鉄・SS400の線膨張係数とは？値・単位・温度依存性と伸びの計算

この記事の要点

鉄の線膨張係数の値は約1.2×10-5(1/℃)です。

厳密にいうと純鉄で1.17×10-5(1/℃)、鋼で1.22×10-5(1/℃)です。

この記事では、鉄の線膨張係数はどれくらいか、単位はどうなっているのか、温度変化による伸びはどう計算するのかを整理します。

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鉄の線膨張係数（せんぼうちょうけいすう）の値は約1.2×10^-5(1/℃)です。

厳密にいうと純鉄で1.17×10^-5(1/℃)、鋼で1.22×10^-5(1/℃)です。

線膨張係数αは、１℃の温度変化を受けて生じた変形ΔLを、元の長さLで割った値です。

α＝(ΔL/L)×(1/ΔT)で計算します。

よってΔL=αΔT Lで算定できます。

つまり長さ1000mmの鋼材が1℃上昇すると、鉄の伸び＝1.17×10^-5×10^3＝0.017mm伸びます。

材料の温度変化が大きいほど、部材が長いほど温度変化により影響しやすいです。

今回は鉄の線膨張係数の値、ss400の値、単位、伸びの計算について説明します。線膨張係数、温度応力の詳細は下記が参考になります。

鉄の線膨張係数は？伸びの計算

鉄の線膨張係数（せんぼうちょうけいすう）の値は約1.2×10^-5(1/℃)です。厳密には純鉄が1.17×10^-5(1/℃)、炭素鋼で1.22×10^-5(1/℃)です。よって概ね1.2×10^-5(1/℃)と考えて良いでしょう。

線膨張係数とは、１℃の温度変化を受けて生じた変形を元の長さLで割った値です。下式で計算します。

α＝(ΔL/L)×(1/ΔT)

例えば、鉄の元の温度が10℃のときL=1000mmとします。温度変化により鉄の温度が11℃になったとします。このときΔT＝11－10＝1℃です。

上式を変換すると温度変化による変形量ΔLが算定できますね。ΔLの公式は下記の通りです。

L＝1000mm、α＝1.2×10^-5(1/℃)、ΔT＝1℃の場合における伸びは、

です。なお、温度変化が生じると材料に応力が生じます。これを温度応力といいます。線膨張係数の詳細、温度応力の意味は下記が参考になります。

SS400の線膨張係数は1.2×10^-5(1/℃)です。SS400も鋼の種類の１つなので、前述した鋼（炭素鋼）の線膨張係数と同じ値です。

線膨張係数の単位は

1/℃

です。線膨張係数の計算式をみると分かりやすいです。

混同しやすい用語

線膨張係数と温度応力

線膨張係数は温度変化に伴う変形量を表す材料定数（単位：1/℃）ですが、温度応力は部材が温度変化による伸縮を拘束された際に生じる応力（N/mm2など）です。

線膨張係数から温度応力を計算します。

鉄（純鉄）の線膨張係数と鋼の線膨張係数

純鉄の線膨張係数は約1.17×10⁻⁵(1/℃)、鋼（炭素鋼・SS400など）は約1.22×10⁻⁵(1/℃)と若干異なります。

建築設計では簡略化して1.2×10⁻⁵(1/℃)を使うことが多いです。

鉄の線膨張係数を整理した表を示します。