AH36 vs DH36 – 成分、熱処理、特性、および用途

はじめに

AH36およびDH36は、船体構造部材および海洋コンポーネントに指定された高強度低合金（HSLA）船舶鋼です。エンジニア、調達マネージャー、製造プランナーは、これらのグレードを選択する際に、強度、サービス温度での靭性、溶接性、コストのバランスを取るという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、構造物が寒冷環境で運用されるかどうか、厚い部材や複雑な溶接が必要かどうか、製造後の試験および認証がどの程度許容されるかが含まれます。

AH36とDH36の主な実用的な違いは、衝撃靭性の認証にあります：DH36は、AH36よりも低温でより高い衝撃靭性を示すことが認証されています。両グレードは類似の化学戦略と強度レベルを共有しているため、比較は通常、サービス中の靭性、靭性を保持するための溶接製造慣行、およびDH36が必要とする可能性のある追加の試験や処理に焦点を当てます。

1. 規格と指定

• 一般的な規格と指定：
• ASTM/ASME: ASTM A131 / A131M — "船舶鋼"（AH36、DH36、EH36を含む）。
• EN: EN 10025ファミリーはAH/DHの命名法を直接使用せず、機械的および衝撃要件を通じて同等品が求められます。
• JIS/GB: 国家規格は類似のHSLA船舶グレードを提供する場合があります；地域の指定は相互参照する必要があります。

• 分類協会（ABS、DNV、LRなど）は、ASTM A131グレードを参照する受け入れ基準を公表しています。

• 金属学的クラス：

• AH36およびDH36は、構造用途に使用されるHSLA炭素鋼です（ステンレス鋼ではなく、工具鋼でもありません）。
• これらは主に強度とノッチ靭性のために指定されており、耐腐食性ではありません。

2. 化学組成と合金戦略

AH36およびDH36は、必要な強度と靭性を達成するために、合金および微合金元素の制御された添加を伴う低炭素含有量で生産されます。正確な組成限界は、規定標準および製鋼所の証明書によって設定されます；以下の表は、これらのグレードにおける代表的な元素とその典型的な存在を示しています。特定のロットについては、必ず製鋼所の証明書を確認してください。

表：典型的な合金元素とその役割

元素	典型的な存在 / 制御（代表的）	主な金属学的役割
C（炭素）	低（硬化性を制限するように制御）	強度（固溶体）、溶接性および熱影響部（HAZ）の硬化に影響
Mn（マンガン）	中程度（主要な合金元素）	強度、硬化性、脱酸
Si（シリコン）	低から中程度（脱酸剤）	脱酸、強度にわずかに寄与
P（リン）	厳しく制限（微量）	高い場合、靭性を損なう
S（硫黄）	厳しく制限（微量）	延性と靭性を低下させる
Cr、Ni、Mo	通常は低から微量（大量合金ではない）	存在する場合の硬化性と強度；一般的に制限される
V、Nb、Ti（微合金）	しばしば少量存在	析出強化、粒子サイズ制御、靭性
B（ホウ素）	ppmで存在する可能性あり	微量で硬化性を改善
N（窒素）	制御される	微合金元素（Ti、Nb）と相互作用

説明：AH36およびDH36の合金戦略は、溶接性とHAZ靭性を保持するために炭素を低く保ちながら、マンガンを制御し、微量の微合金（Nb、V、Ti）を使用して、粒子の細化と析出強化を通じて降伏強度を得ることに中心を置いています。DH36の場合、製鋼所の実践と熱機械的制御が厳しくなり、より厳しい低温衝撃要件を満たすことが求められる場合があります。

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HSLA船舶鋼は、冷却速度および微合金に応じて、フェライト-パーライトまたはベイナイトマトリックスを示し、細かい針状フェライトを含みます。

• 微合金鋼（Nb、V、Ti）は、細かい炭化物/窒化物を生成し、粒成長を制限し、強度と靭性を改善します。

• 加工ルートの影響：

• 正規化：遅い冷却と比較して、精製されたフェライト-パーライト/ベイナイト構造を生成し、靭性を改善します；通常は中程度の厚さに使用されます。
• 焼入れおよび焼戻し：AH36/DH36には典型的ではありません — これらのグレードは通常、焼入れおよび焼戻しではなく、圧延（熱機械的に制御された）または正規化された状態で供給されます。

• 熱機械的制御加工（TMCP）：低温での高靭性と細粒微細構造を生成するために広く使用されます。TMCPは、DH36の低温衝撃性能を高炭素/硬化性なしで達成するのに特に有用です。

• 実用的な意味：

• DH36は、低温で高い吸収エネルギーを提供する微細構造を確保するために、圧延および冷却のより厳格な制御が必要です。それは製鋼所の選択やリードタイムに影響を与える可能性があります。

4. 機械的特性

両グレードは、船舶建設のために高い降伏強度および引張強度を提供するように指定されています。以下の数値は、エンジニアリング比較に使用される典型的な範囲です；契約および製鋼所の試験報告書で保証された最小値を確認してください。

表：代表的な機械的特性範囲（代表的 — 規格および製鋼所の証明書を確認）

特性	AH36（典型的）	DH36（典型的）
最小降伏強度	~355 MPa	~355 MPa
引張強度（範囲）	~490–620 MPa	~490–620 MPa
伸び（A%）	~18–24%	~18–24%
衝撃靭性（シャルピーVノッチ）	DH36よりも高い試験温度で認証	低い試験温度で認証（より高い低温靭性）
硬度	中程度（溶接に適している）	同様の処理を受けたAH36と同等

説明：強度レベルはAH36とDH36で非常に類似しています；差別化は、指定された温度での衝撃靭性要件から来ています（DH36は低温で靭性を保持します）。伸びと硬度は比較可能であり、主に厚さと加工ルートの影響を受けます。

5. 溶接性

溶接性は、硬く脆いHAZ微細構造を形成する傾向と、溶接後の靭性要件を満たす能力の2つの側面で考慮する必要があります。

• 炭素と硬化性：
• 低炭素および制限された合金添加は、HAZ硬化のリスクを低下させます；微合金元素は過剰な硬化性を避けるために控えめに使用されます。
• 溶接性評価のために、エンジニアはしばしば炭素当量指数を使用します。一般的な式の1つ： $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

• より詳細な予測式は： $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

• 解釈：

• AH36およびDH36は、通常、高合金鋼に対して低い$CE_{IIW}$および$P_{cm}$値を持ち、一般的に良好な溶接性を示します。
• DH36の低温での靭性要件が厳しいため、溶接手順の認証、予熱、パス間制御、および溶接後の熱処理（指定されている場合）は、低温靭性を保持するために確認する必要があります — 特に厚い部材や高熱入力を使用する場合。
• 実用的なアドバイス：DH36の場合、パス間温度を制御し、靭性が一致する適切なフィラー金属を選択し、過剰な冷却速度やマルテンサイト微細構造を避ける手順を使用することで、HAZ硬化を最小限に抑えます。

6. 腐食および表面保護

• これらのグレードは非ステンレス炭素鋼であり、一般的な炭素鋼を超える内因性の耐腐食性を提供しません。
• 典型的な保護戦略：
• 表面コーティング：プライマー、エポキシ塗料、および海洋コーティング。
• 亜鉛メッキ：一部のコンポーネントに適用可能（厚さおよび製造順序を確認）。

• 陰極保護：水中または海洋構造物に頻繁に使用されます。

• PREN（ピッティング抵抗等価数）は非ステンレス炭素鋼には適用されません；PREN式はステンレス合金にのみ関連します： $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$

• 明確化：AH36およびDH36は低いCrと無視できるMoまたはNを含むため、耐腐食性はコーティング、コーティングのメンテナンス、または犠牲的保護によって提供される必要があります。

7. 製造、加工性、および成形性

• 切断および燃焼：両グレードは他の低炭素鋼と同様に切断および熱切断（酸素燃料、プラズマ）されます；疲労やコーティングの付着に必要な場合は、エッジの熱影響部を除去または整形する必要があります。
• 加工性：中程度；典型的なHSLA鋼は標準工具で満足に加工できますが、微細な析出物のために普通の低炭素鋼よりも加工が難しい場合があります。速度と工具を適宜調整してください。
• 成形性および曲げ：良好な延性により、標準の限界内での曲げおよび成形が可能です。タイトな半径や深絞りの場合は、曲げ半径を確認し、テストを実施してください — DH36の靭性の焦点は成形性を改善するものではありませんが、低温での性能を確保します。
• 溶接製造：DH36の厚い板の場合、溶接制御をより厳格にし、溶接およびHAZでのノッチ靭性の確認を推奨します。

8. 典型的な用途

表：グレード別の典型的な使用

AH36	DH36
一般的な船体のプラッティングおよび構造部材（温帯から穏やかな寒冷サービス向け）	寒冷気候向けの船体、海洋上部および海底構造物、または低温靭性が重要な場合
標準的な衝撃性能が十分なデッキおよびフレーミング	北極および高緯度の船舶、確認された低温衝撃靭性を必要とするLNG支援構造物
バージ、内陸水路の船舶、および補助構造物	海洋ジャケット、ライザー、および氷点下の環境にさらされる機器
コストと入手可能性が主な懸念事項である一般的な海洋製造	確認された低温HAZ性能を必要とする重要な溶接詳細

選択の理由：標準的な船舶グレードの靭性が十分であり、コスト/入手可能性が主な制約である場合はAH36を選択してください。低温サービス温度での靭性が求められる場合や、低温での脆性破壊防止が重要な場合はDH36を選択してください。

9. コストと入手可能性

• コスト：AH36およびDH36の基本材料コストは類似しており、同様の製鋼ルートから生産されています。DH36は、より厳しいTMCP、追加の微合金制御、または低温衝撃基準を満たすために追加の試験が必要な場合、わずかに高いコストが発生する可能性があります。
• 入手可能性：両グレードは、標準的な船舶建設の厚さで製鋼所および在庫業者から広く入手可能です。非常に厚い板やDH36の特定の生産条件は、より長いリードタイムや適切なTMCP能力を持つ製鋼所の選択を必要とする場合があります。
• 製品形態：板およびコイルが一般的です；厚さおよび寸法による入手可能性は製鋼所および市場によって異なります。

10. まとめと推奨

表：簡単な比較

属性	AH36	DH36
溶接性	良好（標準的な船舶実践）	良好だが、低温靭性のためにより厳格な手順制御が必要
強度–靭性のバランス	標準的な衝撃認証を持つ高強度	強化された低温衝撃認証を持つ高強度
コスト	中程度（一般的にやや低い）	中程度からやや高い（処理/試験のプレミアムが可能）

結論と選択ガイダンス： - 次の条件に該当する場合はAH36を選択してください： - 構造物が温帯環境で運用され、標準的な衝撃認証が十分である場合。 - わずかに低い材料コストと広範な入手可能性を優先する場合。 - 追加の低温認証なしで、典型的な製造プロセスおよび標準的な溶接手順が十分である場合。

• 次の条件に該当する場合はDH36を選択してください：
• アプリケーションが低い周囲またはサービス温度を経験する場合、または分類/規制要件が低温での靭性を示すことを求める場合。
• 寒冷条件下でのHAZおよび基材の脆性破壊に対する追加の保証が必要な場合。
• 製鋼所の選択、溶接手順の制御、および材料または試験に対するわずかなプレミアムを受け入れる場合。

最終的な注意：AH36およびDH36は密接に関連するHSLA船舶鋼であり、決定的な要因はサービスまたは試験温度での確認された衝撃靭性です。常に適用される標準の版を確認し、製鋼所の試験報告書および衝撃試験証明書をレビューし、プロジェクトで指定された正確な厚さおよび接合詳細の溶接手順を認証してください。