現代のエンジニアリングとテクノロジーにおいて、鋼は、その優れた機械的特性、費用対効果、および多様性により、重要な地位を占めています。鋼は、その有名な耐荷重能力を超えて、電気伝導性と熱伝導性も備えており、送電、エネルギーシステム、および建設において不可欠な特性となっています。この包括的なガイドでは、鋼の伝導特性、熱伝達メカニズム、および実用的な用途を検証し、微視的な原理から巨視的な実装までを網羅した、エンジニア、設計者、材料科学者、および興味のある読者向けの権威あるリファレンスを提供します。

電気伝導率は、ジーメンス毎メートル（S/m）またはマイクロジーメンス毎センチメートル（µΩ⁻¹cm⁻¹）で測定され、材料が電流を伝導する能力を定量化します。この特性は、自由電荷キャリア（通常は電子）の濃度と移動度に依存します。金属は、価電子が非局在化し、「電子海」を形成して印加電圧下での電流の流れを促進する独自の原子構造を持っているため、高い伝導性を示します。

主に鉄と炭素および合金元素で構成される鋼は、電子の非局在化を可能にする鉄の部分的に満たされたd軌道からその伝導性を得ています。炭素やその他の合金元素の添加は、結晶構造と電子濃度を変化させ、それによって伝導性に影響を与えます。

• 温度： 温度上昇により、電子の移動を妨げる原子振動が増加するため、伝導率は低下します。
• 不純物： 異種原子は格子周期性を乱し、電子散乱を促進します。
• 合金元素： クロムとニッケルは伝導率を大幅に低下させますが、シリコンは影響が最小限です。
• 結晶欠陥： 転位と粒界は電子を散乱させます。
• 冷間加工： 加工によって生じた欠陥は伝導率を低下させます。
• 磁場： 強い磁場は電子の軌道を変えます。

熱伝導率（W/m·K）は、金属における2つの主要なメカニズム（電子輸送（優勢）とフォノン伝播（原子振動））による熱伝達能力を測定します。鋼は、移動電子と格子振動の両方を通じて効率的に熱を伝導します。

電気伝導率と同様に、熱性能は、温度上昇、不純物含有量、合金添加、および構造欠陥とともに低下します。相転移も熱伝達特性を変更します。

亜鉛メッキ鋼の亜鉛コーティングは、犠牲陽極作用を通じて腐食保護を提供します。亜鉛自体は鋼よりも低い伝導率を持っていますが、薄いコーティングは全体的な性能に最小限の影響しか与えません。表面酸化物は接触抵抗を増加させる可能性があるため、最適な電気的接続には機械的洗浄または導電性潤滑剤が必要です。

銀 > 銅 > 金 > アルミニウム > 亜鉛 > ニッケル > 鉄 > スズ > 鉛

銀 > 銅 > 金 > アルミニウム > 鉄 > 亜鉛 > スズ > 鉛 > ニッケル

鋼は、伝導率において銅やアルミニウムよりも低いランクですが、その優れた強度、耐久性、および費用対効果により、機械的性能と電気的性能を組み合わせる必要がある構造用途に適しています。

アングル、チューブ、プレートから製造された鋼格子構造は、高電圧線の機械的サポートを提供すると同時に、雷保護に十分な導電性を提供します。材料選択では、強度、靭性、および耐食性が優先されます。

これらのハイブリッドケーブルは、アルミニウムの伝導率と鋼の引張強度を組み合わせることで、軽量化された長スパンの設置を可能にします。

鋼の強度対重量比は、超高層ビルの建設と長スパンの橋梁を可能にします。その導電性は、高層構造物の雷保護システムに貢献します。

一次導体を超えて、鋼は変圧器コア、モーターハウジング、開閉装置フレーム、および構造的完全性と適度な導電性が必要なヒートシンクに使用されます。

主な考慮事項は次のとおりです。

• 材料の種類（炭素鋼、合金鋼、ステンレス鋼）
• 寸法仕様
• 機械的特性の要件
• 耐食性のニーズ
• 導電性/熱性能
• 品質認証（ASTM規格）

研究は、高強度配合、軽量設計、自己監視機能を備えたスマート材料、および環境に配慮した持続可能な生産方法に焦点を当てています。

多用途のエンジニアリング材料として、鋼の電気的、熱的、機械的特性の組み合わせは、業界全体でのその継続的な優位性を保証します。これらの特性を理解することで、多様な用途に最適な材料選択が可能になり、進行中の進歩は、将来の実装における性能の向上を約束します。