AH32 vs AH36 – 成分、熱処理、特性、および用途
共有
Table Of Content
Table Of Content
はじめに
AH32およびAH36は、造船および重工業で広く使用されている高強度構造鋼です。エンジニア、調達マネージャー、製造プランナーは、コストが低く、加工が容易なグレードと、薄いセクションや軽量を許可する高強度グレードの間で選択のジレンマに直面することがよくあります。典型的な意思決定の文脈には、溶接性と成形の容易さの選択と、板厚を減少させるための高い降伏強度の利点を比較すること、または腐食保護と修理を考慮したライフサイクルコストの比較が含まれます。
両者の中心的な実用的な違いは、AH36がAH32よりも高い最小降伏強度を提供するように指定されており、同じ設計応力に対してより大きな荷重容量または薄いセクション厚を可能にすることです。両方のグレードは海洋構造用途向けに設計されているため、船体のプラッティング、デッキ構造、ブラケット、およびその他の主要な構造部材を最適化する際によく比較されます。
1. 規格と指定
- AHグレードを一般的にカバーする分類団体および規格機関：ABS（アメリカ船級協会）、DNV-GL / DNV、ロイド登録、ビューローベリタス。
- 同等の造船グレードまたは構造鋼規則を参照する国際および国内規格：ASTM A131（船体構造鋼）、およびさまざまな国の仕様書や供給者のデータシート。同等または類似の鋼はENおよびJISシステムの下で見つかることがありますが、正確なグレード名は異なります。
- 材料分類：AH32およびAH36は、造船および海洋建設（非ステンレス、非工具鋼）向けに設計された炭素-マンガン系の高強度低合金（HSLA）構造鋼です。
2. 化学組成と合金戦略
AHファミリーは、強度、低サービス温度での靭性、および溶接性のバランスを取るように設計されています。微合金化（Ti、Nb、V）およびMnとSiの制御された添加が一般的に使用され、過剰な炭素なしで目標の機械的特性を生成します。
表：典型的な組成範囲（wt%） — 一般的な製鋼実践に対する指標および代表的なものであり、実際の保証限界は仕様または分類団体によって設定されます。
| 元素 | AH32（典型的範囲） | AH36（典型的範囲） |
|---|---|---|
| C（炭素） | ~0.10 – 0.20 | ~0.10 – 0.22 |
| Mn（マンガン） | ~0.50 – 1.60 | ~0.50 – 1.60 |
| Si（シリコン） | ~0.10 – 0.50 | ~0.10 – 0.50 |
| P（リン） | ≤ ~0.035（最大） | ≤ ~0.035（最大） |
| S（硫黄） | ≤ ~0.035（最大） | ≤ ~0.035（最大） |
| Cr（クロム） | 微量 – ~0.30 | 微量 – ~0.30 |
| Ni（ニッケル） | 微量 – ~0.50 | 微量 – ~0.50 |
| Mo（モリブデン） | 微量 – ~0.10 | 微量 – ~0.10 |
| V（バナジウム） | 微量（微合金） | 微量（微合金） |
| Nb（ニオブ） | 微量（微合金） | 微量（微合金） |
| Ti（チタン） | 微量（微合金） | 微量（微合金） |
| B（ホウ素） | 微量（時折） | 微量（時折） |
| N（窒素） | 微量（~0.010–0.015） | 微量（~0.010–0.015） |
注意： - これらの範囲は指標的です。正確な組成は製鋼実践、厚さ、購入者の要求、および分類団体の規則に依存します。 - AH36は、通常、圧延/熱機械処理の厳密な管理によって高い指定降伏強度を達成し、場合によっては炭素含有量の大きな変化ではなく、微合金化や冷却戦略のわずかな違いによって達成されます。
合金化が特性に与える影響： - 炭素とマンガンは強度と硬化性を高めますが、過剰に増加すると溶接性と延性を低下させる可能性があります。 - 微合金元素（Nb、V、Ti）は、粒子サイズを細かくし、析出強化を提供し、適度な炭素レベルでの高い降伏を可能にします。これは、靭性を大きく損なうことなく高強度を得るための重要なルートです。 - Siおよび微量のCu/Niの添加は、大気腐食抵抗をわずかに改善し、TMCP（熱機械制御加工）と組み合わせることで強度を助けることができます。
3. 微細構造と熱処理応答
典型的な微細構造 - 圧延および正規化されたAH32/AH36：主に細かいフェライトとパーライトで、TMCP製品形状においてバイナイトまたは針状フェライトが含まれています。微細構造は、低温靭性を保持するために細かいフェライト粒を目指しています。 - TMCP（熱機械制御加工）は、良好な靭性を保持しながら、両方のグレードをより高い強度レベルで生産するために広く使用されています。TMCPは、細かい多角形フェライトとバイナイト/上部バイナイトの特徴の分散を生成し、溶接熱影響部（HAZ）での針状フェライトの核生成を促進します。
熱処理応答 - これらのグレードは通常、圧延状態で供給されます。大型船構造物に対する溶接後の熱処理は一般的ではありません。 - 正規化（A3以上で再加熱し、空冷）は、粗い圧延粒を細かくし、重加工後に靭性を回復することができますが、通常はサービス中の大型プレートには行われません。 - 焼入れおよび焼戻しは、AHグレードの標準的な生産/修理プロセスではなく、一般的には特殊な高強度鋼クラスに予約されています。焼入れおよび焼戻しは、分類を変更し、水素脆化/溶接性の考慮事項を変えることになります。 - TMCPおよび加速冷却戦略は、炭素含有量を増加させることなく降伏を増加させることを可能にします。これは、AH36の性能レベルに到達するために使用される一般的なルートです。
4. 機械的特性
表：典型的な機械的特性の範囲（指標的；正確な保証値は仕様、厚さ、および試験によって決定されます）。
| 特性 | AH32（典型的） | AH36（典型的） |
|---|---|---|
| 最小降伏強度（MPa） | ~315 MPa | ~355 MPa |
| 引張強度（MPa） | ~430 – 570 MPa | ~460 – 610 MPa |
| 伸び（A、200 mmまたは指定ゲージでの%） | ~20 – 22% | ~18 – 22% |
| シャルピー衝撃靭性（J） | 低温（例：-20から-40°C）で指定；厚さに依存 | 低温（例：-20から-40°C）で指定；比較可能だが、プロセス制御が必要な場合があります |
| 硬度（HB） | 典型的な範囲は状態に依存；中程度（焼入れ鋼より低い） | 平均してわずかに高い、より高い降伏のため |
解釈： - AH36は、より高い最小降伏を指定されており、弾性/塑性設計限界においてより強いグレードであり、薄いセクションまたはより高い荷重容量を可能にします。 - 靭性は加工と化学によって制御されます。両方のグレードは良好な低温衝撃特性を持って供給できますが、より高い強度目標（AH36）は、靭性の損失を避けるために圧延と冷却の厳密な制御を必要とします。 - 延性（伸び）は両方のグレードで類似していますが、非常に厚いプレートや高い降伏要求は、加工が管理されていない場合に延性を低下させる可能性があります。
5. 溶接性
溶接性の考慮は、炭素当量と微合金化に中心を置いています。低炭素および制御された合金化は溶接を好み、高い硬化性はHAZマルテンサイトおよび冷間割れのリスクを増加させます。
一般的な溶接性の公式（AH鋼に対して定性的に解釈）： - 炭素当量（IIW）： $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm（より詳細）： $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
定性的解釈： - AH32およびAH36は、溶接用に設計されています。炭素当量は炭素を制限し、Mn/Cr/Niレベルを制御することで適度に保たれています。 - AH36は、より高い降伏/高強度目標のため、わずかに高い炭素当量または微合金化含有量を持つ可能性があり、したがってHAZ硬化および水素誘発割れに対する感度がわずかに高くなる可能性があります。これにより、厚いセクションに対してより注意深い前後の溶接手順（例：予熱、制御されたインターパス温度、および水素管理）が必要になる場合があります。 - 低水素消耗品の使用、適切なジョイント設計、および拘束と予熱の制御は、両方のグレードで溶接割れのリスクを管理するのが一般的です。
6. 腐食および表面保護
- AH32もAH36もステンレスではありません。大気または海水の腐食保護は、コーティング、陰極保護、または金属的腐食抵抗性のクラッディングによって達成されます。
- 典型的な保護システム：亜鉛リッチプライマー、エポキシおよびポリウレタンのトップコート、ホットディップ亜鉛メッキ（小型部品用）、および船体用の特殊な海洋コーティング。
- PREN（ピッティング抵抗等価数）は、これらの炭素鋼には適用されません。なぜなら、PRENはステンレス合金のランク付けのために設計されているからです： $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- 船体および露出構造物の場合、選択は基材AH鋼の金属的腐食抵抗よりもコーティングシステムの寿命と修理可能性によって駆動されます。
7. 加工、機械加工、および成形性
- 切断：プラズマ、酸素燃料、およびレーザー切断が使用されます。AH36のわずかに高い強度と硬度は、消耗品の切断力と摩耗を増加させる可能性があります。
- 成形および曲げ：両方のグレードは、一般的なプレート曲げプレスおよびロールで成形できます。AH36は、同じ厚さの場合、より高い降伏のために大きな曲げ半径またはより高い成形力を必要とする場合があります。
- 機械加工：AHグレードは機械加工に最適化されていません。高強度（AH36）は工具の摩耗と必要な切削力を増加させます。
- 仕上げ：コーティングのための表面準備は両方のグレードで類似しています。滑らかなフィレットプロファイルを達成する際に、AH36はわずかに要求が厳しくなります。
8. 典型的な用途
表：グレード別の一般的な使用
| AH32（一般的な用途） | AH36（一般的な用途） |
|---|---|
| 中程度の強度設計のための一般的な船体プラッティング | より高い降伏が要求される主要な船体プラッティングおよび構造部材 |
| コストと成形性が優先されるデッキおよび上部構造プレート | 薄肉化を目的とした高荷重ブラケット、ウェブフレーム、隔壁 |
| 内部補強材、ブラケット、非重要な器具 | 重いフレーム、梁、衝突隔壁要素、より大きな降伏余裕が必要な領域 |
| 広範な成形/曲げが必要な製作部品 | 薄いプレートによる軽量化を追求する船セクション |
選択の理由： - 成形、曲げ、またはコストがより重要で、構造荷重が低い降伏を許可する場合はAH32を選択してください。わずかに加工が容易で、材料コストがわずかに低いため、生産時間と支出を削減できます。 - 設計荷重、セクション削減（重量削減）、または規制/会員要件がより高い指定降伏を要求する場合はAH36を選択してください。多くの現代の設計では、AH36は同じ構造基準を満たすために薄いプラッティングを許可します。
9. コストと入手可能性
- 相対コスト：AH36は、通常、より厳密なプロセス管理、潜在的に高い合金化またはTMCP処理要件、およびその高い性能分類のためにAH32よりもわずかなプレミアムを要求します。
- 入手可能性：両方のグレードは、プレート、カット長、および時には成形セクションで世界中で一般的に入手可能です。非常に厚いプレートや特殊な厚さは、リードタイムが長くなる場合があり、極低温での特定のテンパーや衝撃試験済みプレートの入手可能性は制限される場合があります。
- 調達のヒント：正確な見積もりとリードタイムの推定を受けるために、厚さ、必要な衝撃試験温度、および供給条件（例：TMCP）を指定してください。
10. 概要と推奨
表：比較スナップショット
| カテゴリ | AH32 | AH36 |
|---|---|---|
| 溶接性 | 優れた（非常に良い） | 非常に良い（厚いセクションではやや多くのHAZ/制御が必要） |
| 強度–靭性バランス | 良好 | より高い降伏；靭性を等しくするためにプロセス制御が必要 |
| コスト | 低い（通常） | 高い（通常） |
推奨： - 成形、曲げ、低購入コストを優先する設計の場合、また構造設計が低い降伏強度を許可する場合はAH32を選択してください（多くの二次構造部品および非重要な船体領域に適しています）。 - セクション厚を減少させるためにより高い最小降伏強度が必要な場合や、より厳しい構造要件を満たす必要がある場合はAH36を選択してください（主船体プラッティング、主要な荷重支持部材、および重量削減または設計余裕の増加が主なドライバーである場合に適しています）。
結論： AH32とAH36の実用的な違いは、主にAH36の指定降伏強度の増加であり、これは制御された化学成分と熱機械処理を通じて達成され、急激な組成の変化ではありません。選択は、加工のしやすさ、溶接手順の能力、衝撃試験の要件、およびライフサイクルコストのバランスを取るべきです。調達および設計仕様では、常に関連する分類団体の規則および材料証明書を参照して、厚さ依存の特性要件に準拠していることを確認してください。