いしやんロード

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【クロモリはロードバイク最適素材】素材の種類を調べて分かった意外な事実

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こんにちは。クロモリロードに乗る、いしやんです。

 

皆さんが乗られているロードバイク。
フレームは何ですか?
アルミフレームですか?
カーボンフレームですか?

 

おおおっ、もしかしてクロモリフレームだったりしてますか?

 

ロードバイクはクロモリ、アルミ、カーボンの3種類でよく比較されます。

アルミ、カーボンは想像つきます。

 

一方、クロモリ。

  • クロモリ」っていったいなんなの?
  • 何で「」または「アイアン」て呼ばないの?

という素朴な疑問から、クロモリ素材について今日は書きたいと思います。

 

クロモリって何だろうと思われている方に参考になると思います。

そして、

  • クロモリ以外にも、マンモリハイテンがあったり
  • クロモリってまさにロードバイク最適の素材だったんだ

ということがご理解いただける内容となっています。  

 

それでは、行ってみたいと思います。

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結論:クロモリとは、鋼にクロムとモリブデンが加わったロードバイクに最適な素材である

 

クロモリとは、鋼に、クロムモリブデンという素材が加わったものになります。

鋼よりも粘りがあり、錆びにくく、焼き入れをするとより硬くなる素材です。

 

まさに、ロードバイクの美しい細くて高強度のフレームにはうってつけの素材なのです。

 

次の欄から少し詳しく見てみます。

  

クロモリはスチール素材(鋼)の一種である。

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クロモリは鋼の一種です。何故、鋼(スチール)と言わずクロモリと言われる理由が分かると思います。 

初期の自転車は木製であった

ロードバイクを始めとする自転車は木製から始まりました。

木は、重くて取り扱いづらい代物です。

時にはささくれ立ってケガをしてしまうこともありました。

 

次に使われた素材は鋼が使われた

木製の重さと取り扱いづらさを解決するため、<はがね>(スチール)を使うようになりました。

 

鋼<はがね>は鉄(アイアン)に炭素を混ぜた金属です。

鋼と鉄の境目は次のようになっています。

  • 鉄 ・・・ 炭素量(0.02%迄)
  • 鋼 ・・・ 炭素量(0.02%~2%)

しかし、鋼は固くなるものの錆びやすく、固くて溶接加工が難しいです。

 

自転車として乗るには、鉄パイプを溶接で繋いでフレームとしなければなりません。

そして、雨風を受けてもすぐに錆びてしまっては困るわけです。

 

鋼に追加された素材がクロムとモリブデン

鋼にクロムとモリブデンの素材を追加すると、

  • 摩耗に強くなる。
  • 錆びにくくなる。
  • 焼き入れをして硬化させる時、より固くなる

 という性質が加わります。

 

人の最大1馬力を受け止めるロードバイクのスチール製パイプ。

薄く細く作るにはこんな工夫から生まれたのでした。

 

クロモリの代表は4130鋼

実はクロモリ素材はJIS規格で11種類あります。

 

並べてみました。

SCM415,SCM418,SCM420,SCM421,SCM425,SCM430,SCM432,SCM435,SCM440,SCM445,SCM822

 

中でも、SM430を別名4130鋼と呼ばれてます。

4130鋼は、もっともロードバイクの走行から受けるショックに耐えるのに優れています。

 

その為、一般的なロードバイクのクロモリフレームに使われるようになりました。

 

4130鋼には各添加物の含有量が決まっています。

1kgグラム中に含まれる添加物の割合は次の通りです。

  • 鉄976g(97.6%)
  • クロム10g(1%)
  • マンガン5g(0.5%)
  • 炭素3g(0.3%)
  • ニッケル2.5g(0.25%)
  • モリブデン2g(0.02%)
  • リン・硫黄0.5g(0.05%)

 

何かお気づきになりませんか?

 

炭素が意外に少なく、クロムが意外にも多いと思いませんか?

鋼としては、炭素が0.03%しかありません。

限りなく鉄に近い鋼という感じですね。

 

そして、クロムやマンガン、モリブデンの含有率がかなり多めです。 

 

マンガンで粘りを損なわず硬さと強さを補っています。

そしてクロムやモリブデンによって焼き入れの硬化を促進してます。

鋼とする炭素の機能を補完しているんですね。

 

その結果、硬く、粘りと加工性能を兼ね備えた金属に仕上げてるんだなと感じました。

 

クロモリを構成する素材(添加物)は8~10種類

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クロモリの素材の説明は先ほど一通りしましたが、添加物についてそれぞれ詳しく見ていきたいと思います。

1.素材メインは鉄(Fe)

素材のメインは言わずもがな鉄(IRON:アイアン)です。

 

2.炭素(C)で硬くする

鉄に炭素を加えて固くします。

クロモリの代表のように4130鋼は、炭素の含有量が0.3%と鋼にしては非常に低い割合です。

 

鉄にとても近い鋼といえますね。

 

ちなみに、

  • 日本刀・・・1~1.5%
  • 包丁・・・0.5%

 となっていて、ロードバイクのフレームが如何に柔軟性に富んでいるかが分かります。

 

日本刀程硬くしないのは、ポッキリと折れないようにする為です。

時代劇で刀が折れるシーンがあります。

とても硬いは、折れやすいの裏返しなのです。

 

走行中折れてしまっては困りますからね。

 

ということで炭素はほどほどにしてあるようですね。

 

3.クロム(Cr)は防錆効果

クロムを入れると鉄の錆びやすさを軽減してくれます。

※ステンレスのように全く錆びなくするわけではないです。

 

そして、焼き入れをした時により硬く丈夫にする効果があります。

 

4.マンガン(Mn)は粘り強さ

マンガンは、鋼に粘りを与えます。

粘りを損なわずして硬く強くできるのです。

 

ロードバイクに乗っていると、道からの振動が伝わってくると思います。

この振動を受けてもしなやか受け流すには、この粘りが必要なわけです。

 

5.モリブデン(Mo)でより硬く

モリブデンも焼き入れの深さを増し、細いフレームで高い硬度を実現させてくれてます。

 

6.ニッケル(Ni)は耐ショック性アップ

ニッケルも鋼に粘りを与えます。

モリブデンと同様の高価があります。

同時に耐ショック性能も上がります。

 

7.バナジウム(V)で強靭性

鋼の結晶粒を細かくしてくれます。

強靭性を発揮します。

 

8.ケイ素(Si)硬さを強化

炭素と同じく硬さや強さを増す効果があります。

炭素程ではなく、効果は10分の1とされています。

 

9.リン(P)少ない方が良い

10.硫黄(S)少ない方が良い

リンと硫黄は鋼にとって好ましくない不純物です。

少ないほど良い鋼とされています。

 

スポーツ自転車のスチール素材はクロモリを含め6種類もある

1.クロムモリブデン鋼(Chromium Molybdenum Steel)

鋼にクロムとモリブデンが多く配合された、クロモリ代表の4130鋼です。

スポーツ自転車の代名詞とされています。

 

クロモリロードと言えばまず、4130鋼です。

 

2.ニッケルクロムモリブデン鋼(Mickel Chromium Molybdenum Steel)

クロモリに、ニッケルを添加しています。

更に、硬さ、粘り、引張強度が増します。

 

しかし、加工性は落ちるので手間がかかります。

一般のクロモリよりもコストがかかる為、高級なフレームとなります。

 

3.焼き入れ済のクロムモリブデン鋼(Chromium Molybdenum Steel(Heated))

クロモリ鋼に焼き入れを施して更に強度を高くします。

その分、フレーム内壁を薄くできるため、より軽いクロモリを作成できます。

 

溶接部分が弱くなるのでTig溶接になります。

こちらはアルミフレームですがTIG溶接の例です。(2:28~) 


Welding Aluminum Bicycle Frames

4.マンガンモリブデンモリブデン鋼(Maganum Molybdenum Steel)

クロムの代わりにマンガンが使われています。

クロモリに対してマンモリとも言われます。

 

古い自転車であるレイノルズ531が有名です。

ショック吸収性はクロモリよりも優秀と言われています。

 

もう、マニアの世界ですね。

 

レイノルズ531の例

http://ysroad.co.jp/kanpachi-r1/wp-content/uploads/2018/02/igp4333.jpg

引用:http://ysroad.co.jp/kanpachi-r1/wp-content/uploads/2018/02/igp4333.jpg

5.ハイテンション鋼(High Tension Steel)

JIS規格では引張強度のみ定義されている鋼です。

ハイテンとも言われます。

 

安価なママチャリやクロスバイク等の自転車で使われています。

ロードバイクではあまり使われない素材です。

 

 

6.一般鋼材

ハイテンやクロモリ以外です。

上記以外ということで一般的な鋼です。

 

安価な自転車で使われています。

規格がしっかりと定まってないので、あまり安すぎる自転車は訳ありなので素材については買う前にしっかり要確認ですね。

 

まとめ:クロモリ選ぶなら4130鋼ではじめよう!

今日は、クロモリの素材について深堀してみました。

  • 代表的なクロモリは4130鋼
  • 硬さ、しなやかさ、強靭さを高次元で実現した鋼がクロモリ素材
  • クロモリは快適に速く乗る為に考えつくされた素材だった 

 

こんなことが分かりました。

ロードバイクを買う時、フレームを選ぶ時にアルミ、カーボン。

そしてクロモリも是非とも選択しの一つとして加えてもらえるといいなと思います。

 

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www.ishiyan-kin.com

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