DH32 vs EH32 – 成分、熱処理、特性、および用途

はじめに

DH32およびEH32は、船舶建造および重構造用途で一般的に参照される高強度構造鋼ファミリーのメンバーです。エンジニアや調達チームは、低温靭性、溶接性、製造性、ライフサイクルコストなどの要件をバランスさせる際に、これらのグレードをよく検討します。典型的な意思決定の文脈には、船体およびデッキ構造、オフショアフレーミング、周囲またはサービス温度および衝撃抵抗が重要な溶接製作が含まれます。

両者の主な実用的な違いは、寒冷条件下での衝撃性能に対する設計意図です：一方のグレードは、低温靭性を向上させるように調整されており（脆性破壊に対する抵抗を改善）、もう一方は、極端な低温衝撃性能に対する強度を同等に保ちながら、やや少ない強調を持っています。名目上の強度レベルが近いため、選択はしばしば靭性要件、溶接手順の制約、およびコスト/入手可能性に依存します。

1. 規格と指定

• DH32およびEH32（または同様の名前のグレード）が現れる一般的な規格および文脈：
• 船体構造鋼を定義する分類団体の規則および船舶建造基準（例：ABS、DNV、ロイド登録）。
• 地域および国家の規格および製品仕様（例：船舶建造のためのASTM A131ファミリー、さまざまなJISおよびGB/T文書、構造鋼のためのEN指定）。
• これらのグレード名を参照する造船所または製造業者によって使用される製造業者のミル証明書および仕様。
• 材料クラス：DH32およびEH32は、いずれも高強度構造鋼（非ステンレス）です。通常、溶接構造のために降伏強度と靭性のバランスを提供するために開発された微合金鋼または細粒鋼として扱われます（しばしば「32」と分類され、グレードファミリーの名目降伏レベルバンドを示します）。

2. 化学組成と合金戦略

注：特定の化学限界は、規格、分類団体、およびミルによって異なります。以下の表は、DH32とEH32における一般的な合金元素と各元素の役割または相対的傾向をまとめています。正確な組成については、常にミル証明書または規格を参照してください。

合金が性能に与える影響： - 炭素とマンガンは基準強度と硬化性を制御します。低炭素は溶接性と靭性を改善します。 - 微合金元素（Nb、V、Ti）は、粒子の細化と析出強化を促進し、靭性を犠牲にすることなく強度を高めることができます。 - 不純物（P、S）の厳格な制御は、低温での高衝撃性能にとって不可欠です。 - Cr/Ni/Moの微量添加または省略は、硬化性と溶接性に影響を与えます；これらは通常、溶接性を保持するために海洋構造鋼では最小限に抑えられます。

3. 微細構造と熱処理応答

これらのグレードの典型的な微細構造と加工応答は、細粒HSLA（高強度低合金）構造鋼としての設計を反映しています。

• 圧延/正規化状態：
• 両グレードは、制御された圧延と加速冷却の後、フェライト–パーライトまたは細かくなった多角形フェライト微細構造を一般的に示します。正規化または制御圧延は、粒子サイズを細かくし、微合金析出物を分散させます。
• 熱機械加工：
• 熱機械制御加工（TMCP）は、分散した析出物（NbC、VC、TiN）を持つより細かいフェライト粒子サイズを生成し、重い急冷および焼戻しサイクルなしで強度と低温靭性を改善します。
• 急冷および焼戻し：
• 標準のDH32/EH32船舶鋼には通常適用されず、TMCPおよび制御圧延に依存しています。より高い強度と靭性が必要な場合は、急冷および焼戻しの経路を使用できますが、これにより靭性、残留応力、および溶接性の考慮が変わります。
• 比較応答：
• EH32グレードは、低温での衝撃エネルギーを確保するために、熱的/機械的経路および厳密な化学制御で処理または指定されることが一般的です。DH32は、やや厳しい低温靭性制御で同様の強度を達成できます。

4. 機械的特性

正確な機械的特性は、加工、板厚、および特定の認証に依存します。以下の表は、特性を定性的に比較しています。

解釈： - 両グレードは、所定の強度バンドを満たすように設計されており、主要な差別化要因は低温での衝撃靭性です。EH32は、寒冷条件下での脆性破壊に対する抵抗が改善される必要がある場合に通常選択されます。 - 延性および引張特性は、両グレードがそれぞれの仕様を満たす場合に比較可能です。

5. 溶接性

溶接製作において、溶接性は重要な懸念事項です。一般的に使用される2つの経験的指標は、IIW炭素等価および国際溶接協会のPcm式で、冷間割れの感受性を評価します。

• 炭素等価（IIW）： $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ より低い $CE_{IIW}$ は、一般的な溶接性が良好で、熱影響部（HAZ）の硬化性が低いことを示します。
• Pcm（冷間割れリスクのため）： $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$ より低い $P_{cm}$ 値は、水素助長冷間割れに対する感受性の低下に対応します。

DH32とEH32の定性的解釈： - 両グレードは良好な溶接性を持つように設計されているため、炭素等価は通常低く保たれます。靭性を最適化したEH32は、$CE_{IIW}$ または $P_{cm}$ を上昇させる元素に対してやや低い炭素と厳密な制御を持つ場合があり、HAZ靭性を改善できますが、溶接プロセスおよび前後の熱処理の管理が必要です。 - 厚い部材や低温衝撃要件を満たすEH32の場合は、予熱、インターパス温度制御、および溶接消耗品の水素制御が推奨されます。 - 溶接手順の資格（WPS/PQR）は、HAZ靭性を確保し、冷間割れを避けるために、正確なミル化学および板厚を参照する必要があります。

6. 腐食および表面保護

• DH32およびEH32は、非ステンレスの炭素/微合金構造鋼であり、固有の腐食抵抗を提供しません。
• 典型的な保護戦略：
• 大気曝露用の表面コーティングシステム（亜鉛リッチプライマー、エポキシ/ウレタン上塗り）。
• 亜鉛メッキが可能で、基材の厚さおよび靭性要件に適合する小型製作物のための熱浸漬亜鉛メッキ。
• オフショア/水上環境のためのカソード保護および特殊コーティング。
• PRENなどのステンレス指標は、これらの非ステンレスグレードには適用されません： $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ この指標は、塩素抵抗のために設計されたステンレス合金にのみ有用です。

7. 製作、加工性、および成形性

• 切断：両グレードは、酸素燃料、プラズマ、またはレーザー方法で容易に切断できます。エッジ品質と熱入力は、EH32の靭性を保持するために制御する必要があります。
• 成形および曲げ：適切な曲げ半径での制御された成形が可能です。EH32は、板厚および熱処理に応じて、割れを避けるためにやや大きな半径または低い成形ひずみを必要とする場合があります。
• 加工性：両グレードで類似；低から中程度の硬度が従来の加工を容易にします。微合金化は、工具の摩耗にわずかに影響を与えることがあります。
• 仕上げ：標準的な溶接後処理（研磨、必要に応じて応力除去）が適用されます；ショットブラストおよびコーティング準備が一般的です。

8. 典型的な用途

選択の理由： - 靭性の範囲が最低サービス温度および意図された欠陥/許容シナリオをカバーするグレードを選択してください。サービス温度および破壊クリティカルな用途が懸念される場合、EH32タイプの材料が好まれますが、コストプレミアムが発生する可能性があります。

9. コストと入手可能性

• コスト：低温靭性のために厳密な化学制御および追加の加工を必要とするEH32バリアントは、通常DH32バリアントよりもわずかなプレミアムを要求します。このプレミアムは、製造者、厚さ、および必要な衝撃試験レベルによって異なります。
• 入手可能性：両グレードは、船舶建造および重製作市場にサービスを提供する専門の製鋼所および板供給業者から一般的に入手可能です。特定の板厚、幅、および生産ルート（TMCP対正規化）の入手可能性は地域によって異なるため、地元のディストリビューターおよび分類団体のリストを参照してください。

10. 概要と推奨

推奨事項： - あなたの用途が構造的で、溶接され、温帯環境で運用される場合、標準的な衝撃靭性とコスト効率が優先されるため、DH32を選択してください。 - 構造が低サービス温度にさらされる場合、破壊クリティカルな溶接や詳細がある場合、または低温でのシャルピー性能が必要な場合は、EH32を選択してください。EH32は、寒冷サービスに対してより安全な靭性マージンを提供します。

最終的な実用的な注意：常に必要な衝撃試験温度、板厚範囲、および調達文書における溶接手順の制限を指定し、適用される場合はミル証明書および分類団体の承認を要求してください。重要な設計については、供給者から正確な化学分析および機械試験結果を確認し、必要に応じて最終製作構成のためにWPS/PQRおよびHAZ靭性の検証を実施してください。