CRB550対CRB650 – 構成、熱処理、特性、および用途

はじめに

CRB550とCRB650は、構造、産業、インフラ用途で広く参照される冷間圧延高強度補強棒のグレードです。エンジニア、調達マネージャー、製造プランナーは、荷重容量、溶接性、靭性、コスト、下流の加工を最適化する際に、これらのグレードのトレードオフを頻繁に検討します。典型的な意思決定の文脈には、延性が重要な耐震詳細のためのグレードの選択、断面サイズを削減するための高強度バーの選択、またはプレファブリケーションのために溶接性と硬化性のバランスを取るグレードの指定が含まれます。

2つのグレードの主な実用的な違いは、その名目降伏強度レベルです：CRB550は低い設計降伏（約550 MPa）を目指し、CRB650は高い設計降伏（約650 MPa）を目指します。高強度グレードは、より高い合金化、異なる熱機械処理、またはその両方によって特性を達成するため、比較は通常、強度対延性/靭性、溶接性、コストに焦点を当てます。

1. 規格と名称

補強棒および高強度冷間加工リバーブランドのバリエーションをカバーする主要な規格および名称システムには以下が含まれます： - GB/中国：CRB（冷間圧延棒）などのローカル名称がGB/Tリバースタンダードとともに使用されます。 - EN（欧州規格）：B500などのクラスおよび高強度の代替品；ENはCRB名称を直接使用しませんが、性能の参考として機能します。 - ASTM/ASME（米国）：変形棒用のASTM A615/A706、微合金化リバーブランド用のA1035；冷間圧延高強度バリエーションは特別な製品仕様に該当する場合があります。 - JIS（日本）：補強鋼の規格および同等の機械的クラスを持つ冷間加工製品。

分類：CRB550とCRB650は、ステンレス鋼、工具鋼、または高合金鋼ではなく、高強度低合金（HSLA）カテゴリの低合金炭素鋼です。地域の慣行に応じて、通常は冷間圧延/冷間加工されたリブ付き棒（変形棒）または冷間仕上げされた構造棒として生産されます。

2. 化学組成と合金戦略

CRBグレードの化学管理の目的は、強度、延性、靭性、溶接性のバランスを達成することです。合金化アプローチは、炭素とマンガンの適度な増加、制御されたシリコン、および微合金化元素（V、Nb、Ti）の少量の添加に依存して、析出強化を可能にし、粒子サイズを精製します。コストと溶接性の理由から、クロム、モリブデン、ニッケルは通常制限されるか、存在しませんが、特定の硬化性または環境耐性が必要な場合を除きます。

表：代表的な化学組成範囲（典型的な業界慣行；規範的制限については特定の製品仕様を参照）

元素	CRB550（典型的範囲、wt%）	CRB650（典型的範囲、wt%）
C	0.05 – 0.20（一般的に薄い端）	0.08 – 0.22（高めの傾向）
Mn	0.30 – 1.50	0.50 – 1.60
Si	0.02 – 0.60	0.02 – 0.60
P	≤ 0.035（制御された低）	≤ 0.035
S	≤ 0.035（制御された低）	≤ 0.035
Cr	≤ 0.30（しばしば不在）	≤ 0.30
Ni	通常微量/不在	通常微量/不在
Mo	通常微量/不在	通常微量/不在
V	0 – 0.12（微合金化）	0 – 0.12（微合金化）
Nb	0 – 0.06（微合金化）	0 – 0.06
Ti	0 – 0.03（脱酸/安定化）	0 – 0.03
B	微量、制御（ppmレベル）	微量、制御（ppmレベル）
N	微量、制御	微量、制御

合金化が性能に与える影響： - 炭素とマンガンは主に強度と硬化性を増加させますが、上昇するにつれて溶接性と延性を低下させます。 - 微合金化元素（V、Nb、Ti）は析出強化と粒子精製を可能にし、炭素を少なくしてより高い降伏強度を実現します — 炭素同等アプローチに対して靭性を改善します。 - 低PおよびSは靭性と溶接性にとって重要です；Nの制御は微合金化と組み合わせると析出と靭性に影響を与えます。

3. 微細構造と熱処理応答

冷間圧延高強度リバーブランドの典型的な微細構造は、組成と熱機械処理に依存します： - CRB550：制御された熱間圧延と冷間減少および/または制御冷却の組み合わせによって達成され、細かいフェライト-パーライトまたはテンパー処理されたベイナイト/フェライト微細構造を生成します。微合金化は、粒子サイズを精製し、降伏強度に寄与する分散した炭化物/窒化物を生成することができます。 - CRB650：通常は、冷間加工による転位密度の増加、より強い析出硬化（VN、NbC）、またはテンパー処理されたベイナイトや低ベイナイトなどのより強い微細構成要素の割合の増加など、より高い強化メカニズムを必要とします。熱機械制御処理（TMCP）で加速冷却または制御された焼入れとテンパーが使用される場合があります。

熱処理応答： - 正常化/精製は両方のグレードで靭性を改善します；CRB650は、応力を緩和し、延性を改善するために、より積極的なテンパー処理を必要とする場合があります。 - 焼入れとテンパー処理のルートは、どちらのグレードでも高強度を生成できますが、CRB650はより高い硬化性と強度目標のため、亀裂なしで十分な靭性を得るための処理ウィンドウが狭くなります。 - 冷間圧延およびその後の応力緩和または低温テンパー処理は、残留応力と形状を制御するために冷間仕上げリバーブランドに一般的です。

4. 機械的特性

表：典型的な機械的特性の特徴（代表的な業界範囲；供給者または標準に対して確認）

特性	CRB550（典型的）	CRB650（典型的）
名目降伏強度（Rp0.2）	~550 MPa（設計グレード）	~650 MPa（設計グレード）
引張強度	~600 – 780 MPa	~700 – 900 MPa
伸び（AgtまたはA%）	~10 – 18%（高い延性）	~6 – 15%（低下した延性）
衝撃靭性（シャルピー、定性的）	一般的に低温で高い	低い；衝撃仕様を満たすために慎重な処理が必要
硬度	中程度（加工/成形が容易）	高い（工具の摩耗が増加）

解釈： - CRB650は設計上強いグレードであり、より高い降伏および引張能力を持っています。強度の増加は通常、より高い転位密度、析出硬化、時にはわずかに高い炭素/マンガンによって得られます。 - CRB550は一般的に高い延性と優れたエネルギー吸収（靭性）を提供し、動的荷重や耐震用途に有益です。 - 高強度のCRB650は、通常、より高い硬度と低い伸びを持ち、曲げや接続の詳細に影響を与える可能性があります。

5. 溶接性

CRBグレードの溶接性は、炭素含有量、炭素同等（硬化性）、および微合金化元素によって支配されます。一般的に使用される2つの指標：

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

および

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

定性的解釈： - より高い$CE_{IIW}$または$P_{cm}$は、硬化性の増加と、適切な予熱および溶接後の熱処理が適用されない場合の熱影響部（HAZ）での冷却亀裂のリスクの増加を示します。 - CRB650は、より高い目標強度と潜在的に高い合金または微合金含有量を持つため、CRB550よりも高い炭素同等を示すことが多く、したがって、より保守的な溶接手順（制御されたインターパス温度、低い熱入力または適切な予熱）が必要です。 - 微合金化（Nb、V）を伴う低炭素バリエーションを使用することで、$CE_{IIW}$を適度に保ちながら高強度を達成するのに役立ちます；これは単に炭素を増加させるよりも溶接性を改善します。 - 建設実践のため：適切なフィラー金属を選択し、予熱/後熱ガイドラインに従い、拘束を減らし、CRB650のためにCRB550よりも慎重に溶接手順の資格を行います。

6. 腐食と表面保護

• CRB550もCRB650もステンレス鋼ではなく、腐食抵抗は炭素/低合金鋼のものです。典型的な保護方法には、亜鉛メッキ（熱浸漬）、亜鉛リッチプライマー、エポキシコーティング、または埋設または海洋曝露用のビチューメン/熱可塑性コーティングが含まれます。
• アプリケーションが固有の腐食抵抗（塩化物環境、沿岸、海洋）を必要とする場合は、ステンレスリバーブランドまたは二相合金を指定してください — CRBグレードはステンレスの代替品ではありません。
• PREN（ピッティング抵抗等価数）は炭素/HSLAリバーブランドには適用されませんが、ステンレス材料の文脈では：

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

• 実用的なガイダンス：高強度グレードには固有の腐食ペナルティはありませんが、表面処理は慎重に適用する必要があります；不適切な熱処理やコーティングからの脆い表面層はCRB650での亀裂を促進する可能性があります。

7. 加工、機械加工、および成形性

• 切断：CRB650の高い硬度は工具の摩耗を増加させ、CRB550よりも高出力の切断機器やより頻繁な工具交換を必要とする場合があります。
• 曲げ/成形：CRB550は通常、亀裂のリスクが少なく、よりタイトな曲げ半径と冷間成形に耐えます。CRB650の場合は、より大きな曲げ半径を使用し、メーカーの曲げスケジュールに従うか、曲げ試験を実施してください。
• ねじ切りおよび機械的スプライシング：高強度バーは特別なねじロールプロファイルおよびトルク制限を必要とする場合があります。接続や機械的カプラーのための機械加工は、延性の低下と高い硬度を考慮する必要があります。
• 表面仕上げおよびストレートニング：高強度のCRB650は成形後により大きなスプリングバックを保持する可能性があり、製造工具でのスプリングバック補償が必要になる場合があります。

8. 典型的な用途

CRB550の用途	CRB650の用途
標準的な高強度と良好な延性が要求される建物、橋、基礎のための一般的な補強コンクリート	断面サイズの削減が重要な高容量要素（カバーが限られたスラブ、混雑した補強ゾーン）
延性とエネルギー散逸が優先される耐震詳細および構造	高い降伏強度が断面積と重量の削減を可能にするプレキャストおよびプレストレスト部品
溶接と曲げが容易なプレファブリケーションアセンブリ	高強度が介入を最小限に抑える重工業フレーム、高荷重の柱および梁、または補強
コストと性能のバランスが必要なインフラ	最大の強度対重量比を要求する専門的なエンジニアリングアプリケーション

選択の理由：延性、成形の容易さ、簡単な溶接が主なニーズである場合はCRB550を選択してください；構造効率、断面サイズの削減、または高い荷重容量が決定的であり、プロジェクトがより厳しい溶接および加工管理を受け入れられる場合はCRB650を選択してください。

9. コストと入手可能性

• コスト：CRB650は通常、より高い合金使用、追加の熱機械処理、および厳格な品質管理のため、CRB550よりもプレミアムがかかります。プレミアムは市場、数量、製品形態によって異なります。
• 入手可能性：標準的な慣行と生産能力は多くの地域でCRB550を優遇します；CRB650は一般的に少なく、特定のコイル/コイル処理またはカスタム製品のランにおいて入手可能性が高いです。CRB650の長いリードタイムは、供給者が特別な処理をスケジュールする必要がある場合に発生する可能性があります。
• 製品形態：入手可能性は形態によって異なります — コイル、ストレートバー、ねじ付きバー、または切断長さの在庫。冷間圧延仕上げと変形は供給制約を追加します。

10. 概要と推奨

主要なトレードオフを要約した表：

基準	CRB550	CRB650
溶接性	良好（低CEリスク）	より要求される（高CEの可能性）
強度–靭性のバランス	中程度の強度で良好な靭性と延性	高い強度、低下した延性；靭性は処理に依存
コスト	低い	高い

推奨： - 一般的な補強コンクリート、耐震詳細、または標準供給と低コストが優先される場合は、CRB550を選択してください。 - 面積あたりの荷重容量を最大化する、部材のサイズや重量を削減する、または厳しい構造容量目標を満たすことが主な目的であり、プロジェクトがより厳しい溶接、取り扱い、および加工管理を受け入れられる場合はCRB650を選択してください。

最終的な注意：供給者のミル証明書およびプロジェクト仕様で正確な化学的および機械的制限を常に確認してください。溶接または低温靭性が重要な場合は、設計要件への適合を確認するために、実際の材料バッチで溶接手順の資格および衝撃試験を実施してください。