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教育状況公表
令和3年4月17日
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教育状況公表
令和3年4月17日
04.
１５００℃
が作る東京スカイツリー―鉄鋼―
材料の変遷（出典：
野村正勝・鈴鹿輝男
最新工業化学
―持続的社会に向けて―
講談社サイエンティフィク
）
| 金属材料 | 非金属材料 | 複合材料 | ||
|---|---|---|---|---|
| 鉄鋼材料 | 非鉄金属材料 |
セラミックス ガラス |
高分子 | |
| 鉄 | 金・銀・銅 | 石材 | 木材・皮・繊維 | 紙 |
| 炭素鋼 | アルミニウム | 繊維強化プラスチック | ||
| 合金鋼 | マグネシウム | ガラス | プラスチック | 繊維強化金属 |
| 鋳鉄 | 銅 | セラミックス | 鉄筋コンクリート | |
| 鋳鋼 | ニッケル | 金属強化セラミックス | ||
鉄はもっとも身近な金属だ。 金属はカタチを自由に変えることができ、しかも強くしなやかだ。石斧で田んぼを耕すのがいかに困難かを想像すれば、鉄器が農耕を飛躍的に進歩させたことがうなずける。 日本では、 弥生時代 に鉄器が普及し、 稲作がはじまり、定住生活がはじまりした。
鉄を作ろう。 金は自然に産出する。 鉄は卑な金属だ。 から 鉄鉱石 に含まれる鉄を取り出すにはコークスで還元する。 コークスは、 石炭や ポリエチレンなどの 廃プラスチックを加熱して作る。 石炭には硫黄分が含まれるので、転炉で酸素を吹き込む。
石炭の採掘が盛んでなかった 産業革命の前は木炭を使って還元した。 日本でもたたら製鉄として知られる。軽くて強度がある鉄器は農耕だけでなく、武器としても重宝されたため、その製法は門外不出であった。
金 も 銅 も 1000 °C くらいで溶けるのに、 鉄 ときたらそう簡単には溶けない。 炭素を溶解させてモル凝固点降下を使って融点を下げるヒッタイトの知恵。 近代製鉄は産業革命後の歴史にも大きく影響を与えた。 鉄と 石炭。 現代のコークス炉は廃プラスチックの処理にも一役買っていてさながら石油コンビナートのようだ。 海外の生産量が増す中、日本の製鉄の将来はいかに？
遠野から六角子山へ向かい、笛吹峠をちょっとくだったくぼ地に日本最古の高炉があります。釜石から国道４５号線を北上し、分岐したうねうねと続く狭い道を登っていくと青看板があって、ややもすると見失いそうな「ここから入るの？」みたいな入り口から折れていくと山里には似つかわしくない整備された公園があり、誰が使うのかともわからないテニスコートがあったりします。ほんとにここでいいのだろうかと一番奥まで行ってみると、ありました、ありました、 鉄の歴史館で見たジオラマの原寸大（ってあたりまえか）の風景が。
| 温室効果ガス | 地球温暖化係数 | 原因となる人間活動 |
|---|---|---|
| 二酸化炭素 | 1 | エネルギー アンモニア の製造、ソーダ石灰ガラス又は 鉄鋼 の製造、 ソーダ灰の製造、 エコキュート |
| メタン | 25 | 稲作など |
| 一酸化二窒素（亜酸化窒素）N2O | 298 | 廃棄物等の焼却もしくは製品の製造 の用途への使用・廃棄物燃料の使用 |
| HFC(R32) | 675 | 最近の エアコン 、 ネオキュート 、 エコワン |
| HFC(R410A) | 2090 | 古い エアコン |
先生：「まずは鉄鉱石の分布を調べてみよう」
[検索]鉄鉱石＋分布
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[検索]もののけ姫＋たたら場
[検索]橋野高炉跡
[検索]大島高任
[検索]三鬼隆
元素としての鉄と材料としての 鉄 は違う。 例えていうなら、水を凍らせるとき、ちょっと混ぜ物をするだけでシャーベットになったりソフトクリームになったりするようなものだ。 炭素の濃度と冷却の仕方でいろいろな性質を持った鉄ができる。 その様子を表現したものが相図だ。
ものすごい強度を持つスチール材料はどこに使われているか？ はたまた磁力を持つという鉄の特性はどんな風に応用されるか？ 錆びるという鉄の宿命を大きく変えた ステンレス とはどんな材料か？
| 合金 | 規格 | 組成（％） | 特性 | 用途 |
|---|---|---|---|---|
| １８－８ ステンレス | ＳＵＳ３０４ | Cr 18 Ni 8 | 錆びない | 食器、化学器具 |
ピカッとさいえんす 「電気と磁石の深～い関係」
磁気機能性材料は、ハード磁性材料とソフト磁性材料に分類される。 ハード磁性材料はモーターなどに使われ、金属系と酸化物系に分類される。 ソフト磁性材料は磁気ヘッド、 磁気ディスクなどに使われ金属系と酸化物系に分類される。
電気化学 腐食と防食 （山下正通、小沢昭弥, 現代の電気化学, 丸善）
鉄の 融点 Tm はおよそ 1538 °C 。 とても容器が持たない。 だからコークスと混ぜて高炉に入れる。
応力 融点 石炭
電車も自動車も車輪を持つ。車輪は平らな地面でこそ役に立つ。
アスファルトとコンクリートで地面を埋め尽くして走る自動車と、地面に鉄のレール２本を敷く電車と、利便性、ヒトとの相性、環境との相性から議論しなさい。
回答
腕のいい職人は鉄の色で温度を見分けるという。 真っ赤になった鉄の温度を測る方法にはどんなものがあるか？
材料を３次元的な形状を持つに加工する方法には機械加工、鍛造、鋳造などの方法がある。 このうち鋳造は、金属の可融性を利用して、作ろうとする製品と同じ形状に作られた空洞部に、 溶かした金属を流し込んで固めてつくる方法である。 鋳造法の代表的な種類として砂型鋳造法、シェルモールド鋳造法、インベストメント鋳造法、ダイカストなどがある。 このうちシェルモールド鋳造法は、熱硬化性の合成樹脂を被覆した鋳型砂を加熱した金型に振りかけ、硬化させて鋳型を作る寸法精度の高い方法である。
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