BH180対BH220 – 成分、熱処理、特性、および用途
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はじめに
エンジニア、調達マネージャー、製造プランナーは、構造用鋼を選定する際に、強度、延性、溶接性、コスト、入手可能性のトレードオフを考慮することがよくあります。BH180とBH220は、成形性とコストが重要な低中強度の構造用プレートまたはストリップを必要とする設計で頻繁に比較される、密接に関連した商業用鋼種です。典型的な意思決定の文脈には、軽量構造部品用の低コストで成形しやすい材料と、より大きな荷重容量や薄い断面が求められる場合の高い降伏強度オプションの選択が含まれます。
BH180とBH220の主な区別点は、設計降伏強度レベルです：BH220はBH180よりも高い最小降伏強度が指定されています。降伏強度は許容設計応力、製造戦略、時には下流の冷間成形および接合プロセスを支配するため、これらのグレードは設計および製造仕様で一般的に比較されます。
1. 規格と指定
- 類似の降伏ベースのグレードが現れる一般的な規格：GB（中国）、JIS（日本）、EN（ヨーロッパ）、ASTM/ASME（アメリカ）などの国家規格。特定のグレード名や番号の規則は管轄によって異なります。「BH」命名法は、アジアの規格や熱間圧延および冷間圧延構造用鋼のサプライヤーカタログで最も一般的に見られます。
- 鋼のファミリーによる分類：
- BH180：通常、低中強度の炭素または微合金構造用鋼（非ステンレス）。
- BH220：通常、中強度の炭素または微合金構造用鋼（非ステンレス）。
- これらは工具鋼、ステンレス鋼、高合金グレードではなく、通常は炭素/微合金構造用鋼（微合金成分に応じて軟鋼またはHSLAに類似）として扱われます。
2. 化学組成と合金戦略
以下は、低中強度の構造用鋼に一般的に指定される元素を示す代表的な組成表です。実際の組成はサプライヤーや規格によって異なります。常に製造業者の材料証明書で確認してください。
| 元素 | 典型的範囲（wt%） — BH180 | 典型的範囲（wt%） — BH220 |
|---|---|---|
| C | 0.06–0.18 | 0.08–0.20 |
| Mn | 0.30–1.20 | 0.40–1.20 |
| Si | 0.02–0.40 | 0.02–0.40 |
| P | ≤ 0.035 | ≤ 0.035 |
| S | ≤ 0.035 | ≤ 0.035 |
| Cr | ≤ 0.30（オプション） | ≤ 0.30（オプション） |
| Ni | ≤ 0.30（オプション） | ≤ 0.30（オプション） |
| Mo | ≤ 0.10（オプション） | ≤ 0.10（オプション） |
| V | 微量–0.10（微合金バリアント） | 微量–0.10（微合金バリアント） |
| Nb | 微量–0.06（微合金バリアント） | 微量–0.06（微合金バリアント） |
| Ti | 微量（脱酸/安定化） | 微量（脱酸/安定化） |
| B | 使用される場合のppmレベル | 使用される場合のppmレベル |
| N | 通常≤ 0.012 | 通常≤ 0.012 |
注意： - これらは低中強度の構造用鋼で使用される代表的な範囲です。V、Nb、Tiなどの微合金元素は、炭素等価を大幅に上昇させることなく、粒径、析出強化、靭性を制御するために低レベルで意図的に添加されることがあります。 - より高い炭素やCr、Ni、Moの意図的な添加は、グレードを合金鋼に移行させ、溶接性や熱処理応答を変えることになります。
合金が性能に与える影響： - 炭素：主な硬化性および強度の寄与者；炭素が高いほど強度は増しますが、延性と溶接性は低下します。 - マンガン：強度と硬化性を増加させ、硫黄脆化を相殺します；過剰は成形性を損ないます。 - シリコン：脱酸剤；少量で強度を増加させることができます。 - 微合金化（V、Nb、Ti）：粒子細化と析出強化を行い、炭素の大幅な増加なしに降伏強度と靭性を改善します。
3. 微細構造と熱処理応答
BHグレードの典型的な加工後の微細構造： - BH180：通常、熱間圧延状態で比較的粗い粒子のフェライト-パーライト微細構造で、微合金化されていない場合；微合金化バリアントは、分散した炭化物/窒化物を伴うより細かいフェライトを示します。 - BH220：しばしば同様のフェライト-パーライト基盤ですが、より高い割合の加工または析出強化相（例：より細かいフェライト、より分散した析出物）が含まれ、組成（わずかに高いC/Mn）または制御された熱機械処理によって実現されます。
一般的な加工ルートの影響： - 正規化：粒子サイズを細化し、微細構造を均一化し、靭性を改善し、時には強度を適度に向上させます。両方のグレードは、高い靭性が要求される場合に正規化から利益を得ます。 - 突然冷却および焼戻し：一般的にBHグレードには経済的で必要ではありません；Q&Tはこれらの材料を急冷焼戻し微細構造（焼戻しマルテンサイト/焼戻しベイナイト）に移行させ、構造グレードの意図に対してはるかに高い強度と低下した延性を持ちます。 - 熱機械制御加工（TMCP）：通常、BH220に適用され、制御された圧延と加速冷却を通じてより高い降伏強度を達成し、靭性と延性を維持しながら析出強化を伴う細かいフェライトを生成します。
要するに、BH220はわずかに高い合金成分またはより積極的なTMCPによって生産され、受け入れ可能な靭性と成形性を保持しながらより高い降伏強度を達成します。
4. 機械的特性
一般的な製品形状（プレート/コイル）におけるBH180とBH220の代表的な機械的特性範囲。実際の値は製鋼所の試験証明書で確認してください。
| 特性 | BH180（典型的） | BH220（典型的） |
|---|---|---|
| 指定最小降伏強度（0.2%オフセット） | ~180 MPa | ~220 MPa |
| 引張強度（Rm） | ~300–420 MPa | ~360–520 MPa |
| 伸び（A%） | ~20–30% | ~16–25% |
| 衝撃靭性（シャルピーVノッチ、典型的に常温で） | 良好；厚さ/プロセスに依存 | 合格または合金化またはTMCPによって達成された強度の場合はやや低い |
| 硬度（HB） | 低から中程度（~100–160 HB） | 中程度（~130–190 HB） |
解釈： - 強度：BH220はBH180よりも指定された降伏強度が高く、一般的に引張強度も高いため、同じ荷重に対して薄い断面を可能にします。 - 延性と靭性：BH180はより延性があり、成形が容易です；BH220は良好な靭性を保持するように設計できますが、高強度のバリアントはしばしば降伏のためにいくらかの伸びを犠牲にします。 - 設計の意味：より高い荷重容量または断面厚さの削減が必要な場合はBH220を選択；成形、曲げ、またはエネルギー吸収が優先される場合はBH180を選択してください。
5. 溶接性
溶接性は主に炭素含有量、合金化（硬化性）、および残留物によって影響を受けます。2つの有用な経験的指標：
-
炭素等価（IIW）： $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
-
修正Pcm（冷間割れ感受性を評価するため）： $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
定性的解釈： - $CE_{IIW}$および$P_{cm}$の値が低いほど、溶接性が向上し、水素誘発冷間割れのリスクが低くなります。 - BH180は、BH220がわずかに高いC/Mnまたは追加の微合金化によって降伏を達成する場合、通常は炭素等価が低いため、事前加熱なしで溶接がわずかに容易です。 - 微合金化（Nb、V）は局所的に硬化性を増加させ、厚い断面のために制御された溶接手順（低熱入力、事前加熱/後加熱）を必要とすることがあります。 - 実用的なガイダンス：接合部の厚さ、水素管理、溶接プロセスを評価してください；BH220を溶接する際は、事前加熱、インターパス温度管理、および脆いHAZ微細構造を避けるための適切なフィラーのマッチングを考慮してください。
6. 腐食と表面保護
- BH180もBH220も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。湿気の多いまたは腐食性の環境への曝露は表面保護を必要とします。
- 一般的な保護戦略：
- 大気腐食抵抗のための熱浸漬亜鉛メッキ。
- 建築用または海洋近接用途のための有機コーティング/塗料（適切な表面準備を伴う）。
- 特に腐食性の環境でのクラッディングまたはメッキ。
- PREN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です。完全性のために、ステンレス鋼に使用されるPREN指数は： $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ ですが、これは低合金炭素鋼には適用されません。
- 設計で腐食抵抗が必要な場合は、適切なステンレスグレードに切り替えるか、適切なコーティングを適用することを検討してください；これらの考慮事項はライフサイクルコストに大きく影響します。
7. 加工性、機械加工性、成形性
- 成形性：BH180は通常、降伏強度が低く、伸びが高いため、冷間成形（曲げ、引き抜き）において優れています。BH220は成形可能ですが、深絞りのためにより大きな曲げ半径や中間アニーリングが必要な場合があります。
- 機械加工性：両方のグレードは標準工具で機械加工可能です；高強度（BH220）は工具の摩耗や切削力を増加させる可能性があります。強度と硬度に合わせて切削速度と送りを選択してください。
- 切断および熱処理プロセス：プラズマ、酸素燃料、レーザー切断が一般的に使用されます；厚いBH220セクションは、高強度および熱割れ感受性の可能性のためにパラメータを調整する必要がある場合があります。
- 表面仕上げ/仕上げ：BH180は、機械加工が容易で硬度が低いため、わずかに低コストでより細かい表面仕上げを受け入れることができます。
8. 典型的な用途
| BH180 — 典型的な用途 | BH220 — 典型的な用途 |
|---|---|
| 軽量構造セクション、一般的な製造、自動車内装パネル、低荷重ブラケット、軽量フレーム | 中程度の荷重構造部品、シャーシ部材、より高い降伏が必要なフレーム、薄いゲージが望まれるコンベヤ構造 |
| 成形性とコストが優先される消費財 | より高い強度対重量が必要な農業および建設機器 |
| 中程度の荷重を持つ塗装または亜鉛メッキされた建築部品 | 靭性を保持したTMCP製の強度から利益を得る部品（例：トレーラーフレーム、中荷重支持部材） |
選択の理由： - BH180：成形、エネルギー吸収、コストが主な場合に選択；強度を満たすために厚いセクションが使用されることがあります。 - BH220：重量削減、より高い許容応力、または薄いセクションが望まれる場合に選択され、炭素/微合金鋼を使用します。
9. コストと入手可能性
- 相対コスト：BH220は通常、より高い加工（TMCP）またはわずかに高い合金化のため、BH180よりも単位質量あたりやや高価です；ただし、BH220は厚さを減らすことで部品コストを削減できます。
- 入手可能性：両方は、これらの指定が使用される地域市場でプレートおよびコイル形状で一般的に入手可能です；正確な製品形状やコイル幅は製鋼所や地域によって異なります。BH180または同等品はほぼ普遍的に在庫されています；BH220は需要に応じて一部の市場で受注生産される場合があります。
10. 概要と推奨
| 属性 | BH180 | BH220 |
|---|---|---|
| 溶接性 | より良い（多くの場合、低い炭素等価） | 良好ですが、厚いセクションにはより厳格な管理が必要な場合があります |
| 強度–靭性のバランス | 低い降伏、高い延性 | 高い降伏、TMCPの場合は靭性が類似する可能性がある；延性は低い |
| コスト | トンあたりの材料コストが低い | トンあたりの材料コストが高いが、部品の重量/コストを削減できる |
推奨： - 成形と溶接の容易さ、高い延性が必要で、アプリケーションが低い降伏強度を許容する場合はBH180を選択してください—例：軽量構造部品、重く成形されたコンポーネント、コストが主な要因である場合。 - より高い最小降伏が必要で、断面厚さや質量を減らしながら合理的な靭性を維持する場合はBH220を選択してください—例：中荷重構造部材、フレーム、または重量削減が重要なアプリケーション。
最終的な注意：BH180とBH220は、炭素および微合金構造用鋼の広範なファミリー内での降伏ベースの選択です。重要な設計については、サプライヤーからの正確な化学組成および機械試験証明書を確認し、適用される国家またはプロジェクト基準を確認し、試験またはサプライヤーの推奨を通じて溶接および成形手順を検証してください。