AZ100 vs AZ150 – 成分、熱処理、特性、および用途

はじめに

AZ100とAZ150は、金属コーティングおよびシート鋼供給チェーンで一般的に使用される名称で、2つのアルミニウム–亜鉛合金コーティング鋼オプションを区別します。エンジニア、調達マネージャー、製造プランナーは、薄いAl–Zn合金コーティングと厚いコーティングの選択に直面することがよくあります。トレードオフは通常、耐腐食性とコスト、成形性とコーティングの耐久性の間で中心となります。実際には、AZ100とAZ150の主な技術的な違いは、基材鋼の金属組成が根本的に異なるのではなく、コーティング仕様—主にコーティング質量（厚さ）とアルミニウムと亜鉛の合金バランス—にあります。この違いは、腐食環境における耐久性、犠牲保護性能、およびいくつかの加工応答に影響を与えるため、プロジェクトが最適化されたライフサイクルコスト、表面性能、および成形性を必要とする場合に、これらのバリアントが比較されます。

1. 規格と名称

アルミニウム–亜鉛コーティング鋼およびそれが適用される基材鋼を規定する国際的および国内のいくつかの規格があります。一般的に参照すべき規格および文書には以下が含まれます： - ASTM/ASME: ASTM A792/A792M — ホットディッププロセスによって55% Al–Zn合金コーティングされた鋼板の仕様（および基材冷間圧延または熱間圧延鋼に関する関連ASTM文書）。 - EN: EN 10346 — 継続的ホットディップコーティング鋼平面製品（製品ファミリーおよびコーティングタイプを指定）。 - JIS: 建築および産業用途の金属コーティング鋼に関するJIS規格（Al–Zn合金および基材鋼に関する適切なJISを参照）。 - GB: 金属コーティング鋼製品およびホットディップコーティング質量/特性をカバーする中国のGB/T規格。

分類ノート: AZ100とAZ150はコーティング/タイプの指定子（Al–Znコーティング）。基材鋼は最も一般的に炭素鋼または低合金構造/成形鋼（冷間圧延または熱間圧延）です。これらのコーティング製品は工具鋼やステンレス鋼ではなく、通常はアルミニウム–亜鉛保護コーティングが施された炭素/低合金基材鋼です。

2. 化学組成と合金戦略

AZコーティングは、連続ホットディッププロセスによって適用されるアルミニウム–亜鉛合金です。保護性能は、バリア保護（アルミニウムが豊富な表面層）と電気化学的作用（亜鉛の寄与）の組み合わせから生じます。基材鋼の化学成分は、機械的および成形要件を満たすために選択され、コーティング化学とは異なります。

表: 基材およびコーティングの典型的な組成記述子（定性的/代表的）

元素	基材（典型的な炭素/低合金基材）	AZ100コーティング（代表的）	AZ150コーティング（代表的）
C	成形性のための低炭素; 成形グレードでは通常≤ ~0.12–0.20%	—	—
Mn	強度と硬化性のために制御; グレードに応じて通常0.3–1.5%	—	—
Si	脱酸を助けるための少量; 基材依存	湿潤性を制御するためにコーティング浴に少量追加されることがあります	コーティング浴に少量追加; AZ100と同様
P, S	延性と表面品質のために低く保たれる	微量不純物が制御される	微量不純物が制御される
Cr, Ni, Mo, V, Nb, Ti, B	強度または粒子制御のために必要に応じて微合金化基材に存在	通常、Al–Znコーティングの主要成分ではない	AZ100と同様; 主な違いはコーティング質量と可能なわずかな合金バランスの調整
Al（コーティング）	該当なし	コーティング内の主要な合金元素 — バリア特性を提供	主要; AZ100に対してコーティング質量が高い
Zn（コーティング）	該当なし	電気化学的保護を提供; Alとの相対的なバランスはわずかに異なる場合があります	コーティング質量の増加により、単位面積あたりの亜鉛含有量が高い

合金化が特性に与える影響: - 基材の合金化（C、Mn、微合金元素）は、内因的な機械的特性、硬化性、および粒子サイズの安定性を制御します。 - Al–Znコーティングの組成と厚さは、腐食保護を制御します: アルミニウムはバリアと接着に寄与し、亜鉛は犠牲的（電気化学的）保護に寄与します。より重いコーティング質量は、腐食性の雰囲気での寿命を増加させます; Al:Znバランスの適度な調整は、バリアと陰極保護の挙動を調整できます。

3. 微細構造と熱処理応答

AZ100とAZ150は主にコーティングの違いを指定するため、鋼基材の微細構造が熱処理応答の決定要因です。典型的な観察結果:

• 基材微細構造: 合金と加工に応じて、一般的な基材微細構造は、一般的な冷間圧延/成形グレードの場合はフェライト–パーライトであり、高強度の焼入れ焼戻しまたは熱機械処理鋼の場合はベイナイトまたはテンパー加工されたマルテンサイト構造です。
• コーティング微細構造: ホットディップAl–Znコーティングは、アルミニウムが豊富な外層とコーティング–基材界面でのAl–Zn相互金属領域を生成するために固化します; 相互金属の形態と厚さは冷却速度とコーティング質量に影響されます。

熱処理の影響: - コーティング前の基材の正規化またはアニーリングは、コーティングの付着性と相互金属の発展に影響を与えます; コーティングは通常、最終アニーリング（またはインライン処理）の後に適用されます。 - 高強度を達成するために焼入れおよび焼戻しまたは熱機械処理が基材に施されるのは、ほとんどの商業ルートでコーティング前に行われます; コーティング後に温度を大幅に上昇させる熱処理は、コーティング微細構造を変化させ、性能を低下させる可能性があります。 - より厚いコーティング（AZ150）は、より大きな相互金属ゾーンと厚い外部合金層を生成します; コーティング後の過剰な熱暴露は、相互拡散を促進し、極端な条件下での付着性と延性に影響を与える可能性があります。

4. 機械的特性

機械的には、AZ100とAZ150は類似していますが、コーティングはバルク引張強度にほとんど寄与しません。しかし、コーティング質量は局所的な表面挙動、疲労発生、曲げ性能、および成形限界に影響を与える可能性があります。

表: 比較機械特性記述子

特性	AZ100（典型的な挙動）	AZ150（典型的な挙動）
引張強度	基材によって決定される; コーティングは無視できる影響	AZ100と同じ（基材制御）
降伏強度	基材制御	基材制御
伸び	基材制御; より薄いコーティングのため、非常にタイトな曲げでわずかに良好な成形性	厚い、延性の低いコーティングのため、極端な局所ひずみで延性がわずかに低下
衝撃靭性	基材制御; コーティング厚さはバルク靭性に最小限の影響	バルクに対して同じ; 厚い犠牲層のため、表面エッジの衝撃抵抗がわずかに改善される可能性があります
硬度（表面）	コーティング質量が低いため、AZ150よりもわずかに低い表面硬度	厚い金属層のため、わずかに高い表面硬度と耐摩耗性

解釈: 強度と靭性の要件を満たす基材鋼を選択; 成形の容易さとコストが優先される場合はAZ100を選択; 腐食保護の延長と表面耐久性が優先される場合はAZ150を選択。機械的特性の違いは、主にコーティング質量の二次的な影響であり、内因的な金属組成の違いではありません。

5. 溶接性

溶接性は主に基材の化学成分（炭素、合金、微合金）と、コーティングが溶接挙動（スパッタ、孔食、コーティング除去の必要性）に与える影響に依存します。

考慮すべき重要な炭素等価および溶接性指数: - IIW炭素等価: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - 国際的なPcmパラメータ: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

定性的解釈: - コーティング自体は、準備なしで溶接すると亜鉛蒸気と孔食を生成する可能性があります; より重いコーティング（AZ150）は、AZ100よりもコーティング蒸気を生成しやすく、溶接ゾーンでのコーティング除去や特別な溶接パラメータが必要になる傾向があります。 - 炭素とCE値が低い基材は、より溶接性が高いです; 微合金化（Nb、Ti、V）は、CEに応じて予熱/後熱に注意が必要です。 - 抵抗溶接またはスポット溶接の場合、厚いコーティングは電極寿命や溶接ナゲット形成に影響を与える可能性があります; AZ100からAZ150に移行する際にはプロセスパラメータの調整が必要になる場合があります。

実用的なガイダンス: 重要な溶接構造の場合、溶接準備（ストリッピングまたは互換性のあるフィラー金属の使用）を指定し、基材のCEを制御し、特定のコーティング質量に対する試験溶接手順をテストしてください。

6. 腐食および表面保護

AZコーティングは、アルミニウムが豊富なバリアと亜鉛からの陰極保護という混合保護モードを提供します。特定の環境での有用な寿命は、コーティング質量と運転条件に比例します。

• 非ステンレス基材の場合: 合金化されたAl–Znコーティングによって腐食軽減が達成され、追加の保護は塗装、変換コーティング、またはシーラントによって提供されることがあります。AZ150は、コーティング質量が大きいため、通常、AZ100よりも腐食性の雰囲気でのサービス寿命が大幅に長くなります。
• ステンレスに似た指数の場合: PRENはAl–Znコーティングや炭素基材には適用されません。PREN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: コーティングされた炭素鋼にPRENを使用しないでください; 代わりに、環境曝露試験、塩スプレー、サイクリック腐食試験、およびフィールドデータを使用してAZ100とAZ150の性能を比較してください。

7. 加工、機械加工、および成形性

• 成形: 薄いコーティング（AZ100）は、コーティングのひび割れ、剥がれ、または粉化のリスクが低いため、一般的にタイトな曲げや深絞りでより良い性能を発揮します。AZ150は、より大きな曲げ半径やプロセスの最適化（潤滑の低下、適切な曲げ速度）が必要になる場合があります。
• 切断およびせん断: 両方のコーティングは、一般的なブランキング、せん断、およびレーザー処理と互換性がありますが、厚いコーティングはバリを増加させ、パラメータの調整が必要になる場合があります。レーザー切断は、最適化されていない場合、コーティングのエッジ酸化を引き起こす可能性があります。
• 機械加工: コーティングはバルクの機械加工に限られた影響を与えます（基材が支配的）。成形後の表面仕上げ（バリ取り、塗装）はコーティング残留物を考慮する必要があります; AZ150は、塗装の付着性のためにより積極的な表面準備が必要になる場合があります。
• 接合および固定: 自己貫通リベットおよび機械的ファスナーは同様に機能しますが、ファスナーインターフェースでの腐食保護は、より重いコーティング質量から恩恵を受けます。

8. 典型的な用途

AZ100 — 典型的な用途	AZ150 — 典型的な用途
建物の内部パネル、重要でない屋根の下層、ダクト、適度な腐食保護と高い成形性が必要なトリム	適度から攻撃的な環境での露出屋根および外装、工業用エンクロージャー、長寿命の農業機器
自動車の内装パネルおよび部品で、後に塗装が施され、高い成形性が必要	沿岸または化学プラントのエンクロージャー、長寿命の外装、攻撃的な雰囲気での雨樋および排水管
コストと曲げ性能が優先される軽構造用途	犠牲的保護の寿命と耐摩耗性が、タイトな半径の成形よりも重要な用途

選択の理由: 環境曝露とライフサイクルコストに合ったコーティング質量を選択してください。後にコーティングや塗料が施される場合はAZ100で十分かもしれません; 露出した未塗装の表面の場合、AZ150はしばしば優れた寿命をもたらします。

9. コストと入手可能性

• コスト: AZ150は、コーティング浴での金属使用量の増加と追加の加工により、通常AZ100よりも高い材料コストがかかります。コストの違いはライフサイクルベースで評価する必要があります: 初期コストが高いほど、メンテナンス間隔が長くなることが多いです。
• 入手可能性: 両方のコーティングクラスは、一般的な基材鋼の市場で一般的に在庫されています。製品形状（コイル、シート、事前塗装）による入手可能性は地域や供給者によって異なり、特定のコーティング質量を伴う特殊基材グレードには長いリードタイムが発生する場合があります。

10. まとめと推奨

表: 主要なトレードオフを要約

指標	AZ100	AZ150
溶接性	溶接のための亜鉛蒸気が少ないため、より良い; それでも溶接準備が必要	コーティング質量が大きいため、溶接準備とパラメータにより注意が必要
強度–靭性（基材）	基材制御; 一般的にAZ150と同等	同等; 違いはバルクではなく表面に関連
コスト	初期材料コストが低い	初期コストが高いが、多くの条件でサービス寿命が長い

結論: - 形成性が優れ、初期材料コストが低く、コーティング鋼が攻撃的でない環境で使用されるか、加工後に塗装される場合はAZ100を選択してください。 - 露出した表面に対して延長された腐食保護が必要で、耐摩耗性または犠牲的保護が改善されることが求められる場合はAZ150を選択し、やや高い材料コストと追加の加工管理（溶接、タイトな曲げ）を受け入れてください。

最終的な実用的な注意: 調達文書にコーティング質量、基材グレード、および必要な曝露クラスを明示的に指定してください; 使用する予定の正確なAZ100およびAZ150製品に関するメーカーのデータシートおよび独立した腐食寿命または加速試験結果を要求してください。なぜなら、ベンダーの合金バランスとプロセス管理が、名目上のAZ指定と同じくらい実際の性能に影響を与えるからです。