B500B対B500C – 成分、熱処理、特性、および用途

はじめに

B500BとB500Cは、ヨーロッパ/ISOファミリーの鉄筋設計の中で広く使用されている2つの補強鋼グレードです。両グレードは構造設計に使用される同じ特性降伏強度の目標を共有していますが、異なる延性と変形特性で規定されています。エンジニア、調達マネージャー、製造プランナーは、コスト、溶接性、曲げ性、延性のトレードオフを考慮しながら、これらの選択を行います。典型的な意思決定の文脈には、高強度と予測可能な亀裂挙動が求められる重構造部材と、より高い伸びとエネルギー吸収が重要な地震または動的用途が含まれます。

B500BとB500Cの主な実用的な違いは、荷重および曲げ下での必要な延性または変形挙動です。この違いは、降伏後の変形能力や亀裂制御が重要な設計における選択を決定づけます。両グレードは補強コンクリート用途に使用されるため、異なる荷重、詳細設計、または製造制約にさらされる構造物の補強を指定する際にしばしば比較されます。

1. 規格と指定

• EN / ISO:
• EN 10080 — "コンクリートの補強用鋼 — 溶接可能な補強鋼"（一般要件）およびISO 6935シリーズは、補強鋼の特性と試験をカバーしています。B500BおよびB500Cの名称は、ヨーロッパ/ISOの文脈およびこれらの規格の国内採用で使用されます。
• ユーロコード2（EN 1992）は、構造設計目的でこれらのグレードを使用します（特性降伏強度値と延性クラスは設計表に参照されています）。
• 異なる名称の国家規格:
• ASTM/ASME（米国）：異なる補強鋼グレードシステム（例：ASTM A615/A706）を使用し、B500B/Cの表記は直接使用されませんが、類似の性能クラスが存在します。
• JIS / GB：日本および中国の規格は、いくつかの製品で比較可能な降伏レベルを持つ別々の指定（例：SDシリーズ、HRBシリーズ）を使用します。直接の同等性は、供給者のデータと認証によって確認する必要があります。
• 材料分類:
• B500BおよびB500Cは、プレーン/低合金炭素補強鋼（ステンレス鋼ではなく、工具鋼や高合金鋼でもありません）。主にコンクリート用の補強（鉄筋）鋼として製造および認証されています。

2. 化学組成と合金戦略

EN 10080のような補強鋼の規格は、各延性クラスの厳密な化学組成のウィンドウではなく、機械的性能と試験要件を指定しています。その結果、化学組成は通常、グレード指定だけでなく、機械的および加工目標を満たすために生産者によって制御されます。以下の表は、関連する元素と現代の補強バー生産における典型的な役割または存在を要約しています。これは記述的であり、数値的な組成限界のセットではありません。

元素	補強バー生産における役割と典型的な存在
C（炭素）	望ましい強度を達成しながら、溶接性と延性を維持するために低から制御された炭素含量。炭素は主な硬化性/強度のドライバーです。
Mn（マンガン）	強度と脱酸を増加させるために存在し、靭性と溶接性のバランスを取るために制御されます。
Si（シリコン）	脱酸剤として使用され、低から中程度のレベルが一般的です。高いSiは溶接性や表面処理に影響を与える可能性があります。
P（リン）	低く保たれ、過剰なPは脆化を引き起こし、特に溶接熱影響部で靭性を低下させます。
S（硫黄）	最小限に保たれ、高いSは加工性を向上させますが、延性を低下させ、硫化物の内包物を引き起こす可能性があります。
Cr（クロム）	標準の鉄筋では主な合金元素ではなく、微合金化や残留物が発生する場合に微量で現れることがあります。
Ni（ニッケル）	通常は添加されず、微量の残留物としてのみ存在する場合があります。
Mo（モリブデン）	標準の鉄筋では稀であり、特別な補強鋼に低い量で存在することがあります。
V（バナジウム）	微合金化元素として添加され、粒子を細かくし、低い添加量で強度/靭性を向上させることがあります。
Nb（ニオブ）	いくつかの熱機械処理されたバーで粒子サイズを制御し、降伏/延性のバランスを改善するために使用されます。
Ti（チタン）	時折安定剤として添加され、窒素を制御し、微細構造を精製します。
B（ホウ素）	一部の鋼で非常に少量の添加が硬化性を向上させることがありますが、通常は鉄筋には指定されません。
N（窒素）	制御され、Ti/Nbと相互作用して炭化物を形成し、強度と靭性に影響を与えます。

合金化が特性に与える影響: - 強度は主に炭素、マンガン、制御冷却/熱機械処理によって制御されます。 - 延性と靭性は全体の組成、内包物制御、熱機械的履歴に影響されます。微合金化（Nb、V、Ti）は、大きな炭素の増加なしに降伏–靭性のバランスを改善できます。 - 溶接された状態または熱影響部での脆性破壊の感受性は、炭素当量の増加とともに上昇します。したがって、溶接性のための組成制御が重要です。

3. 微細構造と熱処理応答

典型的な微細構造: - B500BおよびB500Cのような補強鋼は、従来の熱間圧延の後に制御冷却を行うか、熱機械制御プロセス（TMCP）によって生産されます。結果として得られる微細構造は、冷却速度や微合金添加に応じて、通常はフェライト–パーライト、ベイナイト、または混合フェライト微細構造です。 - B500B: 標準の延性と変形特性を満たすように製造され、微細構造は通常制御されたフェライト–パーライトまたは一部パーライトを含む細粒フェライトです。加工は一貫した降伏挙動と曲げ性を強調します。 - B500C: より高い延性/伸びと強化されたひずみ容量を提供するように製造され、TMCPおよび微合金化を使用して、改善された靭性と伸びを持つ細粒フェライト構造を生成することがあります。

熱処理と加工の影響: - 正常化/制御冷却: 粒子サイズを精製し、靭性を改善します。通常、より高い延性クラスを満たすために意図されたバーに使用されます。 - 突然冷却および焼戻し: 標準の補強バー供給者には一般的ではなく、コストがかかり、用途や認証ルートを変更します。使用される場合は、より高い強度/靭性の組み合わせを生成します。 - 熱機械圧延（TMCP）: 精製された微細構造を生成することにより、高強度と良好な延性を達成することを可能にします（B500Cの目標に有益です）。 - 生産後の処理（例：応力緩和）は、標準の鉄筋には一般的ではありませんが、重要な用途には指定されることがあります。

4. 機械的特性

規格は特性降伏レベルを義務付けていますが、延性と変形要件は2つのクラス間で異なります。以下の表は、主要な機械的属性の定性的な比較を示しています。特定のプロジェクト仕様および製鋼所証明書は、数値設計入力に使用する必要があります。

特性	B500B	B500C
引張強度	設計のための比較可能な基本引張能力; 典型的な生産は関連する引張対降伏比要件を満たすことを目指します	比較可能な引張能力ですが、わずかに高い伸びマージンで生産される場合があります
降伏強度（特性）	500 MPa（EN/ISOファミリーに従った両グレードの設計特性）	500 MPa（同じ特性降伏クラス）
伸び/延性	B500Cに対して許可される伸びクラスが低い; 標準の変形性能のために設計されています	許可される伸びが高く、強化された変形容量 — より良いエネルギー吸収と亀裂制御
衝撃靭性	一般的な使用に対して十分; 生産ルートと品質管理に依存します	一般的に高い、特にTMCPおよび微合金化がCクラスの延性を満たすために使用される場合
硬度	中程度; 必要な曲げ性と溶接性を達成するために制御されています	延性をターゲットにした加工のため、類似またはわずかに低い局所硬度

解釈: - 強度（降伏レベル）は、設計の観点から両グレードで本質的に同じです。違いは延性、伸び、変形能力にあります: B500CはB500Bよりも高い変形能力を提供するように指定されています。 - 動的または地震用途における靭性とエネルギー吸収はB500Cを好む傾向がありますが、B500Bは変形要求が低い多くの標準補強コンクリート用途に適しています。

5. 溶接性

補強鋼の溶接性は、炭素含量、炭素当量（硬化性）、および微合金化元素の存在によって影響を受けます。一般的に使用される2つの経験的指標は、IIW炭素当量とより包括的なPcmです:

$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

および

$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

定性的な解釈: - 炭素とCE/Pcm値が低いほど、前加熱要件が低く、冷却亀裂のリスクが少なくなり、溶接性が向上します。 - B500BおよびB500Cは、鉄筋用途のために溶接可能に設計されていますが、B500CはTMCPおよび微合金化を通じてより高い延性を達成する可能性があるため、溶接性はしばしば比較可能であるか、いくつかのB500C製品ではわずかに良好である場合があります。ただし、微合金化および残留元素はCE/Pcm指数を上昇させる可能性があるため、溶接手順の資格確認と供給者の製鋼所証明書を確認する必要があります。 - 重要な溶接状況（重セクションのスプライス、アクセスの減少、寒冷条件）では、供給者提供のCE/Pcm値を使用して溶接性を評価し、必要に応じて前加熱/後加熱および資格のある溶接手順を要求する必要があります。

6. 腐食と表面保護

• これらのグレードはステンレス鋼ではなく、腐食抵抗は炭素鋼の典型的なものです。選択は環境（塩化物曝露、海洋、融雪塩）を考慮する必要があります。
• 一般的な保護戦略:
• 熱浸漬亜鉛メッキ — 多くの環境に対して効果的な犠牲コーティング; コンクリートとの結合挙動およびコーティング厚さの影響を評価します。
• エポキシコーティングされた鉄筋 — 塩化物による腐食が懸念され、亜鉛メッキが好まれない場合に使用されます。
• コンクリートカバー設計および腐食抑制混和材 — よくコスト効果の高いアプローチです。
• PREN（ピッティング抵抗等価数）はステンレス合金に関連します:

$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$

この指数はB500B/B500Cには適用されません。これらはステンレスグレードではないため、PRENの言及は一般的なステンレス指数がここには適用されないことを明確にするためのものです。

7. 製造、加工性、成形性

• 曲げ/成形: B500Cはより高い延性クラスを持ち、通常、現場での製造中に微細亀裂なしでより厳しい曲げ直径とより厳しい冷間変形に耐えます。B500Bは標準の曲げ要件を満たしますが、地震詳細設計における厳しい再曲げやタイトなフックに対する余裕は少ないです。
• 切断/加工: 両グレードは炭素鋼であり、機械的なシア、鋸、または酸素燃料/研磨方法による切断が標準です。硬度の増加や炭素含量の増加は加工性をわずかに低下させる可能性がありますが、両グレード間の実際の違いは通常最小限です。
• 表面仕上げ: コーティングの付着（エポキシ、亜鉛メッキ）および表面の清浄度が重要です。一部の熱機械処理された表面にはスケールや異なる粗さがあり、コーティングプロセスに影響を与える可能性があります。
• 取り扱い: プレファブリケートされたケージおよび冷間加工のために、B500Cはより多くの変形能力を提供し、製造中の脆性破壊のリスクが低くなります。

8. 典型的な用途

B500B — 典型的な使用	B500C — 典型的な使用
標準の延性が許容され、コスト効率が求められる建物、基礎、スラブ、梁の一般的な補強コンクリート	地震詳細設計、橋、動的荷重にさらされる構造物、またはより高い変形容量が必要な場合
標準の曲げおよびスプライス詳細が使用されるマスコンクリートおよび非地震構造物	重要な構造部材、プラスチックヒンジ領域、サイクリック荷重下での亀裂制御が強化される必要がある領域
溶接および標準の曲げ慣行が支配するプレキャスト要素	高い延性によって許可されるラップ長の短縮やタイトなフックを必要とする特別な構造物

選択の理由: - 標準の延性と一般的に使用される鉄筋詳細が設計要件を満たす信頼性の高いコスト効率の良い補強バーが必要な場合はB500Bを選択してください。 - 構造物がより高い非弾性変形、改善された亀裂制御、または特定の地震性能要件に対応する必要がある場合はB500Cを選択してください。

9. コストと入手可能性

• コスト: 両グレードは同じ特性降伏強度を満たすことを目指しているため、原材料コストはしばしば類似しています。製造ルートからの違いが生じます: B500Cを生産するために使用されるTMCPおよび追加のプロセス制御は、B500Bの標準製造ルートと比較して製鋼所の処理コストを増加させる可能性があります。したがって、B500Cは実際にはやや高価になる場合があります。
• 入手可能性: 両グレードはEN/ISO規格に従う地域で広く入手可能です。地元市場の供給は異なる場合があります; 一部の製鋼所は、他のものよりも1つの延性クラスを標準化しています。製品形態（コイル、ストレートバー、カット長、溶接メッシュ）の入手可能性は、プロジェクトのスケジュールのために供給者と確認する必要があります。

10. まとめと推奨

基準	B500B	B500C
溶接性	標準用途に良好; 重要なジョイントのためにCE/Pcmを確認	良好で、しばしば比較可能; 微合金含有量がある場合はCE/Pcmを確認
強度–靭性バランス	500 MPaの特性降伏; 標準の靭性のために設計されています	500 MPaの特性降伏; より高い延性と靭性のマージン
コスト	一般的に低から中程度（製鋼所ルートによる）	追加の処理制御により、しばしばわずかに高い
製造の柔軟性	ルーチンの曲げおよびスプライスに対して十分	厳しい曲げ、地震詳細設計、高変形要求に対して優れています

推奨: - プロジェクトが典型的な延性と曲げ性が設計要件を満たし、コスト効率が優先される従来の補強コンクリート部材の標準補強を必要とする場合はB500Bを選択してください。 - プロジェクトがより高い変形容量（地震または動的荷重）、タイトな曲げ/スプライス性能、または改善された亀裂制御挙動を要求する場合はB500Cを選択してください。これは、延性と製造の堅牢性を向上させるために、わずかに高い単位コストを受け入れることを意味します。

最終的な注意: 製鋼所の試験証明書、関連するEN/ISO要件への適合、およびプロジェクト特有の詳細要件は、最終的なグレード選択を常に導くべきです。重要な溶接、地震、または耐久性駆動の設計の場合は、供給者の化学的および機械的データ（溶接が必要な場合はCE/Pcmを含む）を要求し、必要に応じて資格試験を実施するか、認証されたTMCP処理記録を要求してください。