A572 Gr50 対 A992 – 成分、熱処理、特性、および用途
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はじめに
ASTM A572 グレード 50 と ASTM A992 は、北米で最も一般的に指定される構造用鋼の2つです。エンジニア、調達マネージャー、製造業者は、ビーム、カラム、プレート、ロール形状を選択する際に、コスト、強度、溶接性、生産性のトレードオフを常に考慮します。典型的な意思決定の文脈には、絶対強度と機械的特性の一貫性のバランスを取ること、重い溶接と不均一な熱入力により適したグレードを選ぶこと、または広フランジ形状と建設効率に最適化された材料を選ぶことが含まれます。
これらのグレードの主な技術的な違いは、溶接性と構造形状のための圧延された機械的プロファイルを最適化することを目的とした化学成分の管理と微合金化の実践の組み合わせにあります。実際には、A992 は、より厳しい成分制限と靭性/溶接性の管理を持つ圧延広フランジ形状に特化されているのに対し、A572 グレード 50 は、より柔軟な化学成分と製品形状を持つ広範な HSLA 構造プレート/形状仕様です。これが、両者が構造設計や製造調達でしばしば比較される理由です。
1. 規格と指定
- ASTM / ASME:
- ASTM A572/A572M — 高強度低合金コロンビウム-バナジウム構造用鋼（A572 にはグレード 50 を含む複数のグレードがあります）。
- ASTM A992/A992M — 建物のフレーミングに使用される構造用鋼形状。
- ASME は通常、同じ ASTM 材料規格を参照します。
- 国際的な同等物（おおよそ）:
- EN: S355 (EN 10025-2) — A572 グレード 50 の近似的な欧州同等物として一般的に引用されます（注: 同一ではない—地域のコード要件を確認してください）。
- GB: Q345 — 幅広い意味で S355/A572 グレード 50 に対する中国の比較グレードとして扱われることが多いです。
- JIS: 正確な直接同等物はない; 注意深い技術的比較が必要です。
- 分類: A572 グレード 50 と A992 の両方は、構造用途向けの HSLA（高強度低合金）炭素鋼です（どちらもステンレス鋼や工具鋼ではありません）。
2. 化学組成と合金戦略
以下は、各グレードで通常制御される主要な元素の実用的な仕様指向の要約です。実際の制限は仕様の版や製鋼所によって異なるため、調達時には常に製鋼所の試験報告書を確認してください。
| 元素 (wt%) | A572 グレード 50 (典型的な制限) | A992 (典型的な制限) |
|---|---|---|
| C | ≤ 0.23 (最大) | ≤ 0.23 (最大) |
| Mn | ≤ 1.35 (最大) | ≤ 1.35 (最大) |
| Si | ≤ 0.40 (最大) | ≤ 0.40 (最大) |
| P | ≤ 0.04 (最大) | ≤ 0.04 (最大) |
| S | ≤ 0.05 (最大) | ≤ 0.05 (最大) |
| Cr | 通常指定されない (微量) | 通常指定されない (微量) |
| Ni | 通常指定されない (微量) | 通常指定されない (微量) |
| Mo | 通常指定されない | 通常指定されない |
| V (バナジウム) | 添加される可能性がある (微合金) | 制御されている; 低レベルが許可されている |
| Nb (コロンビウム) | 微合金化の可能性 | 制限/制御されている |
| Ti | 微合金化の可能性 | 制限/制御されている |
| B | 微量 (使用される場合) | 微量 (使用される場合) |
| N | 制御されている (低) | 制御されている (低) |
注意: - 両グレードは主に炭素-マンガン HSLA 鋼です。V、Nb、Ti などの微合金元素は、炭素の大幅な増加なしに、粒子サイズを精製し、降伏強度を高めるために選択的に使用されます。A992 は通常、広フランジ形状の均一性を改善し、溶接性を損なう可能性のある硬化性を制限するために、残留物や一部の合金元素のより厳しい管理を強制します。 - 合金化は強度、靭性、硬化性に影響を与えます: 炭素とマンガンは強度を増加させますが、炭素当量（硬化性）も上昇させます; Nb/V/Ti での微合金化は、炭素当量を低く保ちながら高い降伏強度を可能にし、溶接性と靭性を保持します。
3. 微細構造と熱処理応答
- A572 グレード 50:
- 従来の圧延/正規化からの典型的な微細構造は、微合金添加物と熱履歴に応じて、フェライト-パーライト/微合金精製フェライトマトリックスで構成されます。
- 制御された圧延と正規化に良く応答します; ASTM A572 仕様でカバーされる構造形状には、急冷と焼戻しは一般的ではありません。
- A992:
- 主に圧延広フランジ形状のために生産され、指定されます; 製鋼所の実践は、均一なフェライト-パーライトまたは焼戻しバイナイト-リーン微細構造を生成するために、制御された圧延と冷却に焦点を当てています。
- 熱機械制御プロセス (TMCP) と微合金化が、ビーム/カラム用途に必要なより厳しい機械的および靭性分布を満たすために使用されます。
- 熱処理:
- A572 グレード 50 も A992 も、通常は標準として急冷焼戻しで提供されません; 両者は圧延または正規化された状態で供給されます。特定のプロジェクト要件のために追加の製造後熱処理が時折指定されますが、これらのグレードの標準ではありません。
- 正規化と TMCP は靭性を改善し、粒子サイズを精製します; より高い合金化による硬化性の増加は強度を改善しますが、微合金化戦略によって相殺されない限り、溶接性に悪影響を及ぼす可能性があります。
4. 機械的特性
保証される主要な機械的値は仕様によって設定されています。典型的な比較表:
| 特性 | A572 グレード 50 | A992 |
|---|---|---|
| 最小降伏強度 | 50 ksi (345 MPa) | 50 ksi (345 MPa) |
| 典型的な引張強度 | ~65–85 ksi (450–585 MPa) | ~65–85 ksi (450–585 MPa) |
| 伸び (最小、厚さによる) | ≈ 18% (厚さによって異なる) | ≈ 18% (厚さによって異なる) |
| 衝撃靭性 | 十分な CVN 値で生産可能; 試験はオプション/契約的 | 圧延形状のためにより厳しい靭性管理で生産されることが多い; プロジェクトに応じて衝撃試験が必要な場合があります |
| 硬度 | 降伏と相関; 典型的な構造範囲の硬度 | 同じ降伏レベルで生産された場合、A572 グレード 50 に類似 |
解釈: - 両グレードは仕様によって同じ最小降伏強度 (50 ksi) を提供します。引張強度と延性は実際には比較可能です。 - 違いは、分布の厳しさ、製品形状全体の一貫性、製鋼所のプロセス管理に現れ、名目上の強度数値には現れません。 - A992 は、成分制限と圧延実践により、広フランジ形状でより一貫した靭性と溶接性を提供することが多いです。
5. 溶接性
溶接性は炭素含有量、炭素当量 (CE)、および微合金化に依存します。溶接亀裂リスクを評価する際に役立つ2つの一般的な指標があります:
-
炭素当量 (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
-
重要な溶接性パラメータ (Pcm): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
定性的解釈: - より低い $CE_{IIW}$ および $P_{cm}$ 値は、冷却亀裂のリスクが低く、予熱/溶接後熱処理の必要性が減少することと相関します。 - A992 のより厳しい化学成分と限られた残留物/微合金化は、典型的なビーム製造のために効果的な炭素当量を低く保つか、少なくともより一貫性を持たせることを目的とし、現場条件下でのフィレットおよび溝溶接のための溶接性を改善します。 - A572 グレード 50 は容易に溶接できますが、製鋼所の化学成分や製品形状 (プレート対圧延形状) によっては、重いセクションでの熱入力、予熱、または溶接手順の資格のより注意深い管理が必要になる場合があります。 - 実用的なポイント: 常に溶接手順の資格試験を実施し、CE/Pcm を計算し、予熱/溶接後の要件を設定するために MTR (製鋼所試験報告書) を参照してください。
6. 腐食と表面保護
- A572 グレード 50 と A992 の両方は、プレーン炭素/HSLA 鋼 (非ステンレス) であり、腐食保護のためにコーティングと設計措置に依存しています。
- 一般的な保護戦略:
- ホットディップ亜鉛メッキ (天候にさらされる構造部材に一般的)。
- 大気または工業用露出のための塗装システム / デュプレックスコーティング (プライマー + トップコート)。
- ボルト接合/設置された構造物のための工場適用亜鉛リッチプライマーと現場塗装。
- PREN (ステンレス腐食指数) は、これらの非ステンレス鋼には適用されません。参考のために、PREN は次のように計算されます: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ しかし、プレーン炭素 HSLA 構造鋼には関連性がありません。
7. 製造、加工性、成形性
- 切断と穴あけ: 両グレードは同様に加工されます; 厚く、より高強度のセクションは、より堅牢な工具と送り速度を必要とします。
- 成形と曲げ: A992 は圧延広フランジ形状に最適化されており、一般的に成形と設置を考慮して生産されます。A572 グレード 50 プレートは成形可能ですが、成形性は厚さ、熱処理、および正確な化学成分に強く依存します。
- 加工性: 微合金鋼 (Nb、V を含む) は、プレーン炭素鋼よりもわずかに加工性が劣る場合があります。両グレードにおいて、加工性は製造において許容されますが、低炭素の軟鋼よりも難しいです。
- 溶接とフィッティング: A992 の狭い化学成分は、現場での溶接およびフィッティング操作中の変動を減少させ、設置手順を簡素化することがよくあります。
8. 典型的な用途
| A572 グレード 50 | A992 |
|---|---|
| プレート、構造部品、重い溶接部材、ブレース、およびプレート形状が必要な一般的な構造用鋼 | 建物のフレーミング用の広フランジビームおよびカラム、構造形状のために製造業者や設置業者に一般的に好まれる |
| 橋の部品、トラックフレーム、一般的な構造セクション | 商業ビルのビーム/カラム、一貫したフランジ/ウェブ特性と溶接性が必要なモーメントフレーム |
選択の理由: - プレートの入手可能性、特定の寸法形状、またはプロジェクト仕様がそのグレードを求めている場合、また製造業者が重いプレートの溶接変数を管理する準備ができている場合は A572 グレード 50 を選択してください。 - 溶接性、より厳しい化学管理、およびビームとカラムのための製品形状の経済性が重要な場合は、建物の建設用に W 形状を指定する際に A992 を選択してください。A992 は建物のフレーミングのために鋼製造業者に広く好まれています。
9. コストと入手可能性
- 入手可能性:
- A992 は北米の主要な製鋼所によって広く生産されており、建物のビームやカラムのデフォルトとしてしばしば使用されます—一般的なセクションの高い入手可能性と競争力のあるリードタイム。
- A572 グレード 50 はプレートおよびさまざまな形状で広く入手可能です; 入手可能性は製品形状と製鋼所の在庫に依存します。
- コスト:
- 材料コストの違いは一般的に控えめで、化学成分よりも製品形状、製鋼所の供給、市場条件によって駆動されます。広フランジビームの場合、A992 は形状の生産最適化によりコスト競争力があることが多いです。
- プロジェクトレベルのコストには、製造および溶接の生産性を含めるべきです—A992 の生産および溶接に優しい化学成分は、設置および再作業コストを削減できます。
10. まとめと推奨
| 指標 | A572 グレード 50 | A992 |
|---|---|---|
| 溶接性 | 良好 (製鋼所の化学成分とセクションの厚さによる) | 非常に良好 (製造に最適化された厳しい化学管理) |
| 強度–靭性のバランス | 高強度; 適切な圧延/処理で靭性を達成可能 | 形状に対してより一貫した靭性分布を持つ高強度 |
| コスト (相対的) | 比較可能; 形状と入手可能性による | 圧延広フランジセクションに対してコスト効率が良いことが多い |
推奨事項: - プレート、カスタム製作部材、またはプロジェクト要件が明示的に A572 材料を求めている場合、そして厚いセクションの溶接手順と熱入力管理を制御できる場合は A572 グレード 50 を選択してください。 - 建物のフレーミング用に圧延広フランジ形状を指定し、厳しい成分管理、工場/現場での予測可能な溶接性、およびビームとカラムの製品形状の経済性を求める場合は A992 を選択してください。
最終的な実用的な注意: 両グレードは広く使用されており、正しい製品形状、厚さ制限、およびプロジェクトレベルの溶接/検査プロトコルで指定されれば、要求の厳しい構造要件を満たすことができます。常に製鋼所試験報告書を確認し、溶接接続のための炭素当量を計算し、最終的な調達の前にプロジェクト依存の靭性やコーティング要件を確認してください。