COR-TEN A vs COR-TEN B – 成分、熱処理、特性、および用途

はじめに

COR-TEN AおよびCOR-TEN Bは、広く使用されている大気腐食抵抗鋼（一般に耐候性鋼と呼ばれる）の商標名です。エンジニア、調達マネージャー、製造業者は、これらの選択時に腐食性能、機械的強度、溶接性、コストの間でトレードオフ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、長期的なパティナ形成が望まれる屋外構造物（橋、ファサード、コンテナ）と、より高い降伏強度や低温靭性の向上が求められる構造用途が含まれます。

両ファミリーの主な実用的な違いは、合金戦略にあります：一方のグレードは、一般的な腐食抵抗性と成形性のためによりシンプルな低合金化学を強調し、もう一方は、より高い/ターゲットとした合金添加と微合金化を取り入れて、より高い強度と厳しい条件下での大気抵抗性を達成します。この組成および合金に焦点を当てた違いが、機械的挙動、製造応答、コストのほとんどの下流の対比を生み出します。

1. 規格と呼称

• 一般的な国際的な参照および仕様：
• ASTM（アメリカ合衆国）：ASTM A242はCOR-TEN Aに頻繁に関連付けられ、ASTM A588はCOR-TEN Bにしばしば関連付けられます。
• EN（ヨーロッパ）：耐候性鋼はEN/ISOおよびEN 10025シリーズから派生した国内規格の下で入手可能です（特別な耐候性グレードは国によって異なります）。
• JIS（日本）およびGB（中国）：機能的に類似した国内の耐候性鋼グレードが存在しますが、直接の一対一の同等物ではありません。
• 金属学的ファミリーによる分類：
• COR-TEN AおよびCOR-TEN Bの両方は、低合金、高強度のフェライト鋼です（すなわち、非ステンレスHSLA — 大気腐食抵抗性に最適化された高強度低合金鋼）。
• これらはステンレス鋼ではなく、腐食抵抗のために高いクロムやニッケルレベルに依存していません。

2. 化学組成と合金戦略

以下は、合金成分の質的比較と、各元素が耐候性鋼で果たす役割です。調達および設計の際は、常に関連する規格または製鋼所証明書からの正確な化学的制限を使用してください。

合金効果の説明： - 銅（Cu）、クロム（Cr）、およびリン（P）は、大気曝露において安定で付着性のある保護パティナの形成に有益です。銅はしばしば最も影響力があります。 - 微合金元素（Nb、V、Ti）および制御された添加物（Mo、Ni）は、主に降伏強度を高め、粒子の細化および析出強化によって靭性を改善するために使用され、大気腐食挙動への妥協は最小限です。 - 炭素、マンガン、シリコンは、必要な機械的特性を達成しつつ、硬化性と溶接性を許容範囲内に保つためにバランスが取られています。

3. 微細構造と熱処理応答

微細構造： - 両グレードは、標準的な熱間圧延条件下で主に多角形フェライトおよびパーライト相を持つフェライト系低合金鋼として製造および供給されます。 - 微合金化（Nb、V、Ti）を含むCOR-TEN Bバリアントは、より細かい粒子サイズと高密度の微細析出物を示すことができ、炭素の大幅な増加なしに降伏強度を高めます。

熱処理および熱機械加工： - 正常化：両グレードの強度を高め、靭性を改善するために粒子サイズを細化します。正常化は、より重いセクションのためにより均一な機械的特性を生成するのに効果的です。 - 急冷および焼戻し：標準的な耐候性鋼の生産には一般的ではありません；これらの鋼は、完全な硬化サイクルではなく、制御された圧延および冷却を通じて特性を達成するように設計されています。 - 熱機械制御加工（TMCP）：現代のCOR-TEN B製品に一般的；TMCPと微合金化により、特定の厚さでより高い強度と改善された靭性が得られます。 - アニーリング：構造用途の耐候性グレードには稀；強度を低下させ、標準的な実践ではありません。

実用的な意味：微合金化およびTMCPを使用するCOR-TEN Bバリアントは、制御された圧延および冷却戦略により良好に応答し、より重いセクションでより強く、より靭性のある板を生成します。一方、COR-TEN Aは通常、成形性に最適化されたよりシンプルな圧延スケジュールで生産されます。

4. 機械的特性

注意：機械的特性は特定の製品規格、厚さ、および加工に依存します。以下の表は、絶対的な数値保証ではなく、典型的な性能傾向を対比しています；常に製鋼所証明書または適用される規格を参照してください。

どちらが強い、靭性がある、または延性があるか？ - COR-TEN Bは、微合金化および現代の圧延技術のおかげで、一般的に高い降伏および引張強度が指定されます；靭性も、低温衝撃要件が仕様に含まれている場合は優れていることがあります。 - COR-TEN Aは、化学組成がシンプルで合金化が少ないため、同等の加工履歴でわずかに良好な成形延性を持つ傾向があります。

5. 溶接性

重要な要素： - 炭素含有量、有効な硬化性（Mn、Cr、Moなどの影響を受ける）、および微合金化が、予熱/後熱の要件および冷間割れの感受性を決定します。 - COR-TEN Bの微合金化および高い合金含有量は、COR-TEN Aに対して硬化性を高める可能性があり、より制御された溶接手順（予熱、中間温度、および消耗品の選択）が必要になることがあります。

有用な溶接性指数（定性的な使用のみ）： - 炭素当量（IIW）： $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - 実用的炭素当量（Pcm）： $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

解釈（定性的）： - 高い$CE_{IIW}$または$P_{cm}$値は、水素誘発冷間割れのリスクが増加し、予熱または低水素実践の必要性が高まることを示します。 - COR-TEN Bは、より高い制御された合金化および微合金化により、COR-TEN Aよりも高いCE/Pcm値を生成する可能性があるため、溶接手順はプロジェクトごとに指定および認定されるべきです。 - 耐候性鋼に推奨される一致またはややオーバーマッチのフィラー金属を使用し、表面の外観が重要な場合は、フィラー金属の化学がパティナ形成をサポートすることを確認してください。

6. 腐食および表面保護

• COR-TEN AもCOR-TEN Bもステンレスではなく、腐食抵抗は交互の湿潤/乾燥の大気条件下で安定した付着性の酸化物（パティナ）の形成に依存しています。
• パティナの安定性に寄与する重要な元素：Cu、Cr、およびP。COR-TEN Bの高いCuおよび制御されたCr含有量は、厳しい環境下でのパティナ形成の速度と安定性を改善することが多いです。
• パティナが均一に形成できない場合（例：常に湿っている、海洋の飛沫ゾーン、汚染された大気）、追加の保護が必要です：
• 塗装/コーティングシステム（エポキシプライマー、ポリウレタン上塗り）
• 亜鉛メッキは技術的には可能ですが、耐候性の美観とパティナ機能を無効にします；合金化学および溶接との互換性を考慮してください。
• PREN（ピッティング抵抗等価数）はステンレス合金に適用され、これらの非ステンレス耐候性鋼には関連しません： $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ ステンレスグレードを評価する際にのみPRENを使用してください。

7. 加工性、機械加工性、および成形性

• 切断：プラズマ、レーザー、酸素燃料切断、および鋸引きは両グレードで同様に動作します；微合金化されたCOR-TEN Bは、やや硬い切断エッジを生成し、切断パラメータの調整が必要になることがあります。
• 曲げおよび成形：COR-TEN Aは、よりシンプルな化学のため、同等の厚さ/温度でわずかに良好な成形性を提供します；COR-TEN Bは、より高い強度レベルでのタイトな半径のために、より大きな曲げ半径または中間熱処理が必要になることがあります。
• 機械加工性：両方とも中程度；高強度（B）は工具に対してやや要求が厳しいかもしれません。
• 表面仕上げ：新しい金属表面を露出させ、パティナの均一性に影響を与える研削や溶接スラグの除去に注意してください。外観が重要な場合は、表面汚染や溶接スプラッタを最小限に抑えるように加工を計画してください。

8. 典型的な用途

選択の理由： - 外観、簡単な加工、および典型的な大気曝露における適切な腐食抵抗が優先されるプロジェクトにはCOR-TEN Aを選択してください。 - より高い降伏強度、改善された靭性、またはより攻撃的な大気腐食抵抗が必要な重-duty構造作業にはCOR-TEN Bを選択してください。

9. コストと入手可能性

• コスト：COR-TEN Bは、通常、より高い合金含有量と微合金化、さらに厳しい加工および試験要件のため、COR-TEN Aよりも高価です。市場価格は銅および合金元素の価格によって変動します。
• 入手可能性：両グレードは、主要な製鋼所から板、シート、および構造形状で広く入手可能ですが、特定の厚さ、厳密な公差の板、または特別なTMCP処理製品は、長いリードタイムが必要な場合があります。COR-TEN B（高性能バリアント）は、専門の生産者からの注文が必要な場合があります。

10. 概要と推奨

推奨： - 建築用途、軽から中程度の構造荷重、または最大の成形性が求められる場合に、良好な大気腐食抵抗が必要な場合はCOR-TEN Aを選択してください。 - プロジェクトがより高い降伏強度、低温靭性のより良い制御、またはより厳しい曝露条件でのパティナ性能の向上/予測可能性を必要とする場合はCOR-TEN Bを選択してください；より厳格な溶接仕様とやや高い材料コストに備えてください。

最終的な注意：耐候性鋼の性能は、強くアプリケーションおよび環境に依存します。常に正確な規格（化学および機械試験の製鋼所証明書要件）を指定し、溶接手順の認定およびフィラー金属の選択を確認し、サイト特有の曝露（塩水スプレー、工業SOx/NOxレベル、継続的な湿潤）を評価してから、いずれかのグレードを選択してください。