金属は扱いやすいいくつかのグループに分類することができ、これらのグループを理解することが、金属のグレードを扱う上での基礎となります。物理的には、金属とは明るい光沢を持ち、熱や電気をよく導く物質であり、硬度、密度、展性、延性にはさまざまな違いがあります。 金属は、曲げたり、伸ばしたり、穴を開けたり、鋳造したり、リベット留めしたり、溶接したり、切断したり、ねじったり、折り曲げたりすることができ、そのすべてにおいて高い精度が得られます。大まかに言えば、金属のグレードは、鉄系金属、非鉄金属、および合金の3つのグループに分類されます。
鉄系合金は、主に鉄で構成されています。必要な特性を得るために、炭素、マンガン、ニッケル、クロム、タングステンなどの他の金属や元素が少量添加されることがあります。すべてではありませんが、ほとんどの鉄系合金はわずかに磁性を持ち、耐食性はあまり高くありません。 例えば、鉄系合金は「錆」として知られるある程度の酸化現象を起こしやすい傾向があり、これは特徴的な赤みを帯びた色を呈します。ほとんどの鉄系金属はわずかにしか磁性を示しませんが、鉄、ニッケル、コバルトおよびそれらの合金をはじめとする一部の金属は、強磁性と呼ばれる顕著な磁気特性を示します。
非鉄金属とは、鉄を含まない金属のことです。これらは磁性を帯びず、通常、鉄金属よりも耐食性に優れています。代表的なものとしては、アルミニウム、銅、鉛、亜鉛、スズなどが挙げられます。
一部の非鉄金属は純金属であり、つまり単一の元素から構成されているため、1種類の原子しか含まれていません。代表的な純金属としては、アルミニウム、銅、鉄、鉛、亜鉛、スズ、銀、金などが挙げられます。
合金とは、2つ以上の金属、場合によっては他の元素を混ぜ合わせて作られる新しい金属のことです。作ることができる合金の種類は事実上無限であり、それぞれの組み合わせが独自の特性を持ちます。このように特性を調整できることが、金属のグレードが非常に汎用性が高い主な理由の一つです。
金属は大量生産に特に適した素材であり、建物、橋、自動車、船舶、アルミ製の鍋、硬貨、その他数え切れないほどの製品に使われています。対照的に、金や銀などの貴金属は、熟練した職人によって指輪やゴブレットなど、極めて美しい品々に加工されることがよくあります。
一部の金属には、非常に特殊な用途があります。 ウランやプルトニウムなどの放射性金属は、原子力発電所で核分裂を通じてエネルギーを生成するために使用されます。室温で液体の水銀は、スイッチに使用され、スイッチの接点の上を流れることで回路を閉じます。形状記憶合金は、パイプ、締結具、血管用ステントなどの用途に使用されています。
最も広く使用されている金属には、鉄、アルミニウム、銅、チタン、亜鉛、マグネシウムなどがあります。
図1：金属グレードの一般的な用途と適用例
金属を鉄系、非鉄系、合金の各グループに分類することは有用な出発点ですが、それは材料の説明や選定方法における一つの視点に過ぎません。本「金属」シリーズの残りの記事では、その他の視点について取り上げます。 「金属の組成」では、各グレードの根底にある元素の組み合わせが、材料の性能をどのように形作るかを解説します。一方、「金属の特性」では、各グレードがどのような用途に適しているかを決定づける機械的・物理的挙動について解説します。実際の文書を扱う段階になれば、「金属の仕様書」では材料を正確に定義する書類について取り上げ、「金属の規格」では、それらの文書が位置づけられるより広範な枠組みについて解説します。 また、あるグレードを別のシステムの対応するグレードと照合する必要がある場合、『金属の等価物と相互参照』では、その方法について解説しています。
金属の種類は、一般的に3つのグループに分類されます。主に鉄を主成分とする「鉄金属」、鉄を含まない「非鉄金属」、そして2つ以上の金属や元素を組み合わせることで形成される「合金」です。
鉄金属は主に鉄で構成されており、通常はわずかに磁性を帯びており、腐食や錆びやすい傾向があります。非鉄金属は鉄を含まず、一般的に非磁性であり、通常は腐食に対する耐性が高いです。アルミニウム、銅、鉛、亜鉛、スズなどが代表的な非鉄金属です。
純金属は単一の元素から構成されており、したがって、1種類の原子しか含まれていません。代表的な純金属には、アルミニウム、銅、鉄、鉛、亜鉛、スズ、銀、金などがあります。
合金とは、2つ以上の金属、場合によっては他の元素も混ぜ合わせて作られた新しい金属のことです。合金化を行うことで、それぞれ独自の特性を持つ、ほぼ無限の種類の材料を作り出すことが可能になります。
最も広く使用されている金属には、鉄、アルミニウム、銅、チタン、亜鉛、マグネシウムなどがあり、それぞれが特有の特性と用途の組み合わせによって高く評価されています。