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包丁の材料について

鉄は炭素を含む割合によって 鉄、鋼、鋳物鉄に分けられます。それぞれの炭素の成分量は、以下の通りです。

◇炭素の成分量◇
鉄 (てつ) 炭素を 0 〜 0.04% 含んだもの
鋼 (はがね) 炭素を 0.04〜 2.1 % 含んだもの
鋳物鉄 (いもの) 炭素を 2.1 〜 6.7 % 含んだもの (工業上分類)

鉄(Fe)に一定量の炭素(C)を含んだ合金を、鋼と呼びます。この後説明する炭素鋼、合金鋼、ステンレス鋼もすべて鋼ですが、一般に、炭素鋼の事を鋼(ハガネ)と呼んでいます。
又、ステンレス鋼以外の合金鋼(特殊鋼)を鋼(ハガネ)と呼ぶ場合もあります。鉄が刃物に使用されないのは、焼入れをしても刃物に必要な硬さが得られない為です。
又、鋳物鉄は、概して粘り強さが少ない、いわゆる靱性(じんせい)が少ない為に包丁には使用されません。
( 靱性:材料の中で亀裂が発生しにくく、かつ伝播しにくい性質。)

炭素鋼(鋼)【はがね】

鋼とは鉄と炭素の合金であると説明しましたが、実は正確にいうならば、 炭素の他にケイ素、マンガン、燐(リン)、硫黄(イオウ)が必ず混ざっています。 鉄に含まれているこの5つの元素を、『 鋼の五元素 』と言い、含まれる量によって鋼の性質が異なります。
炭素鋼とは、鋼のうち、上記の5つの元素のみ含まれる鋼のことを言います。一般に包丁に使用されている炭素鋼は、炭素量が0.8〜1.3%の鋼が多いようです。
燐と硫黄は不純物と考えられていますが、鋼の製造工程上その混入を防ぐ事は困難であります。混入量が少ない材料ほど、高級材と言えます。

五 元 素 の 作 用
炭 素【 C 】 鋼にとってなくてはならない大切な元素で、硬さや強さを増す最大要因の元素。
ケイ素【 Si 】 溶鋼中の酸素を除く為の元素。また、強さや硬さを増す作用がある。
(引張り強さでは、炭素の効能の約1/10程度です。)
マンガン 【 Mn 】 溶鋼中の硫黄を除く為の元素。また、焼きがよく入るようになる元素で、鋼に粘り強さ、いわゆる靱性(じんせい)を与える。
燐(リン)【 P 】 鋼にとって有害な元素で、冷間脆性(れいかんぜいせい)、つまり寒い時に鋼をもろくさせる性質がある。含有量が少ない事が望ましい元素。
硫 黄(イオウ)【 S 】
これも燐と同じく好ましくない有害元素。熱間脆性、つまり、赤熱状態の時に鋼をもろくさせる性質がある。含有量が少ない事が望ましい元素。
◇一般の鋼 (炭素鋼) の 五元素 の 含有量 (重量%)◇
炭 素 ケイ素 マンガン 硫 黄
0.8 〜 1.3 % 0.35 % 以下 0.50 % 以下 0.03 %以下 0.03 % 以下

合金鋼 (特殊鋼)

炭素鋼は五大元素(C,Mn,Si,P,S)のみの成分ですが、これに他の元素を添加した材料を合金鋼、又は特殊鋼と呼んでいます。  他の元素には、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、バナジウム(V)、タングステン(W)、コバルト(Co)、銅(Cu)などがあり、刃物の性質をより良くする目的で添加します。
また、次に説明するステンレス鋼も合金鋼であると言えますが、特別サビに強いという性能を重視し、区別しています。逆にステンレス鋼以外の合金鋼は、サビにはあまり強くない為、炭素鋼ではありませんが、ハガネの包丁と呼ぶこともあります。

◇各 種 添 加 元 素 の 効 果◇
クロム【 Cr 】 焼入性が良くなり、耐食性を増す。13%以上添加されると、ステンレス鋼と呼ばれる。
モリブデン【 Mo 】 炭化物を作り耐摩耗性が良くなる。ステンレス鋼では、耐食性も良くなる。焼戻し後のねばさも強力になる。高温状態でも硬く、耐摩耗性が良い。
バナジウム【 V 】 非常に硬い炭化物を作り、耐摩耗性が良くなる。結晶粒を微細にする働きがある。脱炭防止効果がある。
タングステン【 W 】 炭化物を作り易く、耐摩耗性が良くなる。高温度に耐える性質がある。焼入れ性が良くなる。
コバルト【 Co 】
焼入れ組織(マルテンサイト)を強くし、炭化物の脱落を防ぐ。高温状態でも硬く、耐摩耗性が良い。
銅【 Cu 】 元々は不純物であるが、抗菌性を示す為、少量添加される事がある。

ステンレス鋼

ステンレス製のスプーンや食器などには、目立たない所に『 18−8 』とか『 18−10 』などの記号が記されています。
これらの記号の意味は、鉄を主体とした合金ステンレスに含まれているクロム(Cr)とニッケル(Ni)の含有量を表したもので、『 18−8 』の場合、鉄のなかに18%のクロムと8%のニッケルが入っている事を意味しています。
18−8ステンレスはJIS規格でSUS304(サス さん まる よん)と呼ばれる物で、オーステナイト系ステンレスに区分され、焼入れによって硬化しない為、刃物類には使用されません。
ステンレスの中で、焼入れによって硬化し刃物等に使用されるステンレスは、マルテンサイト系に区分される炭素量が多いステンレスで、ステンレス鋼と呼ばれます。一般に、包丁に使用されているステンレス鋼は、炭素の含有量0.6〜1.0%、クロムの含有量13〜16%のものです。

◇ステンレスの分類表◇
  種 類 特 徴
クロム・ニッケル系 オーステナイト系

SUS304
SUS316など
・ 耐食性に優れている。
・ 熱処理によって硬化しない。
・ 基本的に磁性を持たない。(磁石につかない。)
・ 成分中にクロム、ニッケルを含み、炭素が殆ど入っていない。
・ スプーンや食器に使用されている。
クロム系 フェライト系

SUS410L
SUS430など
・ 耐食性はオーステナイト系のものより劣るが、価格が安い。
・ 熱処理によって硬化しない。
・ 常温で磁性を持っている。(磁石につく。)
・ 成分中にクロムを含み、炭素量が少量である。(一般に0.12%以下)
・ ボルト・ナット類、家電部品に使用されている。
マルテンサイト系

SUS420J2
SUS440Cなど
・ 耐食性は他の系統のものより劣る。
・ 熱処理によって硬化する。(焼きが入る)
・ 常温で磁性を持っている。(磁石につく。)
・ 成分中にクロムを含み、炭素量が多い。
・ 刃物類、ベアリング、ゲージに使用されている。

クラッド材 (割込み材)

この材料は、種類の異なる材料を接合して一つの材料としたものを意味しています。
洋包丁の場合、焼きが入る鋼(炭素鋼やステンレス鋼など)を両側から錆びにくいステンレス(炭素量が少なく焼が入らないもの)で挟み込んだものが多く、この材料を使った包丁を、割込み包丁と呼んでいます。
また、材料が三つの層になっている事からこの材料を三層鋼と呼んでいます。多くの和包丁も鉄と鋼を鍛接によって接合した物なので、二層のクラッド材と言えると思います。
最近では、包丁以外でも なべなどに三層鋼や五層鋼が使われています。 ただし、両側は錆びにくいステンレスですが、まん中には熱伝導率のよい銅を入れたりしています。 (クラッド:被覆する意)

割込み包丁(クラッド)のDP処理

割込み包丁は、一般に両側に低炭素量の焼きが入らず錆びにくいステンレスを使用し、中央には高炭素量の焼きが入る鋼(ステンレス鋼の場合も有ります)を使用しています。
焼入れの際、その境目で高炭素量の鋼の中の炭素が、低炭素量のステンレス層に移動する現象が起きます。炭素が減った所は、焼きが甘くなり、炭素が増えた所に若干焼きが入ってしまいます。この現象で、サビ易さ、切れ味低下を招くことになります。
高級材料の場合、この現象を防止する為に、境目に炭素の移動を妨げる特殊な処理を行っています。この処理をDP処理といいます。

粉末鋼

溶鋼を噴霧して製造した微細な粉末を、溶解させることなく特殊な焼結法、鍛造法を用い、緻密に固めた素材のことで、材料中の成分の偏り(偏析)が少なく均一な焼入れ組織が出来ます。
また、材料中の炭素量を増やしても巨大炭化物が出来ない為、従来より高炭素量の刃物鋼が製造可能になりました。焼入れ硬度が高くても、炭化物が微細に多く存在する組織である為、切れ味の持続性が良く、研ぎ直しも比較的簡単に行う事が出来ます。
現在の時点では、最高級の刃物鋼といわれています。

スウェーデン鋼

スウェーデン鉱石を原料にして作った海綿鉄や処女性錬鉄(スウェーデン鉄)を主原料にしたハガネを言います。
このハガネは、成分中にリンや硫黄などの不純物元素がとても少ない為、古くより、高級材料として使用されてきました。

ダマスカス鋼

ダマスカス鋼とは、古代インドで作られた鋼で、別名ウーツ鋼と呼ばれています。この鋼は、磨いた際にその表面に浮かぶ独特の模様を特色とし、錆びないと言われています。
紀元3〜4世紀頃に作られたインドの『デリーの柱』と呼ばれる巨大な鉄柱は、この鋼で作られたとの事ですが未だに健在なのは有名です。しかし、本来有名なのは柱用の鋼としてではなく、切れ味良く、強靭で錆びない刃物用としてでありました。
ダマスカス鋼の表面の独特な美しい模様を持つ刀剣は、十字軍時代には王家の家宝とされた程です。また、騎士たちもダマスカス鋼製の刀剣を所持することを誇りとしていたと言われています。
鋼の表面に浮かぶ模様について科学的分析、調査によると、この鋼は特殊な不純物組成を持った鋳鋼を一度溶かし、るつぼの中でゆっくり凝固させ製造したもので、この際に内部結晶作用が生じていた事が分かりました。( 内部結晶作用:冷却時に、最初に炭素濃度の低い高融点の鋼が結晶化し【樹枝状結晶】、次に低融点の炭素を多く含む小結晶が樹枝状結晶の間を埋めるように凝固すること。)
こうして出来た鋼は、鍛造加工し、熱処理を施し、その後磨き上げることで表面に複雑な縞模様が顕れます。
しかし現在では、一般にダマスカス鋼と呼ばれる刃物鋼は、上記の古来インドの鋼材を意味するものではなく、人工的に異種鋼材を積層鍛練し模様を生み出す鋼材の総称として使われます。
各刃物メーカーでは、鋼材に様々な工夫を施し、単なる積層材による単調な縞模様ではなく、複雑で美しい木目調の模様を浮かび上がらせた包丁を製造しています。これらの包丁は、高級刃物として珍重されています。
しかし、表面の美しさと、切れ味とは無関係です。切れ味を左右するのは、あくまでも刃先部に当たる鋼の良否と適切な熱処理です。

その他

その他にもごく一部、鉄以外の金属を使用したステライト(コバルト合金)やチタン合金の包丁や、ファイン・セラミックスの高靭性ジルコニアやアルミナ等の新しい材料が使われた包丁も造られています。

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