鋳鉄の機械的性質と金属組織｜材料選定の基本

鋳鉄は、鉄鋼材料の中でも特に鋳造性に優れた合金であり、古くから自動車部品・工作機械・建築資材・水道管などのあらゆる分野で活用されてきました。その広い応用範囲の背景には、「ねずみ鋳鉄」「ダクタイル鋳鉄」「可鍛鋳鉄」など、多様な種類と金属組織の違いがあります。

しかし、材料選定の現場では「鋳鉄は脆い」「鋼より劣る」といった誤解が今なお残っています。今日は、鋳鉄の金属組織構造・機械的性質・用途別の選定ポイントを詳しく掘り下げ、設計や調達の現場で即役立つ知識としてご紹介します。

鋳鉄とは？｜炭素含有量が生む特性の違い

鋳鉄は、炭素含有量が2.0～4.5%の鉄系合金であり、炭素量が2%未満の「鋼（Steel）」とは明確に区別されます。

炭素の量とその析出状態（黒鉛の形状）によって、鋳鉄の機械的性質は大きく変化します。さらに、ケイ素（Si）やマンガン（Mn）などの微量元素の添加によっても組織と性能が調整されます。

材料名	炭素含有量	主な用途
鋼	～2.0%	汎用構造材、機械部品など
鋳鉄	2.0〜4.5%	工作機械ベッド、配管、フライホイールなど

鋳鉄の金属組織｜黒鉛の形状で性能が決まる

鋳鉄の最も重要な特徴は、「炭素（黒鉛）」の形状と分布です。これが、強度、靭性、振動吸収性、加工性など多くの性能に直結します。

2-1. ねずみ鋳鉄（FC, Gray Cast Iron）

• 黒鉛がフレーク（片状）状に析出。切断面が灰色であることから“グレーキャストアイアン”とも。
• フレーク状黒鉛が応力集中を起こすため脆いが、振動吸収性・熱伝導性に優れる。
• 組織構成：黒鉛フレーク＋フェライトまたはパーライト基

用途例：

• 工作機械ベッド
• ディスクブレーキローター
• エンジンブロック

2-2. ダクタイル鋳鉄（FCD, Spheroidal Graphite Iron）

• 黒鉛が球状に析出（球状黒鉛）。球状化処理により鋼に近い靱性・強度を持つ。
• 引張強さはねずみ鋳鉄の約2倍、伸びも10%以上を確保可能。
• 組織構成：球状黒鉛＋フェライト or パーライト基

用途例：

• 自動車のサスペンション部品
• 水道管
• 油圧部品

2-3. 可鍛鋳鉄（マレアブル鋳鉄, FCM）

• 一度固めた白鋳鉄を高温で焼鈍処理し、黒鉛を団粒化したもの。
• 鍛造品に近い靱性・加工性を持つが、製造工程が長いためコスト高。
• 組織構成：団粒黒鉛＋フェライト・パーライト混合

用途例：

• 機械構造用金具
• 配管継手
• 鉄道用連結部品

機械的性質の比較｜鋳鉄は「弱い」材料なのか？

鋳鉄の機械的性質は、その構造によって大きく異なります。以下に代表的なJIS規格品の性能比較を示します。

材料名	引張強さ (MPa)	伸び (%)	硬度 (HB)	特徴
FC200（ねずみ鋳鉄）	200〜260	0.0	160〜210	振動吸収◎、脆性が高い
FCD450（ダクタイル）	450〜600	10〜18	130〜180	引張強さ◎、延性◎
FCM350（可鍛鋳鉄）	350〜450	5〜15	130〜200	加工性・靭性に優れる

ワンポイント

• ダクタイル鋳鉄は、強度だけでなく破壊靭性も高いため、安全設計に有利
• ねずみ鋳鉄は、強度は低いがコスト・鋳造性・振動吸収において優位

材料選定の基本｜“使用環境と荷重条件”から逆算

設計における材料選定では、以下の観点を組み合わせることが重要です。

✅ 運用条件別 選定フローチャート

条件	推奨鋳鉄
振動を吸収したい（工作機械、設備土台）	ねずみ鋳鉄
引張荷重・圧力がかかる（機械部品、パイプ）	ダクタイル鋳鉄
曲げ・ねじりが加わる／軽い衝撃に耐えたい	可鍛鋳鉄
加工や溶接を伴う複合工程がある	鋼材 or ダクタイル鋳鉄

鋳鉄使用時の課題と対策

☑ 主な課題

• 溶接が難しい（黒鉛が溶接性を阻害）
• 鋳造欠陥（巣、割れ、介在物）が起きやすい
• 脆性破壊のリスク

☑ 対策

• 設計段階でストレス集中を回避する形状設計
• 超音波探傷やX線検査での非破壊検査
• 熱処理（焼なまし、焼入れ）で内部応力除去

まとめ｜鋳鉄の理解が設計品質を左右する

鋳鉄は、その構造と物性を正しく理解して選定することで、鋼に勝るコストパフォーマンスを発揮する素材です。

• 黒鉛の形状＝性能の鍵
• 引張強度が必要ならダクタイル鋳鉄
• コスト・形状自由度を優先するならねずみ鋳鉄
• 衝撃や加工を伴う部品には可鍛鋳鉄

製品開発や材料選定の現場において、鋳鉄の基礎知識をしっかり押さえておくことは、設計ミスやコスト超過を防ぐ第一歩です。