねずみ鋳鉄は強度が低く、脆いという欠点がありますが、ダクタイル鋳鉄はこの問題を克服し、応力が集中しにくく、耐久性に優れています。そのため、自動車部品や水道管など、強度と耐久性が要求される製品に広く使用されています。

可鍛鋳鉄

可鍛鋳鉄（かたんちゅうてつ）は、通常の白鋳鉄を特殊な熱処理によって強度を向上させた鋳鉄の一種です。「可鍛」は、物質が強く打撃に耐える性質を指します。

可鍛鋳鉄は、熱処理方法に応じて「白心可鍛鋳鉄」、「黒心可鍛鋳鉄」、および「パーライト可鍛鋳鉄」に分類され、それぞれ異なる特性を持っています。これらの種類は、自動車部品や鉄管継手など、高い強度が求められるアプリケーションで使用されています。

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