機械

【形鋼】一般に流通する鋼材の種類と形状

アングル、チャンネルなどの一般流通鋼材の名を聞いたことがあるかもしれません。

これらは形鋼(かたこう)と呼ばれます。

それぞれの名前が断面形状を意味していることが特徴です。

形鋼を使用するメリット

  • 大量生産されていて安価
  • CAD化された図面が入手しやすい
  • 規格品であり強度や価格などの情報が調査可能
  • 応用範囲が広い形状である
形鋼の断面一覧

詳しい解説は目次から項目をクリックしてご確認ください。

製法による違い

形鋼は初めに形状ではなく製法による分類ができます。

熱間加工、冷間加工それぞれの特徴を押さえておきます。

重量形鋼(熱間加工)

鋼片を熱間で、つまり数百℃と高い温度に熱して圧延加工した形鋼です。

熱間圧延加工は加工性が高いため低コストで製造することができます。

基本的に形鋼は重量形鋼になります。

また黒皮という酸化膜も形成されており表面は防錆性能を持っています。

ただし切断、溶接を行った場合は金属表面が露出するため塗装による防錆処理が必要です。

軽量形鋼(冷間加工)

薄板や帯鋼を冷間で、つまり室温程度の低い温度でロール成形加工(ロールフォーミング)した形鋼です。

成形性や寸法精度が高いことが特徴です。

ただし使用材料の関係から肉厚が薄くなってしまいます。

名前の通り軽量ですのでコストダウン用途でも用いられます。

C形状の形鋼

断面がコの字になっており、1方向からのみアクセス可能な溝ができています。

片側が十分に空いており他の形鋼と比べて施工性が高いことが特徴です。

ただし形状の関係から重心位置が断面中心から少しずれる点に注意が必要です。

溝形鋼(チャンネル鋼)

溝形鋼イメージと断面

断面がコの字形状をしています。

建築、機械の幅広い箇所で使用される汎用品です。

重心がずれている(偏心している)ことから梁ではなく特に柱への利用が行われます。

構造材として使用する際には偏心による影響を考慮していないと重大な事故に繋がります。

軽溝形鋼(フォーミングチャンネル)

軽溝形鋼イメージと断面

鋼板を曲げて製造されている軽量形鋼です。

構造材には向いておらず、軽量を生かしたカバー等で用いられます。

次に説明するリップ溝形鋼の方が強度があり好まれます。

リップ溝形鋼(Cチャンネル)

リップ溝形鋼イメージと断面

軽溝形鋼のコの字先端に折り曲げ形状を設けてあります。

チャンネル特有の施工しやすさに加えて軽量で加工しやすい特徴があります。

ケーブルの固定用や建物の下地材として使用されます。

H形状の形鋼

断面がH形をしている形鋼です。

少なくともH形鋼は押さえておきましょう。

H形鋼(エイチ鋼)

H鋼のイメージと断面

建築物の梁に使用される断面効率が高い形鋼です。

断面効率は重量当たりの曲げ耐性の高さを指します。

種類が多く安価であるあり特に頻繁に使用されます。

縦横の寸法比率によって幅広、中幅、細幅の3種類があります。

I形鋼(ジョイスト鋼、アイビーム)

I形鋼のイメージと断面

H形鋼に比べて種類は少ないですが断面効率が高い特徴があります。

そのためホイストやチェーンブロックの水平移動レールとして利用されます。

H形鋼との違いはフランジ部(Iの横棒部分)の外側から内側に向かって厚みが増すように勾配(テーパー)が設けられている点です。

このテーパー形状がH形鋼よりも優れた曲げ強度を出しています。

締結面が斜めを向くことから、ボルト締結する際には傾斜座金(テーパーワッシャー)を使用しなければなりません。

CT形鋼(カットティー)

CT形鋼のイメージと断面

断面がT字をしています。

これをH型形状に分類しているのは、H形鋼を断面から半分に切断することでT形鋼を製造するからです。

そのためカットティーとも呼ばれています。

建物の下地材として使用されます。

L形状の形鋼

断面がL形をしている形鋼でアングルもしくはLアングルとも呼ばれます。

断面形状がL形をしているため断面効率はH鋼よりも悪くなります。

薄い板厚でありながらも強度が確保できるため補強材にも使用されます。

等辺山形鋼(アングル鋼)

Lアングルのイメージと断面

2辺の長さが等しい山形鋼です。

建築、機械の幅広い箇所で使用される汎用品です。

不等辺山形鋼(不等辺アングル鋼)

不等辺山形鋼のイメージと断面

2辺の長さが不均一な山形鋼です。

断面効率が高く補強部材として利用されます。

不等辺厚山形鋼(不等辺厚アングル鋼)

不等辺厚山形鋼のイメージと断面

不等辺山形鋼の両辺で板厚に違いがあるアングル鋼です。

長辺側の板厚が薄くなっています。

Z形状の形鋼

断面がZ形をしている形鋼です。

比較的厚さが薄くてもZ形状の横方向の曲げに非常に対し形状をしています。

使用頻度は比較的少ないです。

軽Z形鋼

軽Z形鋼のイメージと断面

2つの折り曲げ部位を持つ断面がZ形の軽量形鋼です。

リップZ形鋼

リップZ形鋼のイメージと断面

軽Z形鋼の両端を内側に折り曲げることで強度を増加させています。

塊金属材

断面に空間部位が無く、短く切断すると金属ブロックになりうる形鋼です。

丸鋼

丸鋼イメージと断面

丸鋼は断面が丸い形状をしており丸棒とも呼ばれます。

後述する鋼管(パイプ)と比べて中身が詰まっており機械的強度が優れています。

その分重量が増すため用途に応じた選択が必要です。

似た形状に異形鉄筋(異形棒鋼)という丸棒にデコボコが付いた丸棒もあります。

これは鉄筋コンクリートで使われる鉄筋を指します。

角鋼

角鋼イメージと断面

断面が正方形状をしています。

後述する角鋼管(角パイプ)の代わりとして角鋼を使用することで、あまり空間を使わずとも十分な強度を持たせることができます。

ただし重量は角鋼管を使用する時と比べて増加するため選択が必要です。

平鋼(フラットバー)

平鋼イメージと断面

断面が長方形である平らな形鋼です。

一般的には約5mm以上の厚みがあるものを指します。

材質や板厚、サイズなどが十分に揃っており汎用性が非常に高いことが特徴で、様々な機械部品の加工前素材として使用されています。

管材

中空形状を持つ、いわゆるパイプです。

鋼管(パイプ)

鋼管イメージと断面

鋼管と言えば配管が一番に思い浮かびますが機械材料でも使用されます。

そのため管用炭素鋼管(JIS G 3452)、一般構造用圧延鋼材(JIS G 3101)など規格も複数存在することが特徴です。

中空素材であるため丸鋼よりも軽量ですが強度は劣ります。

鋼材の円周部分のみを利用したい場合には鋼管がオススメです。

角鋼管(角パイプ)

角鋼管イメージと断面

断面には正方形と長方形の2種類があります。

角が滑らかな形状(曲がり形状)をしていることもあり機械等のフレームによく使用されます。

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