金属材料（合金・熱処理・腐食）の一問一答

解説
焼戻しは、焼入れによって硬くもろくなった鋼を、変態点以下の適当な温度に再加熱してから冷却し、粘り強さを与える熱処理です。
焼入れと焼戻しはセットで行われることが多く、硬さと粘り強さのバランスのとれた鋼にします。

他の選択肢が誤りである理由
・「焼なまし」は誤りです。焼なましは、鋼を加熱した後、炉の中などでゆっくり冷やして、軟らかくしたり内部のひずみを取り除いたりする熱処理です。
・「焼ならし」は誤りです。焼ならしは、鋼を加熱した後、大気中で冷やして、組織を均一で細かくする熱処理です。
・「浸炭」は誤りです。浸炭は、鋼の表面に炭素をしみ込ませて、表面だけを硬くする表面硬化の方法です。

覚え方のポイント
熱処理の4つは「焼入れ＝急冷で硬く」「焼戻し＝焼入れ後に粘りを」「焼なまし＝ゆっくり冷やして軟らかく」「焼ならし＝空気中で冷やして均一に」。

解説
焼なまし（焼鈍）は、鋼を適当な温度に加熱した後、炉の中などでゆっくり冷却する熱処理です。
鋼を軟らかくして加工しやすくしたり、加工や溶接で生じた内部のひずみ（残留応力）を取り除いたりする目的で行います。

他の選択肢が誤りである理由
・「焼入れ」は誤りです。焼入れは、加熱後に水や油で急冷して硬くする熱処理です。
・「焼戻し」は誤りです。焼戻しは、焼入れした鋼を再加熱して粘り強さを与える熱処理です。
・「焼ならし」は誤りです。焼ならしは、加熱後に大気中で冷却して組織を均一にする熱処理です。

覚え方のポイント
冷やし方で区別します。「急冷（水・油）＝焼入れ」「空冷＝焼ならし」「炉冷（ゆっくり）＝焼なまし」。

解説
炭素鋼は、炭素の含有量が多くなるほど、硬さと引張強さが大きくなります。
一方で、伸び（延性）や衝撃に対する粘り強さは小さくなり、溶接もしにくくなります。
配管に使う鋼管などには、加工や溶接がしやすい炭素の少ない低炭素鋼（軟鋼）が使われます。

他の選択肢が誤りである理由
・「硬さと引張強さは小さくなり、伸びは大きくなる」は誤りです。炭素が増えると、硬さと引張強さは大きくなり、伸びは小さくなります。逆になっています。
・「硬さも引張強さも伸びも、すべて大きくなる」は誤りです。炭素が増えると伸びは小さくなります。すべてが大きくなるわけではありません。
・「硬さと引張強さは変わらず、溶接性だけが良くなる」は誤りです。炭素が増えると硬さと引張強さは大きくなり、溶接性は悪くなります。

覚え方のポイント
炭素が多い鋼＝「硬く強いが、伸びにくく溶接しにくい」。刃物には炭素の多い鋼、配管には炭素の少ない鋼が使われます。

解説
ステンレス鋼は、鉄にクロム（約10.5％以上）を加えた合金で、ニッケルなどを加えたものもあります。
クロムが空気中の酸素と結びついて、表面にごく薄く緻密な酸化皮膜（不動態皮膜）を作るため、腐食しにくくなります。
この皮膜は、傷ついても酸素があれば再び作られる性質があります。

他の選択肢が誤りである理由
・「表面に亜鉛のめっきが施されているため」は誤りです。亜鉛めっきは、鋼管（白管）などのさび止めの方法で、ステンレス鋼の耐食性の理由ではありません。
・「炭素を多く含み、表面が非常に硬いため」は誤りです。炭素の量や硬さは、耐食性の理由ではありません。
・「銅を多く含んでいて、電気を通しにくいため」は誤りです。ステンレス鋼の耐食性は、銅や電気の通しにくさによるものではありません。

覚え方のポイント
ステンレス＝「鉄＋クロム（＋ニッケル）」。クロムが作る「不動態皮膜」が、さびない理由です。

解説
黄銅（真ちゅう）は、銅と亜鉛の合金です。加工しやすく、バルブや配管の継手などに使われます。
青銅は銅とすずの合金で、鋳造しやすく耐食性がよいため、バルブや軸受などに使われます。
ジュラルミンは、アルミニウムに銅・マグネシウムなどを加えた、軽くて強い合金です。

他の選択肢が誤りである理由
・「黄銅 ― 銅とすず」は誤りです。銅とすずの合金は青銅です。
・「青銅 ― 銅と亜鉛」は誤りです。銅と亜鉛の合金は黄銅です。
・「ジュラルミン ― 鉄とクロム」は誤りです。鉄とクロムを主成分とするのはステンレス鋼です。ジュラルミンはアルミニウムの合金です。

覚え方のポイント
「黄銅＝銅＋亜鉛」「青銅＝銅＋すず」。黄色い真ちゅうは亜鉛、と色と結びつけて覚えましょう。

解説
異なる種類の金属が電解質（水など）を介して接触すると、イオン化傾向の大きい（卑な）金属が陽極となって溶け出し、腐食します。これを異種金属接触腐食（ガルバニック腐食）といいます。
鉄は銅よりイオン化傾向が大きいため、鋼管の側が腐食します。
異なる金属の配管を接続するときは、絶縁継手（絶縁フランジなど）を使って電気的に絶縁します。

他の選択肢が誤りである理由
・「銅管の側が腐食する。銅のほうがイオン化傾向が大きいため」は誤りです。イオン化傾向が大きいのは鉄で、腐食するのは鋼管の側です。
・「どちらも同じように腐食する。異なる金属を接続しても影響はない」は誤りです。異なる金属を接続すると、イオン化傾向の大きい側が腐食しやすくなります。
・「鋼管の側が腐食する。鉄のほうが電気を通しやすく、熱をためるため」は誤りです。腐食の側は正しいですが、理由は電気の通しやすさや熱ではなく、イオン化傾向の違いです。

覚え方のポイント
異種金属接触腐食は「イオン化傾向の大きい方（卑な金属）が溶ける」。鉄と銅なら鉄が負けます。対策は絶縁継手です。

解説
鋳鉄は、炭素を一般に約2％以上含む鉄の合金で、溶かしたときの流動性がよいため、複雑な形の鋳物を作るのに適しています（鋳造性がよい）。
一方で、もろく、引張荷重や衝撃に弱いという性質があります。圧縮には比較的強く、振動を吸収しやすい特徴もあります。
バルブの本体やポンプのケーシングなどに使われます。

他の選択肢が誤りである理由
・「炭素の含有量が少なく、粘り強いので、引張に強い」は誤りです。鋳鉄は炭素を多く含み、もろく、引張には弱い材料です。
・「鉄にクロムとニッケルを加えた、さびにくい合金である」は誤りです。鉄にクロムとニッケルを加えた合金はステンレス鋼です。
・「軟らかく伸びやすいので、薄い板に圧延して使われる」は誤りです。鋳鉄は延性が乏しく、板に圧延して使う材料ではありません。

覚え方のポイント
鋳鉄＝「炭素が多い・鋳造しやすい・もろい・圧縮に強く引張に弱い」。ポンプのケーシングやバルブの本体に使われます。

解説
亜鉛は鉄よりイオン化傾向が大きい（卑な）金属です。
そのため、めっきに傷がついて鉄が露出しても、亜鉛が先に溶け出して鉄の腐食を防ぎます。これを犠牲防食作用といいます。
亜鉛めっき鋼管（白管）は、この性質を利用した防食の代表例です。

他の選択肢が誤りである理由
・「亜鉛は鉄よりイオン化傾向が小さいので、鉄の代わりに腐食しない」は誤りです。亜鉛は鉄よりイオン化傾向が大きいので、先に腐食して鉄を守ります。
・「亜鉛めっきは塗装の下地を作るためのもので、防食の効果はない」は誤りです。亜鉛めっきには、犠牲防食による防食の効果があります。
・「亜鉛めっきは、鋼管の内面だけに施すことが定められているもの」は誤りです。亜鉛めっきを内面だけに施すという決まりはありません。内外面に施したものがあります。

覚え方のポイント
亜鉛めっき＝「亜鉛が身代わりに溶けて鉄を守る（犠牲防食）」。異種金属接触腐食と同じ原理を、良い方向に使っています。

解説
合金は、2種類以上の金属（又は金属と非金属）を溶かし合わせたもので、成分となる純金属とは異なる性質を持ちます。
一般に、合金の融点は成分金属の融点より低くなることが多く、はんだなどはこの性質を利用しています。
また、合金は純金属より硬く強くなり、電気抵抗は大きくなる傾向があります。

他の選択肢が誤りである理由
・「合金は、成分の純金属より軟らかく、強さも下がることが多い」は誤りです。合金は、一般に成分の純金属より硬く強くなります。黄銅や青銅が純銅より硬いのはこのためです。
・「合金の電気抵抗は、成分となる純金属より小さくなることが多い」は誤りです。合金の電気抵抗は、一般に純金属より大きくなります。電熱線にニッケルとクロムの合金が使われるのはこのためです。
・「合金の熱伝導率は、成分となる純金属より大きくなることが多い」は誤りです。合金の熱伝導率は、一般に純金属より小さくなります。純銅に比べて黄銅のほうが熱を伝えにくいのはこのためです。

覚え方のポイント
合金の一般的な性質は「融点が下がる・硬く強くなる・電気抵抗が大きくなる・耐食性などが変わる」。

解説
イオン化傾向（陽イオンになりやすさ）の大きさは、主な金属では K＞Ca＞Na＞Mg＞Al＞Zn＞Fe＞Ni＞Sn＞Pb＞(H)＞Cu＞Hg＞Ag＞Pt＞Au の順です。
この中では亜鉛（Zn）が最も大きく、次に鉄（Fe）、銅（Cu）、金（Au）の順になります。
イオン化傾向の大きい金属ほど、腐食しやすい（さびやすい）性質があります。

他の選択肢が誤りである理由
・「銅」は誤りです。銅はイオン化傾向が小さく、鉄や亜鉛より腐食しにくい金属です。
・「鉄」は誤りです。鉄は亜鉛よりイオン化傾向が小さい金属です。
・「金」は誤りです。金はイオン化傾向が非常に小さく、ほとんど腐食しません。

覚え方のポイント
イオン化傾向は「貸そうかな、まあ、あてにすな、ひどすぎる借金」（K Ca Na Mg Al Zn Fe Ni Sn Pb H Cu Hg Ag Pt Au）の語呂合わせで覚えるのが定番です。