BQ対DQ – 組成、熱処理、特性、および応用

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、BQとDQという2つの一般的に指定される冷間圧延低炭素鋼の品質の間で選択を迫られることがよくあります。この決定は通常、成形性能（シートがどれだけうまく引き伸ばされるかまたはスタンプされるか）と製造可能性およびコストのバランスを取るものであり、たとえば、高ボリュームのブランキングや単純なスタンピング操作のためのグレードを選択するのか、表面の外観、伸び、成形性が重要な厳しい深絞りのためのグレードを選択するのかということです。

実際のレベルでは、主な違いは機能的なものです：BQは、切断エッジの品質と寸法の安定性が重要なブランキング/パンチングおよび一般的なスタンピング操作に最適化されているのに対し、DQは、延性、ひずみの均一性、引き伸ばし性（r値の制御）が重要な深絞りおよび厳しい成形に最適化されています。これらは重複する製品形態（コイル、シート、ストリップ）で使用されるため、デザイナーは自動車の内装パネル、家庭用機器の外殻、または経済的なブランキングや複雑な成形を必要とする部品を指定する際に一般的に比較します。

1. 規格と指定

BQとDQは、単一の国際合金仕様ではなく、取引/機能の指定です。これらは、化学的制限、機械的特性、および表面品質を規定する国内および国際基準に含まれる冷間圧延低炭素鋼のカテゴリに対応しています。

• 関連する国際および国内基準：
• EN（ヨーロッパ）：EN 10130（成形用の冷間圧延低炭素鋼） — 例：DC01、DC03、DC04 — 主に成形用の炭素鋼。
• JIS（日本）：JIS G3141 / SPCC、SPCD — 一般的な成形および深絞り用の冷間圧延鋼板およびストリップ。
• ASTM/ASME（米国）：ASTM A1008 — 冷間圧延炭素鋼シートおよびストリップ；ASTM A569/A653はコーティング製品（亜鉛コーティング）用。
• GB（中国）：GB/T 2518、GB/T 709およびその他のGB基準は冷間圧延および亜鉛メッキ鋼に関するものであり、国内の取引指定には「BQ」と「DQ」が含まれることがよくあります。
• 分類：BQとDQは、低炭素冷間圧延炭素鋼のカテゴリです（デフォルトではステンレス、工具鋼、またはHSLAではありません）。これらは、高合金の耐食性や高温サービスのためではなく、成形用途を目的としています。

2. 化学組成と合金戦略

BQとDQの機能的な違いは、主にマイクロ合金化とプロセス制御から生じており、大きなバルク合金添加の違いからではありません。典型的な組成制御は、炭素と残留物を低く保ち、焼き入れ硬化、粒子サイズ、平面異方性に影響を与える元素を制御することに焦点を当てています。

元素	BQ（ブランキング/一般的なスタンピング）	DQ（深絞り/厳しい成形）
C（炭素）	低 — 適切な強度と表面切断品質を維持するために制御されている	非常に低 — 延性を改善し、引き伸ばし時の破損傾向を減らすためにBQよりも低く保たれている
Mn（マンガン）	制御されている（強度 + 脱酸）	制御されている、時にはBQよりも低くして強度を制限し、成形性を向上させる
Si（シリコン）	微量から中程度（脱酸）	低から中程度
P（リン）	最小化（脆化と表面欠陥）	引き伸ばし性のために厳密に最小化
S（硫黄）	低；機械加工/ブランキングのために制御されている（切削性の向上が望まれる場合はやや高くなることがある）	非常に低；引き伸ばし時の脆い包含物を避けるために硫化物を制御
Cr、Ni、Mo（合金化）	標準BQでは典型的ではない	通常は添加されない；深絞り鋼は重い合金化ではなく、加工を通じて特性を達成する
V、Nb、Ti（マイクロ合金化）	粒子サイズ制御や強度のために時折使用される	成形性を損なうことなく粒子を安定させるために制御された量で時折使用される
B、N	微量；窒素はしばしば制御される	窒素制御（間隙元素の制限が延性を改善）

合金化が性能に与える影響： - 炭素を低くし、残留物（P、S、N）の制御を厳密に行うことで、均一な延びを改善し、深絞り時の亀裂のリスクを減少させる。 - マイクロ合金化と非常に少量の添加（Nb、Ti、V）は、適切に熱機械的に処理されると、延性を大きく損なうことなく粒界を固定し、強度を改善することができる。 - BQグレードは、ブランキング時のクリーンなせん断とエッジ品質が優先される場合、やや高いCまたはSを許容することができる；DQは間隙元素の制御と平面異方性を優先する。

3. 微細構造と熱処理応答

BQとDQは、冷間圧延され、しばしばバッチアニーリングまたは連続アニーリングされた製品として生産されます。納入時の微細構造は通常、低量のパーライトと制御された沈殿物を持つ細かいフェライトマトリックスです；違いは粒子サイズ、テクスチャー、および包含物の制御にあります。

• BQ微細構造：
• 均一なせん断特性とブランキング後のクリーンな切断エッジのために設計された細かいフェライトマトリックス。
• アニーリングサイクルは、安定した機械的特性と塗装またはコーティングのための許容可能な表面状態を目指します。
• DQ微細構造：
• さらに細かく、均一なフェライトで、平均r値と引き伸ばし性を高めるために最適化された結晶学的テクスチャー（平面異方性制御）。
• 低い降伏強度と高い均一な延びを達成するために制御された冷却を伴う連続アニーリング；時には表面とテンションを調整するためにスキンパスまたは軽いテンパーローリングが行われる。

熱処理と加工ルート： - 正常化/アニーリング：両グレードは冷間圧延後に材料を柔らかくするためにアニーリングされます。DQは、間隙元素の取り込みを最小限に抑え、より好ましいテクスチャーを生成するためにアニーリング温度と雰囲気の制御が厳密に行われることが多いです。 - 硬化とテンパー：これらの低炭素冷間圧延引き伸ばし鋼には適用されません；マルテンサイトを生成するために熱処理されません。 - 熱機械的加工：DQは、粒子を精製し、r値と深絞り性能を高めるために、制御された圧延およびアニーリングシーケンスから最も利益を得ます。

4. 機械的特性

機械的挙動における典型的な機能的違いは定性的です — BQは高いエッジ品質と寸法の安定性のためにいくらかの延性を犠牲にし、DQは延性と成形性を強調します。

特性	BQ	DQ
引張強度	中程度 — 一般的なスタンプ部品に適している	中程度からやや低い — 延びに最適化されている
降伏強度	中程度 — ブランキング中に良好な寸法制御を提供する	低い — バネ戻りを減少させ、引き伸ばしを容易にする
延び（％）	良好だが、厳しい成形ではDQよりも低い	高い — 均一な延びと総延びが改善されている
衝撃靭性	サービスに対して十分；包含物の存在は制御されている	通常、成形性の目的で同等または優れている
硬度	ブランキングエッジを改善するための中程度の表面硬度	延性を高め、亀裂の傾向を減らすためにやや低い

なぜ違いがあるのか： - DQの低い降伏強度と高い延びは、間隙元素（C、N）の含有量の減少、粒子制御の細かさ、最適化されたテクスチャーから来ており、これにより金属はネッキングや亀裂が発生する前により大きな塑性ひずみを受けることができます。 - BQは、材料を切断またはせん断するプロセスでより良い性能を発揮し、やや高い強度と異なる包含物特性を許容することによって達成されます。

5. 溶接性

低炭素冷間圧延鋼の溶接性は一般的に良好ですが、溶接の後に成形や塗装が行われる場合には違いが重要です。

IIW炭素等価などの溶接性指数を使用して、水素亀裂の感受性や予熱の必要性を評価できます：

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

マイクロ合金化された鋼に関連するパラメータはPcmです：

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

解釈（定性的）： - BQとDQはどちらも合金含有量が低く、通常は低い$CE_{IIW}$および$P_{cm}$スコアを持ち、従来の溶接プロセスで良好な一般的な溶接性を示します。 - DQの低い炭素と厳格な間隙元素の制御は、特にその後の成形が行われる場合に、溶接後の冷間亀裂に対してわずかに許容度を高めます。 - 重要な用途や厚板材料の場合、予熱、制御された熱入力、および溶接後の熱処理は、グレード名だけに依存するのではなく、組成と部品の形状の組み合わせの効果に基づいて選択する必要があります。

6. 腐食と表面保護

BQとDQはステンレス鋼ではなく、腐食抵抗は組成ではなく表面処理やコーティングに依存します。

• 一般的な保護：亜鉛メッキ（熱浸漬または電気）、電気メッキ、有機コーティング（塗料、粉体）、変換コーティング、および塗装前のパッシベーション。
• ステンレス鋼が範囲外の場合、PRENは適用されません。参考までに、ステンレス鋼のPREN指数は：

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

• 推奨事項：サービス環境に対するコーティングシステムと前処理を指定してください（例：屋外露出用の熱浸漬亜鉛メッキ；屋内塗装部品用のリン酸処理およびエポキシプライマー）。内側の目に見える表面用のDQ部品は、より高い表面仕上げとコーティングの接着性の厳密な制御が必要な場合があります。

7. 製造、機械加工、および成形性

成形： - DQは深絞り、複雑な伸張成形、および高い均一な延びを必要とする操作に優れています。テクスチャーとr値が制御されているとき、局所的な薄化や耳の発生に対する抵抗が向上します。 - BQはブランキング、パンチング、中程度のスタンピング、およびクリーンなせん断エッジと寸法の再現性が優先される部品に適しています。

機械加工： - 両者は二次加工において類似しており、機械加工性は一般的に硫黄が高いほど向上します（BQはやや多くの硫黄を許容することがありますが）、それは引き伸ばし性に悪影響を及ぼす可能性があります。 - 高精度のトリミングや二次操作の場合、BQのブランキング後のエッジ品質は二次仕上げコストを削減できます。

表面仕上げ： - DQは通常、アニーリングおよび冷間圧延においてより厳密な表面制御を受け、均一な塗装性を確保し、深絞り後の表面欠陥のリスクを減少させます。

8. 典型的な用途

BQ（ブランキング/一般的なスタンピング）	DQ（深絞り/厳しい成形）
自動車の外装トリム、ブラケット、クリップ（ブランキング品質と寸法制御が重要な場合）	自動車の内装パネル、燃料タンク部品、複雑な引き伸ばしハウジング
金属家具部品、単純なスタンプエンクロージャー	深絞りを必要とする家電の外殻（洗濯機のドラム、冷蔵庫の内張り）
経済的なブランキングとスタンピングが優先される部品	高い延びと最小限のしわを必要とする複雑なカップ、鍋、および部品

選択の理由： - コスト、エッジ品質、ブランキングの生産性が決定的な場合はBQを選択してください。 - 大きなシームレスな引き伸ばし、成形後の表面外観、厚さ方向の破損に対する抵抗が部品の性能を支配する場合はDQを選択してください。

9. コストと入手可能性

• 相対コスト：DQは、組成の厳密な制御、追加の加工（制御されたアニーリング、テクスチャー制御）、および表面および機械的特性に対する高い品質保証のため、一般的なBQよりも通常高価です。
• 製品形態による入手可能性：両者は一般的にコイル、シート、ストリップで入手可能です。DQは自動車および家電産業向けにより一般的に在庫されている可能性があり、特定のテンパー/アニーリング条件で入手可能です；BQは一般的な商業用冷間圧延グレードとして広く入手可能です。
• 調達のヒント：供給と価格の明確さを確保するために、グレード名だけに依存するのではなく、材料の状態（アニーリング、スキンパス、コーティング）と重要な性能指標（r値、降伏、延び、表面仕上げ）を指定してください。

10. まとめと推奨事項

側面	BQ	DQ
溶接性	良好（典型的な低炭素）	低間隙元素のため、溶接後の成形性がやや良好
強度–靭性	中程度の強度、良好なエッジ挙動	やや低い降伏強度、高い延性と均一な延び
コスト	低い（一般商業グレード）	高い（厳密なプロセスと表面制御）

結論と推奨事項： - 経済的なブランキングと一般的なスタンピングが優先される場合はBQを選択してください。BQは厳しい成形を必要とせず、切断性能と表面仕上げの要件が許容される部品に適しています。 - 深絞り、複雑な成形、高い均一な延び、成形後の表面状態が優先される場合はDQを選択してください。DQは、しわや亀裂なしに大きな塑性ひずみを受ける部品に適しており、優れた成形性が材料コストの増加を上回ります。

最終的な調達アドバイス：ラベル「BQ」または「DQ」に依存するのではなく、必要な機械的特性、表面仕上げ、およびプロセスルート（連続アニーリング対バッチアニーリング、コーティング要件）を指定してください。成形性や表面外観が重要な場合は、r値/異方性データおよびアニーリングパラメータを示す材料試験報告書を要求して、生産ラインでの再現可能な性能を確保してください。