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

はじめに

COR-TEN BおよびCOR-TEN Cは、連続的な塗装なしで大気腐食抵抗が求められる構造および建築用途に使用される商業的に認識された耐候性鋼です。エンジニア、調達マネージャー、製造プランナーは、これらの2つのグレードを選択する際に、腐食抵抗、機械的性能、加工性のトレードオフに直面することが一般的です。典型的な意思決定の文脈には、長寿命の屋外構造物の材料指定（初期コストとメンテナンスのバランス）、溶接構造部品のための板の選択（溶接性と強度のバランス）、成形用のシートの選択（延性と表面性能のバランス）が含まれます。

COR-TEN BとCOR-TEN Cの主な実用的な違いは、COR-TEN Cが厚さ方向の強度を高め、荷重支持能力を向上させるように配合および処理されているのに対し、COR-TEN Bは大気腐食抵抗と優れた加工特性のバランスを目指していることです。両者は耐候性鋼であるため、設計者が構造サービスにおいて耐久性のあるパティナと高い機械的性能の両方を必要とする場合によく比較されます。

1. 規格と指定

耐候性および低合金構造鋼をカバーする主要な規格には以下が含まれます：

• ASTM/ASME:
• ASTM A242（歴史的なCOR-TEN A）
• ASTM A588（高強度低合金、しばしばCOR-TEN Bの特性に関連付けられる）
• ASTM A606（薄鋼の耐候性シート）
• EN:
• 構造鋼用のEN 10025シリーズ（いくつかの耐候性鋼は国別附属書で「コルテンタイプ」と指定されている）
• JIS: 日本の規格には異なる商標名と分類の耐候性鋼が含まれています。
• GB: 中国の国家規格には類似の特性クラスの耐候性鋼が含まれています。

金属学的タイプによる分類： - COR-TEN BおよびC: 大気腐食抵抗のための合金添加を伴うHSLA（高強度低合金）炭素鋼。 - これらはステンレス鋼ではなく、クロムリッチなステンレスグレードの連続的な不活性膜に依存するのではなく、合金化とパティナ形成に依存しています。

2. 化学組成と合金戦略

耐候性鋼の合金戦略は、適度な量のCu、Cr、P、および他の元素を組み合わせて、良好な加工性を維持しながら、しっかりと付着した安定した表面パティナを促進することです。COR-TEN Cは、一般的にCOR-TEN Bと比較して強度を高めるための組成および処理アプローチで設計されています（例えば、より高い微合金化または制御された炭素/硬化性を介して）。

表: 定性的化学指標（存在/相対レベル）

元素	COR-TEN B（典型的な役割）	COR-TEN C（典型的な役割）
C（炭素）	低–中程度（基本的な強度/延性のバランス）	中程度（強度/硬化性を高めるためにわずかに増加）
Mn（マンガン）	中程度（強度と脱酸）	中程度–高め（強度、加工硬化）
Si（シリコン）	低–中程度（脱酸、パティナ形成を改善）	低–中程度
P（リン）	低（時にはパティナを助けるために小量が意図的に存在）	低（制御された）
S（硫黄）	非常に低（靭性のための低硫化物）	非常に低
Cr（クロム）	微量–低（パティナの安定性を促進）	低（腐食/強度の相乗効果のためにわずかに高い場合がある）
Ni（ニッケル）	しばしば低または不在	低（定義的な合金元素ではない）
Mo（モリブデン）	通常不在または非常に低	通常不在または非常に低
V（バナジウム）	不在または微量	強度を高めるための微合金化の可能性
Nb（ニオブ）	不在または微量	粒子制御、強度のための微合金化の可能性
Ti（チタン）	微量（脱酸/安定化）	微量/微合金化の可能性
B（ホウ素）	典型的ではない	高強度バリアントで微量が時折使用される
N（窒素）	微量	微量（微合金化されている場合、NはTi/Vと相互作用）

説明: Cu、Cr、および少量のPなどの合金元素は、保護的で付着性のある酸化物層を促進する耐候性挙動の中心です。微合金化元素（V、Nb、Ti、B）およびわずかに高い炭素またはマンガンは、COR-TEN Cのような高強度バリアントで降伏強度と引張強度を高めるための典型的な手段です。

3. 微細構造と熱処理応答

両グレードの微細構造は、広範な熱処理ではなく、主に熱間圧延および冷却の実践によって制御されます。

• COR-TEN B:
• 従来の圧延/空冷後の典型的な微細構造: 分散したパーライトと細かい炭化物を含むフェライト、靭性と延性を目指した微細構造の精製。

• 正規化および応力除去に良く反応します; 限定的な硬化性により、耐候性用途に一般的に使用される標準的な焼入れおよび焼戻しルートはあまり使用されません。

• COR-TEN C:

• 高強度を達成するように設計されており、微細構造には、熱機械処理が使用される場合、より細かいフェライト-パーライトまたは制御された量のベイナイト成分が含まれる場合があります。
• 微合金化元素（Nb、V、Ti）は析出強化剤および粒子精製剤として機能し、熱機械制御（制御圧延、加速冷却）により強度と靭性のバランスが改善されます。
• 焼入れおよび焼戻しは、典型的な耐候性鋼のサービスには一般的に不要ですが、必要に応じて特性を変更することができます; 高温処理が表面化学を変える場合、腐食挙動を失う可能性があるため注意が必要です。

加工ルートが特性に与える影響: - 正規化（再加熱および空冷）は、粒子サイズを均一化し、わずかに精製することで靭性を改善できます。 - 制御冷却を伴う熱機械圧延は、COR-TEN Cの降伏強度と靭性の相乗効果を高め、粒子サイズを精製し、微合金化炭化物/窒化物を析出させます。 - 強度を押し上げるための過度の焼入れおよび焼戻しは、表面合金分布が変化する場合、耐候性性能を低下させる可能性があります。

4. 機械的特性

特定の数値は規格、製品形状、熱処理に依存するため、以下の表は典型的な相対的機械挙動を比較しています。

表: 定性的機械比較

特性	COR-TEN B	COR-TEN C
引張強度	中程度	高い
降伏強度	中程度	高い（主な設計上の利点）
伸び（延性）	高い（より延性）	中程度–低い（強度のトレードオフ）
衝撃靭性	良好（特に周囲および低温で指定された場合）	良好ですが、強度が増加するとわずかに低下する可能性があります
硬度	低–中程度	中程度–高い

解釈: COR-TEN Cは高強度の代替品として意図されており、強度の増加は組成の調整と熱機械制御を通じて達成されます。COR-TEN Bは通常、より高い延性を提供し、しばしば成形が容易で、厚さにわたって一貫した衝撃靭性を持つため、変形またはエネルギー吸収能力が主な要件である場合に好まれます。

5. 溶接性

溶接性は構造用途において重要な考慮事項です。要因には、炭素当量、微合金化による硬化性、および水素割れの感受性に影響を与える残留元素が含まれます。

有用な溶接性指標: - 炭素当量 IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - 冷間割れ傾向を評価するためのPcm: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

定性的解釈: - COR-TEN B: より低い炭素と限られた微合金化は通常、低い$CE_{IIW}$および$P_{cm}$をもたらし、標準的なフィラー金属および一般的な手順で優れた一般的な溶接性を示します。予熱およびインターパス制御は通常控えめです。 - COR-TEN C: わずかに高い炭素と可能な微合金添加は硬化性を高める可能性があります。これにより、COR-TEN Bに対して$CE_{IIW}$および$P_{cm}$が上昇し、特に厚いセクションでは、硬く脆い熱影響部位や冷間割れのリスクを避けるために、予熱、制御された熱入力、および水素制御をより慎重に使用する必要があります。

実用的なガイダンス: - 低水素消耗品を使用し、熱入力を制御し、厚さおよび地域の溶接規則によって必要に応じて予熱を適用します。 - 溶接ゾーンでの腐食挙動を確保するためにフィラー化学を一致させる（耐候性性能のために適切なCu/Cr含有量を持つフィラー金属が推奨されることが多い）。

6. 腐食と表面保護

COR-TEN BおよびCは、酸素や汚染物質を含む大気中で交互に湿潤および乾燥にさらされるときに保護的なパティナ（酸化物層）を形成することに依存しています。これらはステンレス鋼ではないため、表面処理および環境条件がパティナの発展を決定します。

• 非ステンレス耐候性鋼の表面保護オプション:
• 適切な環境で自然なパティネーションを許可します（田舎、都市、工業の変動が速度と品質に影響します）。
• 即時の保護が必要な場合は、保護コーティング（塗装）や亜鉛メッキを適用できますが、パティナへのコーティングの付着性を考慮する必要があります。
• カソード保護や犠牲コーティングは、攻撃的な海洋または塩素が豊富な環境での代替手段です。

PREN（ピッティング抵抗等価数）は、クロム、モリブデン、窒素がピッティング抵抗を支配するステンレス合金に適用されます: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ この指標はCOR-TEN B/Cには適用されません。なぜなら、これらはステンレス鋼ではなく、受動的なクロムリッチな膜に依存しないからです。ステンレス材料を評価する際にのみPRENを使用してください。

指標が適用できない場合: - 耐候性鋼の場合、関連する指標は長期的な大気曝露試験、比較評価のための塩スプレー結果、および経験的なサービス履歴であり、PRENではありません。

7. 加工、機械加工性、および成形性

• 成形および曲げ:
• COR-TEN B: 降伏強度が低く、伸びが高いため、一般的に成形が容易で、薄いゲージで複雑な形状に適しています。
• COR-TEN C: より高い降伏強度とわずかに低下した延性により、成形限界が減少します; バネ戻りが大きくなる可能性があり、より高い成形力が必要になる場合があります。
• 機械加工性:
• 両鋼は他の低合金炭素鋼と同様に機械加工されます; COR-TEN Cの高強度は、切削力と工具摩耗をわずかに増加させる可能性があります。
• 表面仕上げ:
• パティナ性能を変える可能性のある表面汚染を避けます（例: グリース、油、電気化学的カップル）。
• 機械加工のチップやバリは、一貫したパティネーションを確保するために除去する必要があります。

8. 典型的な用途

COR-TEN B（典型的な用途）	COR-TEN C（典型的な用途）
パティナと成形性が優先される建築ファサード、彫刻、および外装	高い降伏強度が求められる橋、重構造部材、および荷重支持プレート
軽量構造部品、ガードレール、および看板	クレーンレール、高荷重構造セクション、および土木構造物の主要フレーム
エンクロージャーおよびファサード用の薄鋼の耐候性シート	強度対重量が改善されることが望まれる重いプレートおよび圧延セクション

選択の理由: 加工の容易さ、成形性、一貫したパティナが優先され、荷重が中程度の場合はCOR-TEN Bを選択します。高い構造能力が必要で、加工計画が溶接および成形に対するわずかに高い要求を考慮している場合はCOR-TEN Cを選択します。

9. コストと入手可能性

• 相対コスト:
• COR-TEN B: 従来の耐候性グレードに近く、微合金化元素が少ないため、多くの市場で通常はコストが低いです。
• COR-TEN C: 合金化/処理および高強度製品形状に割り当てられた価値のため、わずかにコストが高くなります。
• 入手可能性:
• 両グレードは通常、プレート、シート、および構造セクションで入手可能ですが、特定の入手可能性は製鋼所の生産、地域の需要、および製品の厚さに依存します。重いプレート形状の高強度COR-TEN Cは、より専門的であり、一部の市場ではリードタイムが長くなる可能性があります。

調達のヒント: 正確なリードタイムと価格を得るために、製品形状（プレート対シート）、必要な機械的特性、および溶接/加工の制約を早期に指定してください。

10. まとめと推奨

表: 簡単な比較

特性	COR-TEN B	COR-TEN C
溶接性	非常に良好（低い予熱ニーズ）	良好ですが、予熱/熱入力に対する注意が必要
強度–靭性のバランス	良好な靭性、中程度の強度	高い強度、正しく処理された場合の良好な靭性
コスト	低い	中程度–高い

結論と推奨: - 優れた成形性、容易な溶接手順、一貫したパティナ、および低い材料コストを持つ耐候性鋼が必要な場合はCOR-TEN Bを選択してください — ファサード、薄鋼の建築要素、および中程度の荷重の構造用途に適しています。 - 耐候性鋼において主な要件が高い降伏強度および引張強度である場合はCOR-TEN Cを選択してください — 重い構造プレート、橋、およびセクションサイズの削減または荷重能力の向上が必要なコンポーネントに適しており、加工手順がわずかに高い硬化性および予熱ニーズに対応しています。

最終的な実用的な注意: - 調達文書において、意図された環境および必要な性能（機械的限界、衝撃靭性、および腐食曝露クラス）を常に指定してください。 - 鋼の供給者と協力して製鋼所の処理（すなわち、熱機械制御、正規化）を確認してください。なぜなら、加工の選択が最終的な強度–靭性–腐食バランスに大きく影響するからです。 - 溶接構造の場合、$CE_{IIW}$および$P_{cm}$の影響を考慮した溶接手順仕様を含め、耐候性性能に適合するフィラー金属を選択してください。