DNV AH36 vs EH36 – 成分、熱処理、特性、および用途
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はじめに
DNV（および他の海洋分類協会）は、AH36およびEH36を船体、デッキ、その他の主要構造部材に使用される一般的に指定された高強度船舶鋼の中に挙げています。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、コストと保証された低温靭性、溶接性と強度、製造ルート（TMCPと従来の圧延）などのトレードオフを日常的に考慮します。
実際の中心的な違いは、EH36がAH36よりも著しく優れた低温衝撃性能を持つことにあります。両グレードは比較可能な静的強度を提供しますが、EH36は寒冷サービス条件に対して明示的な靭性試験要件を持っています。化学組成と降伏/引張エンベロープが近いため、決定はしばしば意図されたサービス温度、溶接および製造慣行、予算に依存します。
1. 規格と指定
AH36およびEH36（またはその同等物）を定義する主要な規格には以下が含まれます： - ASTM A131 / ASME：船舶鋼グレードAH36、DH36、EH36。 - DNV（Det Norske Veritas）クラス表記は、海洋構造要件に一致する同等の指定と受け入れ基準を使用します。 - EN / JIS / GB：同等のEN/ISO / JIS船舶鋼が存在します（例：S355タイプHSLA鋼）が、直接の1対1のマッピングには衝撃試験温度と厚さ制限に注意が必要です。 分類：AH36およびEH36は、船舶建造のために最適化された高強度低合金（HSLA）構造炭素鋼です — ステンレス鋼でも工具鋼でもありません。
2. 化学組成と合金戦略
以下の表は、船舶仕様に従って製造されたAH36およびEH36に一般的に関連付けられる典型的な組成範囲（%）を示しています。正確な限界は規格のバージョンや製鋼所の慣行によって異なるため、保証された値については支配的な規格または製鋼所証明書を参照してください。
| 元素 | AH36（典型的範囲、wt%） | EH36（典型的範囲、wt%） |
|---|---|---|
| C | 0.12–0.20 | 0.10–0.18 |
| Mn | 1.00–1.60 | 1.00–1.60 |
| Si | 0.10–0.50 | 0.10–0.50 |
| P | ≤ 0.035 | ≤ 0.035 |
| S | ≤ 0.035 | ≤ 0.035 |
| Cr | trace – 0.30 | trace – 0.30 |
| Ni | trace – 0.30 | trace – 0.30 |
| Mo | trace – 0.08 | trace – 0.08 |
| V | trace – 0.06 | trace – 0.06 |
| Nb (Cb) | trace – 0.05 | trace – 0.05 |
| Ti | trace – 0.02 | trace – 0.02 |
| B | trace | trace |
| N | trace | trace |
注： - AH36およびEH36は、強度/靭性のバランスを達成するために、炭素と微合金を厳密に制御して熱機械的制御加工（TMCP）または圧延によって通常製造されます。 - EH36は、低温衝撃要件を満たすために、わずかに低い炭素当量と不純物および粒径の厳密な制御で処理される場合があります。 - 合金戦略：低炭素 + 制御されたMnおよび微合金（Nb、V、Ti）は、細かいフェライト-パーライトまたはベイナイトの微細構造を促進し、溶接性を損なうことなく強度を向上させます。
合金が特性に与える影響： - 炭素：強度/硬化性を高めますが、増加すると溶接性と低温靭性が低下します。 - マンガン：強度を高めますが、硬化性を増加させます；制御されたレベルは靭性を助けます。 - 微合金（Nb、V、Ti）：析出強化と粒子細化を可能にし — 高炭素なしで降伏強度と靭性を改善します。 - 低PおよびSと制御された不純物は、特にEH36にとってシャルピー衝撃性能にとって重要です。
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、板の厚さとTMCPスケジュールに応じて、細かいフェライトまたはベイナイトの微細構造を示すように設計されています。目標は、粗いパーライトやマルテンサイトではなく、細かい分布の針状フェライト、ベイナイト、制御されたパーライトです。 - TMCP：制御された圧延と加速冷却は、粒子サイズを細かくし、高強度で良好な靭性を持つベイナイト/細かいフェライトの微細構造を生成します。 - 従来の正規化された板：厚いセクションのAH36には粗いフェライト/パーライト構造が許容される場合がありますが、EH36の低温衝撃目標を満たすには一般的にTMCPまたは厳格な処理が必要です。
熱処理応答： - 正規化は靭性を改善し、特性を均一化できますが、コストのために重い船舶板の生産規模ではほとんど使用されません。 - 焼入れおよび焼戻し（Q&T）はAH36/EH36板には一般的ではありません — これらは主に、圧延または制御冷却条件で特性を満たすように設計された制御圧延HSLA鋼です。 - 熱機械的処理（TMCP）は、強度と溶接性を維持しながらEH36の低温靭性を達成するための好ましい産業ルートです。
4. 機械的特性
主要な機械的特性範囲（船舶仕様に従った典型的/最小値）：
| 特性 | AH36 | EH36 |
|---|---|---|
| 降伏強度（最小） | ~355 MPa | ~355 MPa |
| 引張強度（典型的範囲） | 490–620 MPa | 490–620 MPa |
| 伸び（典型的） | ≥ 18–22%（厚さによる） | ≥ 18–22%（厚さによる） |
| 衝撃靭性（指定） | 極端な零下では必要なし；高温で試験される場合があります | 完全な資格のために低温（例：−40 °C）で指定 |
| ブリネル硬度（典型的） | ≤ ~200–230 HB（板とプロセスによる） | 類似、脆い挙動を避けるように制御 |
解釈： - 静的強度（降伏および引張）は、同じ厚さと処理ルートで製造された場合、AH36とEH36の間で本質的に比較可能です。 - 主な差別化要因は、低温条件下での衝撃靭性です：EH36はAH36よりも著しく低い温度で重要なシャルピーV字型エネルギーを維持するために資格があります。これにより、EH36は寒冷気候または高緯度サービスに適しています。 - 延性（伸び）は、厚さが比較可能な場合、両者で類似しています；靭性は、バルク化学よりも微細構造と清浄度に依存します。
5. 溶接性
溶接性の考慮は、炭素レベル、炭素当量（硬化性）、および微合金含有量に依存します。ここでは、一般的に使用される2つの指標を例として示します。
IIW炭素当量の公式を表示： $$ CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15} $$
そして、より包括的なPcmの公式： $$ P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000} $$
定性的解釈： - AH36およびEH36は、比較的低い炭素と制御された合金設計で設計されているため、$CE_{IIW}$および$P_{cm}$の値は中程度であり、標準手順で良好な溶接性をサポートします。 - EH36の低温靭性の向上の必要性は、必ずしもバルク炭素を増加させるわけではありませんが、より厳密な組成制御と処理を必要とする場合があります。その結果、EH36の溶接性はAH36と類似する場合がありますが、低温靭性を保持するために、予熱、インターパス温度、および溶接手順の仕様がより厳格に施行されることがよくあります。 - 実用的な溶接ガイダンス：低水素消耗品、厚いセクションのための制御された予熱、指定された場合のみの溶接後熱処理。低炭素を維持し、合金添加を制限することで、HAZにおける過剰な硬化性を避けてください。
6. 腐食と表面保護
- AH36およびEH36は、炭素ベースのHSLA鋼（ステンレスではない）です；海洋環境における腐食抵抗は保護システムに依存します。
- 典型的な保護戦略：融合接着エポキシ、多層海洋塗装システム、亜鉛メッキ（適切な場合）、および浸漬用途のための犠牲アノード。
- どちらのグレードもステンレスではないため、PREN（ピッティング抵抗等価数）はその腐食分類には適用されません。参考までに、PRENは以下のように定義されます： $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$
- 表面処理、シームシーリング、および陰極/陽極保護設計は主要な設計レバーです。EH36の強化された靭性は、AH36に対して内在的な腐食抵抗の利点を提供しません。
7. 製造、加工性、および成形性
- 加工性：両グレードは典型的な構造鋼であり、加工性は平均的で微細構造、硬度、および厚さに依存します。EH36における微合金元素の追加は、非常に低合金鋼に対して加工性をわずかに低下させる可能性がありますが、違いは通常控えめです。
- 成形性/曲げ：同等のテンパーと厚さの場合、両グレードで比較可能です；EH36の厳密な靭性と強度の制御は、完成部品での亀裂を避けるために、厚いセクションでわずかに大きな曲げ半径を必要とする場合があります。
- 厚板の穴あけおよび冷間成形は、供給者のガイドラインに従うべきです；極低温または非常に冷たい成形は、資格なしでは推奨されません。
8. 典型的な用途
| AH36 — 典型的な用途 | EH36 — 典型的な用途 |
|---|---|
| 温帯サービスにおける船体の板金 | 極地/北極サービスの船体/デッキの板金 |
| 穏やかな気候におけるオフショアプラットフォームの上部構造 | 北極のオフショア構造物および氷対応船体 |
| バルクキャリア、一般貨物船の構造部材 | 持続的な低温で運航する船舶、低温靭性が必要なLNGキャリアのジャケット構造 |
| 低温衝撃が重要でないデッキ、フレーミング、および一般構造板 | 零下サービスで脆性破壊リスクにさらされる重要な主要構造物 |
選択の理由： - 構造強度が必要だが、周囲/サービス温度が穏やかで、非常に低温での衝撃要件が義務付けられていない場合はAH36を選択してください。 - 低温での衝撃靭性が確実に必要な場合（例：高緯度の運用、北極/地域の規制）、たとえコストと生産管理が高くてもEH36を選択してください。
9. コストと入手可能性
- コスト：EH36は、低温衝撃基準を満たすために必要な厳格な処理、試験、および潜在的に厳しい化学/制御のため、通常AH36に対してプレミアムを要求します。プレミアムは製鋼所、注文サイズ、市場条件によって異なります。
- 入手可能性：AH36は標準的な板サイズと厚さで広く入手可能です。EH36も船舶板製造業者の間で一般的ですが、制御された処理と追加の衝撃試験が必要なため、非常に厚い板や異常な寸法の入手可能性は制約される場合があります。
- 製品形態：板、溶接セクション、およびカットサイズの板が一般的です；EH36の納期は、特定の低温での衝撃試験が必要な場合、長くなる可能性があります。
10. まとめと推奨
まとめ表（定性的）
| 属性 | AH36 | EH36 |
|---|---|---|
| 溶接性 | 非常に良好（標準手順） | 非常に良好だが、より厳格なWPS制御が推奨される |
| 強度–靭性のバランス | 高強度；適度な温度での十分な靭性 | 高強度；仕様による優れた低温靭性 |
| コスト | 低い | 高い（低温資格のプレミアム） |
最終的な推奨： - 極端な低温での衝撃抵抗が必要ない温帯環境で高強度で容易に入手可能な船舶板が必要な場合はAH36を選択してください。コストを抑え、調達を簡素化したい場合。 - 構造が寒冷または北極条件で運用される場合、規制が低温でのシャルピー靭性を示すことを要求する場合、または設計に脆性破壊感受性（薄いセクション、高拘束、高残留応力）がある場合はEH36を選択してください。追加コストは、破壊リスクの低減と規制遵守によって正当化されます。
結論として：AH36とEH36は比較可能な静的強度を提供します；実際の選択は、サービス温度での必要な衝撃性能、溶接手順の制約、およびライフサイクルリスクによって推進されるべきです。最終選択の前に、プロジェクト仕様および製鋼所試験証明書で正確な化学および機械的受け入れ基準を常に確認してください。