A36対A992 - 成分、熱処理、特性、および用途
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はじめに
ASTM A36およびASTM A992は、建物や重工業の製造において最も頻繁に指定される構造用鋼の2つです。エンジニアや調達チームは、コスト、降伏強度および引張強度、溶接性、靭性のトレードオフを考慮しながら、どちらを選ぶかを決定します。典型的な決定の文脈には、建物の柱や広フランジ部材（より高い降伏強度と予測可能な挙動が優先される）を指定することと、コストや広範な入手可能性がより重要なプレート、アングル、一般的な構造要素の指定が含まれます。
主な実用的な違いは、A992が広フランジ形状および高降伏用途向けに最適化された現代的で制御された強度の低合金構造鋼グレードであるのに対し、A36はより古い一般目的の炭素構造鋼で、最低降伏強度が低く、化学組成が単純であることです。このため、A992は建物の構造形状に頻繁に選ばれ、A36はプレート、バー、一般的な構造用途で広く使用されています。
1. 規格と指定
- ASTM/ASME:
- A36 — 「炭素構造鋼の標準仕様」（プレート、形状、バー、セクションに広く使用される）。
- A992 — 「構造鋼形状の標準仕様」（広フランジビームや柱などの構造形状を特に対象とする）。
- EN（欧州）：広く同等の鋼にはS275/S355ファミリーが含まれる（ただし、直接の1対1のマッピングは正確ではない）。
- JIS / GB：他の国家規格は、比較可能な鋼を低炭素または低合金構造ファミリーに分類する；直接の同等性は化学組成および機械的特性の要件によって確認する必要がある。
分類： - A36 — 炭素構造鋼。 - A992 — HSLAスタイルの構造鋼（低合金、微合金化/制御化学の構造鋼）。
2. 化学組成と合金戦略
表：典型的な化学組成（wt%）。示された値は、実際に参照される代表的な限界または典型的な範囲である；特定の熱/製品については、常に製鋼所の証明書または制御基準で確認すること。
| 元素 | A36（一般的な実践における典型） | A992（ASTM A992における典型） |
|---|---|---|
| C（炭素） | ≤ ~0.25–0.29（最大） | ≤ ~0.23（最大） |
| Mn（マンガン） | ~0.8–1.2 | 最大~1.35（制御済み） |
| Si（シリコン） | ≤ ~0.40 | ≤ 0.40 |
| P（リン） | ≤ 0.04 | ≤ 0.035 |
| S（硫黄） | ≤ 0.05 | ≤ 0.040 |
| Cr（クロム） | 意図的に添加されていない（微量） | 意図的に添加されていない（微量） |
| Ni（ニッケル） | 微量のみ | 微量のみ |
| Mo（モリブデン） | 微量のみ | 微量のみ |
| V（バナジウム） | 微量/指定なし | 制御された量での微合金化が許可されている |
| Nb（ニオブ） | 微量/指定なし | 小さな制御された量で存在する可能性がある |
| Ti（チタン） | 微量/指定なし | 小さな制御された量で存在する可能性がある |
| B（ホウ素） | 微量のみ | 微量のみ |
| N（窒素） | 微量のみ | 制御されている（微合金化の効果に影響） |
合金化が挙動に与える影響： - 炭素とマンガンは主に強度と硬化性を決定する：炭素が高いほど強度は増すが、溶接性と延性は低下する。 - シリコンは脱酸剤であり、強度にわずかに影響を与える；過剰なSiは溶接性と表面品質に影響を与える可能性がある。 - リンと硫黄は靭性を保持し、溶接性を改善するために低く保たれる。 - A992は制御された化学組成と小さな微合金添加（制御された量のV、Nb、Ti）を使用して、降伏強度を高め、靭性を改善し、高炭素を使用せずに高い強度を実現し、許容可能な溶接性と靭性を持たせる—これがHSLA戦略である。
3. 微細構造と熱処理応答
典型的な製鋼所の処理： - A36：熱間圧延で生産され、標準によって正規化は要求されない；微細構造は一般にフェライト+パーライトで、圧延および冷却に応じて粗いフェライト粒子を持つ。意図的な微合金強化はない。 - A992：制御された圧延および熱管理によって生産され、微合金化の可能性がある；微細構造は、降伏強度と靭性を高める微合金元素からの微細に分散した析出物を持つ精製されたフェライトである。
熱処理応答： - 両グレードは通常、構造形状のために圧延状態で供給される。標準的な実践では、標準構造形状として使用される場合、いずれのグレードも急冷および焼戻しは含まれない。 - 正規化（加熱および制御冷却）は、両鋼の粒子サイズを精製し、靭性を改善するが、商業的な形状は通常、圧延後の正規化なしで供給される。 - 急冷および焼戻し、またはより厳しい熱機械処理は、A36またはA992には一般的ではなく、要求されない；そのような処理は、材料を異なるグレード分類（例：急冷および焼戻しされた低合金鋼）に移行させる。 - 熱機械圧延と微合金化を組み合わせたA992は、従来の圧延によって生産されたA36と比較して、特定の強度でより細かい粒子サイズと優れた靭性を得る。
4. 機械的特性
表：典型的な機械的特性（値は代表的な最小値または典型的な範囲である；契約特有の値については、標準または製鋼所の試験報告書を参照すること）。
| 特性 | A36（典型） | A992（典型） |
|---|---|---|
| 降伏強度 | 36 ksi（≈ 250 MPa）（最小） | 50 ksi（≈ 345 MPa）（形状の最小） |
| 引張強度 | 58–80 ksi（≈ 400–550 MPa）典型的範囲 | ~65–90 ksi（≈ 450–620 MPa）典型的範囲 |
| 伸び（2インチ/50mmで） | ~20%（厚さによって異なる） | ~18%（形状と厚さによって異なる） |
| 衝撃靭性 | 均一に指定されていない；通常、低温でのA992よりも低い | 建物用途のために低温でのノッチ靭性を改善するように制御されている |
| 硬度 | 一般的に低炭素鋼範囲（HB ~120–160） | 微合金化および制御された加工によりわずかに高い |
解釈： - A992は設計上強度が高い（より高い最小降伏強度および高い引張目標）ため、同じ荷重に対して軽量で剛性のある構造部材を可能にする。 - A992は通常、微合金化および制御された圧延によりA36よりも優れた強度–靭性の組み合わせを提供する；A36は低から中程度の強度でより延性がある。 - 同じ断面積の場合、A992セクションはより高い荷重を支えるか、重量の節約を可能にする。
5. 溶接性
溶接性は炭素当量と微合金化に依存する。以下に2つの有用な指標を示す。
$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
定性的解釈： - A36は通常、A992よりもわずかに高い炭素含有量を持ち、これが炭素当量を上昇させ、重いセクションや特定の溶接手順での冷却亀裂のリスクを増加させる可能性がある。 - A992の低炭素および制御された微合金化は、一般的な構造溶接プロセスにおいて、適切な予熱および溶接後の冷却制御が使用される限り、A36と同等以上の溶接性を持たせる。微合金化元素（V、Nb、Ti）は局所的に硬化性を増加させる可能性があるため、非常に厚いセクションや強く拘束された溶接の場合は、予熱および制御された冷却に注意を払うことが重要である。 - 特定の熱および厚さを比較し、予熱/後熱、フィラー金属、および溶接手順仕様（WPS）を選択するために、炭素当量の概念を使用すること。 - 重要なまたは厚いセクションの溶接の場合は、資格のあるWPSに従い、水素制御、予熱、およびインターパス温度管理を考慮すること。
6. 腐食および表面保護
- A36もA992もステンレス鋼ではない；両者は腐食抵抗のために表面保護に依存する。
- 一般的な保護：熱浸漬亜鉛メッキ（Znコーティング）、有機コーティング（塗料、エポキシプライマー）、メタライジング（亜鉛またはアルミニウムスプレー）、および大気または海洋環境用の犠牲またはバリアシステム。
- PREN（ピッティング抵抗等価数）は、これらの非ステンレス鋼には適用されない。参考までに、ステンレス鋼の選択には： $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$ が使用されるが、この指標はA36/A992には適用されない。
- 選択ガイダンス：環境分類、期待されるサービス寿命、およびメンテナンス戦略に基づいて腐食保護を選択する。構造部材が天候にさらされる場合、亜鉛メッキが一般的である。
7. 加工性、機械加工性、および成形性
- 切断：両グレードは、フレーム切断、プラズマ、酸素燃料、および研磨鋸によって同様に加工される；A992は、強度に関連する工具の摩耗がわずかに高くなる可能性がある。
- 曲げ/成形：A36の低い降伏強度は、スプリングバックなしで曲げるのをわずかに容易にする；A992の高い降伏強度は、より多くのスプリングバックを生じさせ、より大きな成形力または曲げ半径を必要とする可能性がある。
- 機械加工性：両者は一般的な工具で加工可能；A992の高い強度と微合金析出物は、A36に対して工具寿命をわずかに短くする可能性がある。
- 仕上げ：両者は塗装およびコーティングを同様に受け入れる；熱間圧延からの表面スケールは、コーティング準備に考慮する必要がある。
8. 典型的な用途
| A36 — 典型的な用途 | A992 — 典型的な用途 |
|---|---|
| 一般的な構造プレート、チャンネル、アングル、バー、最小降伏が十分でコストが優先される軽量構造 | 建物構造における広フランジビームおよび柱、より高い最小降伏および予測可能なセクション特性が要求される |
| 機械フレームの製造、非重要部材、および二次構造部品 | 多層建物の構造鋼形状、地震および風に敏感な設計、重荷重柱およびビーム |
| 雑多な構造部品、基礎プレート、ブレース、階段およびプラットフォーム | コードまたは設計が50 ksiの最小降伏および強化された靭性を要求する主要な荷重支持部材 |
選択の理由： - 構造コードまたは設計計算が50 ksiの降伏鋼を要求する場合、または小さなセクションによる重量の節約が有益な場合はA992を選択する。 - 36 ksiの降伏が適切な場合は、低コストのプレート、アングル、および一般目的のセクションにA36を選択する。
9. コストと入手可能性
- コスト：A992は、化学組成の厳格な管理と形状の意図により、通常A36よりもトンあたりの価格がわずかに高い；ただし、A992を使用することで、より小さなセクションと少ない鋼トン数を可能にし、全体のプロジェクトコストを削減できる。
- 入手可能性：A36はプレート、バー、および雑多な形状で普遍的に存在する；A992は圧延された広フランジ形状で広く入手可能で、北米の建物形状に一般的に指定されるグレードである。
- 製品形状：A36はプレート、バー、シート、および雑多な形状で一般的に供給される；A992は特に圧延された構造形状（広フランジ）向けに意図され、広く入手可能である。
10. まとめと推奨
表：簡単な比較
| 指標 | A36 | A992 |
|---|---|---|
| 溶接性 | 一般的な加工に良好；厚いセクションではCEに注意 | 良好、通常A36よりも低炭素のため優れている；微合金化には標準的な溶接管理が必要 |
| 強度–靭性 | 低い降伏（36 ksi）、十分な靭性 | 高い降伏（50 ksi）、制御された加工によるより良い強度–靭性バランス |
| コスト | トンあたりのコストが低い；非常に広く入手可能 | トンあたりのわずかなプレミアムだが、セクションサイズと総重量を削減できる |
推奨： - A36を選択する場合： - 設計が36 ksi（250 MPa）の最小降伏を許可し、初期材料コストを最も低く抑えたい場合、または一般的な加工でプレート/バー/アングルが必要な場合。 - 部品が非重要な主要部材である場合、またはA36が標準的な実践であるプレートおよびバー形状を使用する場合。
- A992を選択する場合：
- 圧延された広フランジ形状や、50 ksi（345 MPa）の最小降伏および改善された靭性から利益を得る主要な建物部材を指定する場合。
- 地震や高需要の構造用途に対して予測可能で制御された材料特性を求め、セクションサイズの削減や重量の節約を重視する場合。
最終的な注意：調達する特定の熱、厚さ、および製品形状について、常に制御基準のテキストおよび製鋼所の試験証明書を確認してください。溶接手順、重いまたは拘束された接合部、または低温サービスの場合は、関連する炭素当量値を計算し、それに応じて溶接パラメータを資格付けしてください。