覚えておくと便利 鉄の比重は7.8
原子番号26、すなわち陽子の数が26、比重が7.8程度の金属元素です。
もっとも身近にある元素で、普通の人なら、鉄（鉄鋼）製品の重さの感覚は、体で覚えていると思いますが、かたまりの鉄は意外に重いのです。
1cm角の鉄（または鋼）で約8ｇで、10cm角の重量は約8kgにもなります。
例えば、アルミニウムの比重は2.7程度と、鉄の1/3程度ですので、フライパンを持つときに、アルミ製のフライパンより、鉄製の中華鍋は重たく、自然とその力の入れ方が身についている……というように、体に染みついているポピュラーな元素といってもいいかもしれません。
鉄の比重7.8を基準に、それより密度の高い金属を「重金属」、軽いものを「軽金属」という分け方もあります。（この分類以外にも分け方があり、一つの分け方です）
Feは核融合の成れの果て？
太陽系を構成する元素のほとんどが水素で、それが長い年月をかけて凝集して星ができて、星の内部で核融合反応がおこり、原子番号1の水素が2のヘリウムになり、3のリチウムができて・・・というように、新しい元素が生まれてきました。（もちろんこんな簡単ではないのですが、イメージです……）
そして、その核融合の「なれのはて」が鉄Feになってそれ以上の反応が進まないといいます。
鉄以上の原子量の大きい元素は、超新星爆発の強烈な圧力で生まれます。 また、核分裂する元素は、核分裂を繰り返しながら、次第に原子番号の小さな元素に変わっていって、最終的には「鉄Feになる」と説明されていますが、何十億年という宇宙の時間単位のはなしで、核融合と核分裂による結合エネルギーが一番低くて安定しているのがニッケル・鉄あたりなので、最終的に鉄Feに落ち着くことになるといいます。
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地球に目を向けると、地殻（地球の表面を覆う硬い層）を構成する元素の中で、「鉄」は、酸素、ケイ素、アルミニウムに次いで多い元素ですが、鉄は、他の元素と化合しやすいので、金属単体で存在するのはほとんど「ない」といっていいでしょう。
逆に言うと、「鉄」を単体で分離するのが、非常に難しいのですが、それが、鋼（鉄と炭素などの合金）としてうまく利用できる・・・ということかもしれません。
鋼は「鉄と炭素の合金」をさしますが、「焼入れして硬くなる」「焼きなましをして機械加工ができる」という、熱処理することで大きく機械的な性質が変わるので、非常に広範囲の用途に用いられます。
炭素の量が増えて、およそ2％（重量％）以上になると、Feの組織中に炭素が溶け込まない状態になって、「鋳物（いもの）」に分類されるようになります。 この「鋳物」は、熱処理による変化は利用できません。
反対に、炭素が0.01％程度以下のものは「純鉄」と言われ、焼入れなどの熱処理でも性質は変わらないのですが、低炭素でも、合金元素を加えると、違った性質が生まれます。
耐食性容器や低温容器に使われるステンレス鋼（オーステナイト系ステンレス鋼）は、ニッケルNiやクロムCrを加えることで、その特性を高めていますが、炭素量が低いほど、低温特性や耐蝕・耐酸化性が高まります。
純鉄は「フェライト磁石」などで用いられるように、非常に高い強磁性を示しますが、同じ低炭素であっても、ニッケルNiやクロムCrなどが入った「オーステナイト系のステンレス鋼」は常磁性で、磁石にはつきません。
砂鉄
この写真は砂鉄ですが、近年はほとんどが舗装されていて、「土」というものを見る機会が減りましたが、永久磁石を舗装していない道路上でひっかきまわすと、この写真のような砂鉄がとれたものです。
このように、子供の頃に砂鉄を集めて遊んだ方も少なくなっていると思うのですが、この砂鉄は、すでに鉄が酸化してしまっていますし、元の鉄が合金鉄（鋼）であれば、その他の元素を含むものです。
砂鉄は「使い捨てカイロ」の原料で知られていますが、酸化した砂鉄は、カイロの材料には使用できませんが、紙の上に砂鉄をおいて、下から砂鉄に磁石を近づけると、いろいろな面白い形になりますね。
鉄は、このように、形を変えて、地球上に、広く広がっている状態になっているということでしょう。
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「使い捨てカイロ」について
使い捨てカイロですが、使い捨てカイロの主成分は鉄と活性炭・・・ということを知っている人は多いでしょう。
そして、上の写真のような鉄粉（ただし、酸化していない鉄粉）に、保湿剤として、食塩水に浸した活性炭やバーミキュライトを混ぜると使い捨てカイロができます。
危険度の高いものと認識いただくために、少し紹介しておきます。
使い捨てカイロは、鉄が水酸化鉄になるときの発熱反応を利用しています。つまり錆びるときに熱を発生するのですが、そのために、上記の土の中から得られた、「酸化した鉄粉」では発熱しないのです。
カイロ用には、微細化した（これをアトマイズといいます）酸化鉄粉を、高温で還元した「還元鉄粉」（市販されている＃300程度のもの）を使っています。
還元鉄粉に食塩水をかけると発熱して、軽く100℃を越えて危険なので、バーミキュライトや炭素粉を混ぜた混合粉をフィルター紙などに入れて、さらに、上からビニール袋をかぶせて、空気のふれ方（酸化速度）を加減しています。 【注意】還元鉄粉は、空気中においておくだけでも酸化が進み発熱しますので、非常に危険な材料です。
バーミキュライトは「ひる石」とも呼ばれていて園芸店などで販売されていますし、活性炭も入手できますし、還元鉄粉も入手できるので自作しようと思えばできるのですが、一つ間違えば事故につながるので、一般の人は、知識だけにとどめておくのが無難です。
基本的に、「粉は発火しやすい」
鉄のような金属粉に限らず、「粉」は非常に危険です。
数年に一度程度ですが、小麦粉に着火して簡単に消すことができなかったり、爆発して火事になった・・・というニュースがあります。
特に、金属粉末は火がつくと簡単に消えません。
消防車が来ても、すぐに火を消すことができない、非常に厄介で危険なものだということを知っておいてください。
それもあって、このカイロを作る記事などもWEBにありますが、危険なので、原理を知っているだけにとどめておくのが無難です。
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製鉄業は「鋼」を作っている
「鉄」は鉄鉱石とコークスを溶鉱炉に入れてつくる・・・ということを、ほとんどの人が知っていますが、「鉄」は元素Feのことですから、製鉄所では、鉄ではなく、「鋼（はがね）」を作っているというのが適切でしょう。
主に、鉄鉱石とコークスなどを加熱して、溶けた物質が溶鉱炉から出てきます。それを「粗鋼（そこう）」といい、その他では、電気炉などでスクラップ鉄や合金（フェロアロイ）を溶かし、それを「鋼（はがね）」にして製品化します。
その工程が「製鋼」ですが、普通の製鉄所（日本では日本製鉄やJFEなど）は 製鉄→製鋼→製品 までの工程を持っているのが一般的です。
鉄鉱石の露天掘り
製鉄に使われる鉄鉱石は、鉄分の含有量が多い石でないといけません。
原料は赤鉄鉱、磁鉄鉱と呼ばれる種類の石で、それを採掘して、採算を取ろうとすると、写真のような露天掘りができる場所が費用的に有利です。
現状では、オーストラリア（20％）、ブラジル（22％）、中国（17％）、インド（11％）、ロシア（7％）だけで、世界の8割近くの鉄鉱石を算出しています。
この、オーストラリアとブラジルの鉱石は、50%以上の鉄分を含む良質のものですが、鉄鋼生産量が急増した中国の鉄鉱石は、純度が30％程度しか鉄分を含んでいない低品質ですが、よく頑張っている・・・といえます。
中国では、鉄鋼（粗鋼）の世界一の生産国で、国策によって急成長してきたのですが、それでも、近年はコスト高になってきたことや、他国からの「作りすぎ」に対するブーイングもあって、今後の行方が気になります。
JFE倉敷高炉＿JFEのHPから
かつて日本は世界一の粗鋼生産量を誇っていましたが、現在、溶鉱炉（高炉）を保有しているのは、鉄鋼会社の再編もあって、日本製鐵、JFE-HD、神戸製鋼所、日新製鋼の4社に集約されていて、ここ十年来、粗鋼生産は横ばいです。 つまり、鋼製品の生産量が急減しているのではなく、他国の製造量が増えているということです。
この、溶鉱炉から出る鉄の粗鋼生産量の順位は、中国（48％）、欧州連合（10％）、日本（7％）となっていますが、日本が世界一の粗鋼生産量を誇った、昭和48年ごろのシェアは17%程度でした。
日本の粗鋼生産量自体は、近年もそんなに減っていないので、特に、中国の粗鋼生産量が突出している、いわゆる、過剰供給状態と言えます。
そのような状況ですので、国内メーカーは安価な製品では、中国などに太刀打ちできないので、高級鋼を開発してそれにシフトして採算性を確保している状態です。
高級鋼としては、高張力鋼板、ケイ素鋼板、ホットプレス材などのほか、国内の製鋼メーカーでも工具鋼の分野などでも新しい鋼種が作られています。
鉄鋼製品が安すぎる？
少し荒っぽい計算になりますが、銑鉄1ｋｇを製造するためには、鉄鉱石が1.5kgと石炭が500ｇ必要で、そこから得られる鋼材は900ｇ程度になるといいます。
昨今の鋼材の販売価格は、1ｋｇ100円強（普通鋼材）ですが、原材料費などが半分程度かかっています。（相場で、価格は変動しますので、この価格は1例です）
「鉄鋼は大根より安い」と比喩されるのですが、やはり、鉄鋼はいろんな技術面を考慮すると、安すぎる感じがしますが、これが日本を支えているのです。
もちろん、急に中国が減産したり、地域紛争などが起こって、鉄鋼価格が上昇するのも困りものですから、鉄鋼製品に感謝しつつ、その動向も気にかけておきましょう。
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製鋼でいろいろな鉄鋼製品が生まれる
溶鉱炉から取り出された「粗鋼（そこう）」は、炭素が多くて硬くてもろく、このままでは使い物にならない状態のものですが、それを「転炉・平炉（てんろ・へいろ）という装置で、酸素で高炭素の状態を還元して、粗鋼中の炭素量を下げて、鋳物用の銑鉄（せんてつ）や鋼（はがね）にするのが「製鋼（せいこう）」工程です。
製鋼段階で、後に色々な特徴を付加するための合金元素を加えたり、それらの成分量を調整をして目的の鋼が製造されます。
その他の鉄の製造法としては、環境対策などで、銑鉄の過程を経ない「直接製鋼法」や水素を使って製鉄する方向に変わっていく技術も開発されているのですが、安価で高性能な鋼板などがたくさん作られている国内の現状を見ると、そんなに急激な製造法の変化はなさそうです。
鋼の合金成分
鋼の性質は、加える合金によって変わってきます。
焼入れ性（焼入れしたときの硬くなりやすさ）を増したり、強靭性（耐衝撃性など）を増すマンガン、クロム、モリブデンなどと、炭素の成分量を調節することで、非常に広範囲の用途に用いられる鋼種ができます。
この性能を活かすための「熱処理」は非常に重要で、硬く強くする「焼き入れ」（JISでは「焼入れ」と書きます）や柔らかくする「焼きなまし」（同様にJISでは「焼なまし」と書きます）の他に、耐食性、耐熱、耐薬品性を高める「溶体化処理」などの鉄鋼の熱処理法があります。
また反対に、よい性質を阻害する元素（リン、硫黄、銅などの不純物や介在物や酸素など）は、極力少なくするのが望ましいので、それらを低減するために、近年、真空技術などを含めた「製鋼技術」が向上しており、非常に不純物の少ない（清浄度の高い）鋼が作られていて、鋼の品質が非常に向上しています。
参考ですが、鉄鋼成分を表す場合は「重量％」が用いられます。0.5％炭素の鋼では、成分中に重量で0.5％の炭素が含まれるのですが、炭素Cと鉄Feの比重の違いを見ると、たくさんの炭素が鋼の中に含まれています。
さらに、鉄の％は、あえて表示されないのが普通で、また、検査成績書（ミルシート）にも、すべての元素が表示されていないのが普通です。
例えば炭素工具鋼という分類の鋼で、そこに1％の炭素を含む合金とすれば、C-Si-Mn-P-S の5元素がミルシートに表示される程度で、このうち、C-Si-Mnは鋼の性質を決める合金元素で、P-Sは不純物を示す指標として明示され、その残りが鉄（Fe）・・・という見方をします。
需要先の要求がなければ、この5元素すらも表示されていないミルシートも多いのですが、検査に示されていなくても、品質レベルは非常に高いものです。
このように、ミルシートには書かれていなくても、実際の鋼製品の中には、様々な金属、非金属、気体などが合金の状態や混ざり込んだ状態になっていることになります。
良質の鉄スクラップは非常に貴重です
昔に聞いたことがあるのですが、「日本の鉄はスクラップを混ぜて作っているので品質が良くない」という知ったかぶりをする人が少なくなかったようです。（今でもおられるかもしれません）
これはとんでもない間違いです。スクラップ鉄が日本の最高品質の「鋼」を作り出しています。
日本国内には「製鉄4社」のほかに「電炉メーカー」と呼ばれる製鋼メーカーがあり、ここでは鋼を製造するために、フェロアロイという合金鉄などの原料と、鉄スクラップから非常に良質の鋼材が製造されています。
高品質の鋼を作るためには良質の「鉄スクラップ」はなくてはならないものです。
ちなみに、鉄のリサイクル率を見ますと、スチール缶では90％近くなっていますが、その他を含めると鉄のリサイクル率は70％強程度という数字です。
この数字は、年々、向上する傾向にあるようですが、すぐに錆びてしまう鉄ですので、どういう統計の取り方になっているのかわかりませんし、また、鉄スクラップも、需要と供給によって相場が形成されていますので、ちょっとした国際景気動向に左右される可能性が高いものです。
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鉄のおもしろさ
強磁性
鉄は磁石にひっつきます。磁石にひっつく金属元素は鉄（Fe)、コバルト（Co)、ニッケル（Ni)の3元素で、それらは鉄族元素と呼ばれています。
これらは、外から磁場を与えると、磁気の方向（磁気モーメント）が同じ方向に向いて強い磁性を示す「強磁性体」です。
しかし、純鉄は常温では強磁性を示しますが、温度が高くなるとキュリー点と呼ばれる温度で常磁性に変化します。（もっとも、冷えるともとの強磁性に戻ります）
また、合金を含む鋼は、常温で常磁性（磁石につかない）であるものもあり、非常に用途が広い鉄鋼製品が生み出されています。
強反応性
水を含む空気中では、鉄類はすぐに錆びてしまうなど、いろいろな元素と化合してその性質を変えます。
これについても、合金成分を調整することで、耐熱鋼や薬品などに強いステンレス鋼などが作られています。
人体の組成におけるFe
もちろん、人間の身体には大切な元素で、Wikipediaによると、70ｋｇの人に含まれる鉄は「6ｇ」・・・とあります。
血液中のヘモグロビンには、その2/3が含まれていて、鉄分は生命維持には不可欠なものです。
もっとも重要な「炭素」との化合
これまでに少し説明していますが、鉄の機械的性質に最も影響するのが炭素（C）です。
溶鉱炉から取り出された粗鋼は、製鋼された後に、一部は鋳物に使用されますが、ほとんどは「鋼（はがね）」の製造用です。
鋼は2％程度までの炭素を固溶し、炭素の量によって性質の違った鋼になり、さらに合金元素が加えられて様々な特徴を持った鋼になります。
炭素量の比較的低い鋼は、適当な強さと強靭さがあるので、圧延成形されて、構造用鋼としてたくさん使用されていますし、炭素量が高くなるとともに、熱処理をすることで硬くなるので、様々な機械部品や工具として用いられます。
このように成分の違いと熱処理の仕方を変えると、様々な機械的・化学的性質を変えることができるのは、鉄（鉄鋼製品）の大きな特長です。
統計によれば、世界で様々な金属が使用されていますが、その金属の90％以上が鉄合金ですので、鉄は地球上では最も重要で有用な金属だといえます。
焼入れ作業：第一鋼業（株）のHPから
（来歴）R5.2月に誤字脱字を含めて見直し。 最終R6.6月に確認