CR1 対 CR2 – 組成、熱処理、特性、および応用

はじめに

CR1およびCR2は、主に表面品質と関連する加工管理の仕様によって区別される2つのグレードの冷間圧延炭素鋼を示す業界で一般的に使用される略称です。エンジニア、調達マネージャー、製造プランナーは、標準的な表面仕上げの低コストオプションを選ぶか、下流の加工を簡素化する高い表面品質のためにプレミアムを支払うかという頻繁な決定に直面します（例：仕上げ、コーティング、成形）。決定の文脈には、腐食防止予算と最終的な外観のバランス、外観仕上げよりも溶接性と成形性を優先すること、深絞りや外装建築用途などの下流プロセスに合わせてシートまたはストリップの表面クラスを一致させることが含まれます。

CR1とCR2は広く似た金属学的ファミリー（低炭素、冷間圧延鋼）を共有していますが、1つのグレードがより厳しい表面外観と欠陥の制限を課す一方で、もう1つは表面状態の変動をより受け入れるため、一般的に比較されます。その違いは、サプライヤーの選定、検査基準、しばしば二次プロセス（酸洗い、焼鈍、スキンパス、表面処理）に影響を与えます。

1. 規格と指定

CR1およびCR2は商業用冷間圧延鋼グレードです。これらはASTM A36やEN 10025のような普遍的な国際合金指定ではなく、通常は冷間圧延炭素鋼製品規格およびサプライヤー仕様にマッピングされます。参照すべき関連規格とファミリーには以下が含まれます： - EN 10130 — 冷間成形用の非合金鋼（ヨーロッパ）。 - JIS G3141 — 冷間圧延炭素鋼シートおよびストリップ（日本）。 - GB/T規格による冷間圧延炭素鋼（中国）。 - 表面クラス、許容差、仕上げ操作を定義するサプライヤーおよび国家製品仕様。

分類：CR1およびCR2は冷間圧延によって製造された炭素（軟鋼）鋼です。特に製造者によって変更されない限り、工具鋼、ステンレス鋼、またはHSLAグレードではありません。彼らの指定は、異なる合金ファミリーよりも主に表面品質クラスと加工管理に関するものです。

2. 化学組成と合金戦略

CR1/CR2とラベル付けされた製品ファミリーは通常、低炭素冷間圧延鋼です。ユニークな化学組成を表すのではなく、これらのグレードは通常、名目上の化学組成と指定された表面処理/検査基準の組み合わせを反映しています。以下の表は、2つのクラスの典型的な合金意図と元素の存在を定性的に要約しています。

元素	CR1（表面グレードA）	CR2（表面グレードB; より厳しい管理）
C	低（商業用炭素鋼）	低（CR1に類似）
Mn	低〜中程度（脱酸と強度）	低〜中程度（類似）
Si	低（脱酸）	低（類似）
P	微量（制御済み）	微量（より厳しい制限で制御可能）
S	微量（制御済み; 表面改善のためにわずかに低くなる場合あり）	微量（仕上げ改善のためにしばしば低くなる）
Cr	意図的に添加されていない（特別な場合を除く）	意図的に添加されていない
Ni	意図的に添加されていない	意図的に添加されていない
Mo	意図的に添加されていない	意図的に添加されていない
V	意図的に添加されていない（マイクロ合金化されたバリアントを除く）	意図的に添加されていない
Nb, Ti	特別な製品での時折のマイクロ合金化	標準CRグレードでは珍しい
B	微量（典型的ではない）	微量（典型的ではない）
N	低レベルで溶解した窒素	低レベルで溶解した窒素

注意： - 正確な化学的制限はサプライヤー/製品仕様または参照された国家標準によって設定されます。CR1/CR2ペアは通常、低炭素冷間圧延鋼の広範なファミリー内に位置します：組成の違いはわずかであり、産業上の区別は許可される表面の欠陥とプロセス管理（清浄度、焼鈍スケジュール、スキンパス）にあります。 - これらの鋼の合金戦略は、良好な成形性と溶接性のために炭素と残留元素を低く保つことを目指しています。より高い強度が必要な場合は、別のHSLAまたはマイクロ合金化されたグレードが使用されます。

3. 微細構造と熱処理応答

典型的な微細構造： - 両グレードは低炭素鋼の冷間圧延によって製造され、その後延性を回復するために焼鈍されます。結果として得られる微細構造は、炭素と冷却履歴に応じて異なる割合のパーライトを伴うフェライトが一般的です。 - 冷間圧延は、細長い粒を持つ変形したフェライト微細構造を導入します。焼鈍は、完全に焼鈍されたときに再結晶化された等方的フェライト粒を生成します。

加工と応答： - 完全焼鈍（再結晶焼鈍）：延性を回復し、成形に適した柔らかく均一な微細構造を生成します。CR1とCR2は、バルク化学が類似しているため、完全焼鈍に対して同様に応答します。 - 連続焼鈍またはボックス焼鈍が使用される場合があります。CR2製品（より厳しい表面クラス）は、スケールと表面の脱炭を減らし、一貫した表面酸化特性を達成するために、より制御された焼鈍サイクルを受けることがよくあります。 - 熱機械加工（TMT）および急冷・焼戻しは、標準のCR1/CR2低炭素冷間圧延鋼には一般的ではありません。より高い強度が必要な場合、製造業者はCR1/CR2ラベルを変更するのではなく、異なるグレード（HSLAまたはマイクロ合金化）を提供します。

含意： - 主な微細構造の違いは、バルク合金よりも冷間加工レベル、焼鈍品質、および表面処理から生じます。CR2は、表面欠陥と脱炭を制限するために、焼鈍雰囲気、冷却、清掃に対してより厳しい管理で処理されることが一般的です。

4. 機械的特性

定量的特性は、正確な化学、冷間圧延、および焼鈍の実践に依存します。絶対的な数値の代わりに、以下の表は期待される機械的挙動を定性的に比較しています。

特性	CR1	CR2
引張強度	商業用冷間圧延鋼の範囲; 標準管理	CR1に類似; より厳しい許容差で指定される場合あり
降伏強度	軟鋼の冷間圧延に典型的; 中程度	比較可能; 規格限界により近い管理
伸び（延性）	焼鈍後は良好	良好; 制御された焼鈍が再現性を改善する場合あり
衝撃靭性	室温での低炭素鋼に典型的	CR1に類似
硬度	低〜中程度、成形に適している	類似; 一部のベンダーはCR2の硬度をより厳しく管理

解釈： - どちらのグレードも組成によって本質的に強いわけではありません。機械的特性の違いは主に加工管理と許容差によるものです。CR2のより厳しいプロセス管理は、精密成形や密接な機械的一致を必要とするアセンブリにとって価値のある狭い特性のばらつきを生むことができます。

5. 溶接性

CR1およびCR2の溶接性は一般的に優れており、両者は低炭素冷間圧延鋼であり、硬化性は限られています。主な要因： - 低炭素含量は、硬く脆い熱影響部（HAZ）のリスクを低減します。 - 合金および残留元素の低レベルは、冷間割れの感受性を最小限に抑えます。

有用な溶接性指数： - 炭素当量（IIW）： $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - 冷間割れ感受性のためのPcm式： $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

解釈ガイダンス： - CRグレードは炭素と合金含量が低いため、$CE_{IIW}$および$P_{cm}$の値は通常低く、一般的な溶接および抵抗溶接プロセスに対して良好な溶接性を示します。 - 表面品質の違い：CR2の優れた表面状態は、表面汚染、コーティング残留物、またはスケールによって引き起こされる溶接欠陥のリスクを低減します。コーティングまたは塗装された製品の場合、溶接前の清掃は依然として重要です。 - 標準のCR1/CR2鋼では、典型的な厚さ範囲では前加熱および溶接後の熱処理はほとんど必要ありませんが、重いセクションや高合金鋼との接合時には必要になる場合があります。

6. 腐食および表面保護

非ステンレス鋼（CR1/CR2）は、合金によって重要な腐食抵抗を提供せず、保護はコーティングおよび表面仕上げに依存します。 - 一般的な保護：亜鉛メッキ（熱浸漬または電気亜鉛メッキ）、有機コーティング（プライマー、塗装システム）、変換コーティング（リン酸塩）、およびコーティングされた表面のパッシベーション。 - 表面品質は重要です：CR2の改善された表面清浄度と欠陥の発生率の低下は、コーティングの付着性を向上させ、より均一な腐食保護をもたらします。局所的な表面損傷の減少は、腐食の開始点を減少させます。

ステンレス鋼について（CR1/CR2には典型的ではない場合）、ピッティング抵抗等価数（PREN）が使用されます： $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ CR1/CR2にはこの指数は適用されません。なぜなら、これらはステンレス合金ではないからです。

7. 加工、機械加工、および成形性

• 成形および深絞り：低炭素冷間圧延鋼（CR1およびCR2の両方）は、適切な焼鈍後に優れた成形性を持っています。表面外観が成形後に重要な場合、CR2は好まれます（例：露出パネル、家電）。
• 曲げおよびスタンピング：両グレードはプログレッシブダイおよびスタンピング操作でうまく機能します。CR2のより厳しい厚さおよび表面許容差は、完成部品における目に見える欠陥（しわ、スコアリング）のリスクを低減します。
• 機械加工：冷間圧延鋼は中程度の機械加工性を持っています。CR1とCR2の間の機械加工性の違いは小さいですが、CR2の表面仕上げの一貫性は二次仕上げ時間を短縮する可能性があります。
• 仕上げ：CR2は表面の完全性を改善するために処理されているため、塗装やメッキの前に必要な機械的または化学的仕上げが少なくて済み、製造工程を節約できます。

8. 典型的な用途

CR1（標準表面管理）	CR2（改善された表面管理）
表面仕上げが重要でない構造部品（サブフレーム、内部支持）	目に見える外装パネル、家電の外皮、建築パネル
一般的な製造および重要でない成形部品	滑らかで欠陥のない表面を必要とする深絞り部品
基材の外観が隠されるプライマーまたは重コーティング部品	基材の品質が仕上げに影響を与える薄いコーティングまたは電気メッキ用の部品
コストに敏感なバルク用途、在庫形状	検査基準が低い表面欠陥率を要求する用途

選択の理由： - 下流プロセス（重コーティング、溶接、または内部使用）が表面の欠陥を許容し、コストが優先される場合はCR1を選択してください。 - 下流の仕上げ、視覚的外観、または付着性の高いコーティングが優れた一貫した表面を必要とする場合はCR2を選択してください。

9. コストと入手可能性

• コスト：CR2は通常、より厳しいプロセス管理、増加した検査、そしておそらくより厳格な焼鈍および清掃ステップのためにCR1に対してプレミアムを要求します。このプレミアムはサプライヤー、地域、および注文数量によって異なります。
• 入手可能性：両グレードは一般的に冷間圧延工場で生産され、ディストリビューターによって在庫されています。CR1はバルクでより広く入手可能である可能性がありますが、CR2は狭い幅/厚さ範囲で在庫され、より限られた表面クラスである可能性があります。
• 製品形態：コイル、シート、およびスリットコイルは標準的な供給形態です。CR2のリードタイムは、必要な表面クラスがあまり生産されていない場合や特別な処理（清浄焼鈍、スキンパス）が要求される場合にわずかに長くなることがあります。

10. まとめと推奨

属性	CR1	CR2
溶接性	優れた（標準）	優れた（標準）；表面清浄度の利点
強度–靭性	典型的な低炭素冷間圧延範囲；標準的な許容差	類似のバルク特性；より厳しいプロセス管理が狭いばらつきを生む
コスト	低い（より経済的）	高い（表面品質と管理のプレミアム）

推奨： - 内部構造部品、重コーティングが基材の外観を隠す用途、または表面欠陥が性能に影響しない場合は、コスト効果の高い冷間圧延炭素鋼としてCR1を選択してください。 - 目に見える部品の表面均一性、優れたコーティング付着性、密接な厚さ/許容差管理、または仕上げ工程の削減（研磨/修理）が必要な場合はCR2を選択してください。表面欠陥が再加工を必要とするか、外観上の拒否を引き起こす場合はCR2が好ましいです。

最終的な注意：CR1およびCR2の用語はサプライヤーや地域によって異なる場合があるため、購入前に必ず正確な表面クラス、機械的特性の許容差、および化学をミルまたは製品証明書で確認してください。重要な用途（異種金属への溶接、厳しい成形、または厳しい腐食要件）については、サプライヤーの試験データを要求し、表面欠陥、コーティングの適合性、および機械的特性に関する受け入れ基準に合意してください。