鋼材の物理的特性について

　鋼構造物を設計、製作する際、縦弾性係数（ヤング率）、線膨張係数などの物理的特性が必要になることがある。これら物理的特性は、強度、耐食性などと異なり、化学組成、顕微鏡組織、熱処理などにあまり強く影響されない。
　従って、これらの特性がほぼ同じになる鋼材グループ分けが可能である。表１は、縦弾性係数に対する鋼材のグループ分けと、-195、25、250、500℃における係数を示したものである。鋼種によって大きな違いが無いことが分かる。

表１　鋼材の各温度における縦弾性係数
鋼種	縦弾性係数（1000N/mm²）
鋼種	-195℃	25℃	250℃	500℃
炭素鋼 C≦0.3%	216	203	189	150
炭素鋼 C＞0.3%	215	202	187	149
.5Mo、Mn-.25Mo、Mn-.5Mo、Mn-V	214	201	187	148
.75Ni-.5Mo-Cr-V、1Ni-.5Cr-.5Mo、.5Ni-.5Mo-、.75Ni-1Mo-.75Cr、.75Ni-.5Mo-.3Cr-V、.5Ni-.5Cr-.25Mo-V、.75Cr-.75Ni-Cu-Al、.75Cr-.5Ni-Cu、.75Cr-.5Ni-Mo、2Ni-1Cu、2.5Ni、3.5Ni	204	192	178	158
.5Cr-.5Mo、1Cr-.5Mo、1.25Cr-.5Mo-Si、1.25Cr-.5Mo、2Cr-.5Mo	218	205	190	169
2.25Cr-1Mo、3Cr-1Mo	225	211	196	174
5〜9Cr系	227	213	198	166
12〜17Crフェライト、マルテンサイト系鋼	215	201	185	156
16〜25Crオーステナイト系鋼	209	195	179	160

　表２に、線膨張係数に対する鋼材のグループ分けと係数を示す。線膨張係数は、主に結晶構造に依存する特性といえる。オーステナイト系鋼（面心立方）は線膨張係数が大きく、高温使用では膨張（熱応力の発生）に注意が必要である。

表２　鋼材の100及び500℃の線膨張係数（基準温度20℃）
鋼種	線膨張係数（×10^-6/℃）
鋼種	100℃	500℃
炭素鋼、Mo鋼、低Cr鋼（3CrMo以下）	11.53	14.19
Cr含有量5〜9％合金鋼（5CrMo〜9CrMo）	10.91	12.85
3.5%Ni鋼(3.5Ni)	11.65	13.46
オーステナイト系鋼（18Cr8Ni）	16.84	18.36
フェライト系鋼（13〜27Cr）	10.04	11.84
オーステナイト系鋼（25Cr20Ni）	15.84	16.32

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木原重光

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