EH36 vs FH36 – 成分、熱処理、特性、および用途
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はじめに
EH36およびFH36は、高強度の船舶用鋼で、強度、靭性、溶接性のバランスが求められる船体および構造部材に一般的に指定されます。エンジニア、調達マネージャー、製造プランナーは、低温靭性とコスト、溶接性と許容厚さ、製造の容易さと使用時の性能などのトレードオフを考慮しながら、どちらを選ぶかを検討します。
業界で遭遇する主な実用的な違いは、各グレードが非常に厚い板セクションおよび厳しい低温サービス条件下でどのように機能するかです。両者は海洋構造物用に設計された高強度低合金（HSLA）鋼であるため、主に船体の主要部材、オフショア構造物、およびその他の重要な製作物のために重い板を指定する際に、しばしば並べて比較されます。正確な組成および機械的保証は仕様および製鋼所によって異なるため、選択は関連する規格および製鋼所の試験証明書に基づくべきです。
1. 規格および指定
- EH36およびFH36が現れる一般的な仕様の文脈：
- 分類協会および船舶建造規則（例：ABS、DNV/GL、ロイド登録）。
- 国家および国際的な鋼材/製品規格および同等物（例としてASTM/ASME船舶建造カテゴリ、EN、JIS、およびさまざまなGB規格が含まれます）。正確なクロスリファレンスは権限および製品形状（板、コイル）によって異なります。
- 材料タイプ：EH36およびFH36は、海洋構造用に調整された高強度低合金（HSLA）炭素鋼です（ステンレス鋼や工具鋼ではありません）。これらはステンレス鋼ではなく、耐腐食性のために表面保護が必要です。
2. 化学組成および合金戦略
以下の表は、船舶建造HSLAグレードの「36」シリーズでよく見られる典型的な組成範囲を示しています。これらは例示的な範囲であり、プロジェクトに重要な値については製鋼所の証明書および制御仕様を参照する必要があります。
| 元素 | 典型的範囲、EH36（wt%） | 典型的範囲、FH36（wt%） |
|---|---|---|
| C | 0.08 – 0.18 | 0.08 – 0.20 |
| Mn | 0.70 – 1.60 | 0.70 – 1.60 |
| Si | 0.10 – 0.50 | 0.10 – 0.50 |
| P | ≤ 0.035（最大） | ≤ 0.035（最大） |
| S | ≤ 0.035（最大） | ≤ 0.035（最大） |
| Cr | 0.00 – 0.30 | 0.00 – 0.30 |
| Ni | 0.00 – 0.50 | 0.00 – 0.50 |
| Mo | 0.00 – 0.10 | 0.00 – 0.10 |
| V | 微量 – 0.08 | 微量 – 0.08 |
| Nb (Nb/Ta) | 微量 – 0.06 | 微量 – 0.06 |
| Ti | 微量 – 0.02 | 微量 – 0.02 |
| B | 微量（ppm） | 微量（ppm） |
| N | ≤ 0.012（典型） | ≤ 0.012（典型） |
注意： - 両グレードは、微合金化（Nb、V、Ti）および制御された化学組成に依存して、高い降伏強度と許容可能な靭性を提供する微細粒フェライト-パーライト/微合金化フェライト微細構造を実現します。 - わずかな化学組成の変動（例：硫黄の厳密な管理、微合金添加物の使用、または小さなNi/Cr添加物）は、非常に厚い板のための硬化性、低温での靭性、および厚さ方向の性能を調整するために使用されます。 - FH36の配合は、厚いセクションでの保証された特性のために調整されることが多いです。EH36は、サービス中の低温靭性を向上させるために化学組成と処理が最適化されて生産されることがあります。
3. 微細構造および熱処理応答
典型的な微細構造： - 両グレードは、主に微細粒のフェライト微細構造を生成し、分散したパーライトおよび微合金沈殿物を含みます。微合金元素（Nb、V、Ti）は、粒径を細かくし、沈殿強化を提供します。 - 熱間圧延および熱機械圧延（TMCP）された板では、冷却速度および合金含有量に応じて、ベイナイト/フェライトの混合物が現れることがあります。
熱処理およびプロセスルート： - 正常化：粒径を細かくし、重いセクションでの均一性を改善するために使用できますが、コストのために大きな船板には常に行われるわけではありません。 - 急冷および焼戻し：標準のEH36/FH36船板には一般的ではありません。これらは主に熱機械的に処理され、制御された圧延鋼であり、急冷および焼戻しされた合金鋼ではありません。 - 熱機械制御加工（TMCP）：両グレードに共通しており、追加の熱処理なしで高強度と良好な靭性を達成します。TMCPは、適切に制御された板で厚さ方向の特性を有利にします。 - 非常に厚い板ルート：超厚いセクションの場合、制御された冷却および調整された化学組成（わずかに低い炭素、微合金化戦略）が、粗粒バンドを避け、厚さ方向の靭性を維持するために重要です。FH36の指定および納品は、これらの条件に最適化されることが一般的です。
4. 機械的特性
機械的特性は、板の厚さ、圧延ルート、および制御仕様に強く依存します。以下の表は、典型的なターゲット範囲および定性的な傾向を要約しており、単一の保証された数値ではありません。プロジェクトの仕様および製鋼所の試験報告書が契約値の情報源である必要があります。
| 特性 | 典型的EH36（典型的範囲/挙動） | 典型的FH36（典型的範囲/挙動） |
|---|---|---|
| 降伏強度（最小） | ≈ 300–380 MPa（高強度HSLAとして設計されており、実際の最小値は仕様および厚さに依存） | ≈ 300–380 MPa（類似の名目レベル；FH36は厚いセクションで類似の降伏を保証されることがあります） |
| 引張強度 | ≈ 460–620 MPa（厚さおよび処理に依存） | ≈ 460–620 MPa |
| 伸び（A%） | ≈ 18–26%（厚さが増すにつれて減少） | ≈ 16–24%（厚い板はわずかに低い伸びを示すことがあります） |
| 衝撃靭性（シャルピーVノッチ） | EHグレードの低温用に指定されています（低温靭性が向上）；典型的な受入エネルギーは温度および厚さに依存します | FH36は、同じ温度で厚さ方向の衝撃が低くなる場合がある厚い板用にしばしば指定および認定されます—仕様は試験温度/エネルギーを制御します |
| 硬度 | 通常は中程度（典型的なHSLA範囲のHB）；主な受入基準としては使用されません | 類似、過度の硬度を避けるように調整されています |
解釈： - 強度レベルは、典型的な船舶建造仕様に従って生産された場合、両グレード間で広く比較可能です。意味のある違いは、通常、指定された温度での保証された靭性および非常に厚いセクションでの特性の維持にあります。 - EH36は、強化された低温靭性性能に関連付けられることが多いです。FH36は、非常に厚い板で一貫した特性（靭性および強度を含む）が保証される必要がある場合に頻繁に選択されます。
5. 溶接性
溶接性は主に炭素含有量、合金化（硬化性）、不純物レベル（P、S）、および微合金添加物によって制御されます。
有用な経験的指標： - IIW炭素当量： $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - 国際Pcm指数： $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
定性的解釈： - EH36およびFH36は、比較的低い炭素および制御された合金化を目指しており、$CE_{IIW}$および$P_{cm}$を、必要に応じて予熱制御を伴う従来の溶接をサポートする範囲に保っています。 - 微合金化（Nb、V、Ti）は、硬化性をわずかに増加させ、特に厚いセクションで溶接手順が制御されていない場合、HAZ（熱影響部）の亀裂のリスクを高める可能性があります。これが、非常に厚いFH36板に対して予熱、インターパス温度制御、および溶接後熱処理（PWHT）戦略が指定される理由です。 - 重い/超厚い板（FH36を選択する理由の一つ）に対して、溶接手順の仕様は通常、HAZの靭性および残留応力を管理するために、より厳格な予熱/インターパス制御および溶接消耗品を要求します。
6. 腐食および表面保護
- EH36およびFH36は、プレーン炭素/HSLA鋼（非ステンレス）です。腐食保護は、適切にコーティング、陰極保護、または金属コーティングによって提供されます。
- 典型的な保護戦略：
- 熱浸漬亜鉛メッキ（いくつかの構造部品に対して、ただし水中船体の板には一般的ではありません）。
- 有機コーティング（エポキシ/ウレタンシステム）および船体およびオフショア構造用のプライマー/トップコートシステム。
- 浸漬構造物のための陰極保護（犠牲アノードまたは印加電流）。
- PREN（ピッティング抵抗等価数）は、ステンレス/フェライト系ステンレス鋼にのみ関連します： $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$ これはEH36またはFH36には適用されません。なぜなら、これらはステンレス合金ではないからです。
7. 製造、加工性、および成形性
- 加工性：EH36およびFH36は高い加工性を意図して設計されていません。加工性はHSLA鋼の典型的なものであり、適切な工具および切削パラメータで十分です。厚い板のわずかに高い強度または硬い部分は、工具寿命を短くする可能性があります。
- 成形性：制御圧延/TMCPは、急冷および焼戻し鋼と比較して、熱間および冷間成形の成形性を改善します。曲げおよび成形の限界は厚さが増すにつれて減少します。非常に厚い板用に供給されるFH36は、より高い力および特別な曲げ半径を必要とする場合があります。
- 切断および溶接：プラズマおよび酸素燃料切断が一般的です。溶接には、板の強度および靭性要件に合った適切な消耗品が必要です。厚いFH36板では、予熱およびインターパス温度制御がより重要です。
8. 典型的な用途
| EH36 — 典型的な用途 | FH36 — 典型的な用途 |
|---|---|
| 低温靭性が求められる船体板および構造部材（極地または冷水船、デッキハウス） | 非常に重い船体板、隔壁、および大きな板厚が必要な主要構造部材で、厚さ方向の保証が重要なもの |
| 低温での衝撃抵抗が優先される板 | 超厚いセクションで一貫した特性が必要なオフショアプラットフォーム部品および重い製作要素 |
| 靭性保証を伴う良好な溶接性が求められる領域 | 製造ルートに大きな単板が含まれ、厚さに対する仕様駆動の生産が必要な状況 |
選択の理由： - プロジェクトの要求される最小靭性温度、保証された厚さ制限、および溶接手順の能力に合ったグレードを選択してください。冷間サービスの船体には、EH36に類似した仕様が魅力的です。非常に重い板で厚さ方向の要件が厳しい場合には、FH36に類似した納品が好まれることが多いです。
9. コストおよび入手可能性
- 相対コスト：両グレードは同じファミリーに属し、価格差は通常小さく、板の厚さ、処理（TMCP、正常化）、および認証/試験要件によって駆動されます。超厚いセクション用に特別に圧延/制御された板（しばしばFH36の納品）は、長い生産ラン、厳格な試験、およびより多くの廃棄物処理のためにプレミアムがかかることがあります。
- 入手可能性：一般的な船舶建造グレード（AH36/DH36/EH36バリアント）は、世界中の主要な製鋼所から広く入手可能です。非常に重い厚さを意図したFH36タイプの板は、入手可能性が限られ、リードタイムが長くなる場合があります—特に大きな単一部品パネルや厚さ方向の特定の機械的特性保証が必要なプロジェクトにおいて。
10. まとめと推奨
| 属性 | EH36 | FH36 |
|---|---|---|
| 溶接性 | 良好（低C、制御された合金）；標準的な製造に最適化されています | 良好ですが、厚いセクションではより厳格な予熱/PWHT制御が必要な場合があります |
| 強度–靭性のバランス | 特に低温での高靭性に焦点を当てています | 非常に厚い板での特性保持を重視した高強度 |
| コスト | 典型的なHSLA価格；処理に応じて中程度 | 超厚く、特別に処理された板に対してプレミアムの可能性 |
推奨事項： - 低温靭性と標準から重い板厚での衝撃抵抗が優先される場合、EH36を選択してください。ルーチンの溶接手順が許容される場合に適しています。 - 非常に重いまたは超厚い板で、厚さ方向の強度および機械的特性が保証される必要がある場合、FH36を選択してください。より厳格な溶接および製造管理を遵守する準備ができている場合（および可能な長いリードタイムおよび追加コストを受け入れる準備がある場合）。
最終的な注意： - 購入文書には、制御基準、必要な厚さ範囲、衝撃靭性の試験温度、および溶接手順の資格を常に指定してください。化学分析および実際の板厚から取得された機械試験報告書を含む製鋼所の証明書は、納入された材料が選択されたグレードの性能意図を満たしていることを確認するために不可欠です。