G90対G60 - 組成、熱処理、特性、および応用

はじめに

G90およびG60は、建設、家電、自動車のサプライチェーンで広く参照されていますが、A36やS275、1020のような金属学的に異なる鋼種というわけではありません。代わりに、G90およびG60は亜鉛メッキやコーティングの表示であり、一般的な規格（例えばASTM A653/A924系列）に基づいた鋼板および鋼帯に付与される亜鉛コーティングの最小質量を示しています。エンジニアや購買担当者、製造計画者は、耐食性やライフサイクル性能と、材料コストの増加や後工程の加工性とのトレードオフという選択に直面することが多いです。典型的な決定ケースとしては、長期の耐食性が重要な屋外暴露構造物と、コストや成形性が優先される内装部品や塗装部品の比較があります。また、厚いコーティングが成形、溶接、塗装工程を複雑にするかどうかというトレードオフもよく見られます。

技術的な主な違いは、鋼材表面に付けられる亜鉛の質量にあります。G90はG60よりもかなり厚い亜鉛層が付着しています。これらの表示が基材の化学成分ではなく亜鉛コーティングの厚さを主に示しているため、耐食レベルの選択ではコーティングを比較対象とし、基材の鋼種、強度、熱処理の性質は発注者の必要とする基準に応じて選択可能です。

1. 規格と表示

• G表示およびこれに相当するメートル法表示を含む代表的な規格：
• ASTM/ASME：ASTM A653 / A924（溶融亜鉛めっきおよびガルバリウムめっき鋼板）
• EN：EN 10346（連続溶融亜鉛めっき鋼板）；メートル法のめっき質量はZで表示（例：Z275）
• JISやその他の地域規格も類似のめっき質量表記を使用
• GB（中国）：亜鉛メッキ鋼板用GB/T規格
• 分類：
• G90/G60は炭素鋼や低合金鋼に適用されるコーティングクラスであり、別個の合金群ではありません。
• G90/G60が適用される基材は、単なる炭素鋼、冷間圧延の一般品質鋼、構造用鋼、または高強度低合金鋼（HSLA）で、発注者の仕様（例：商用品質の冷間圧延鋼、構造用、または構造用高強度鋼）によって決まります。

2. 化学成分および合金設計

表：G90/G60製品に関係する元素とその影響

元素	亜鉛メッキ鋼板における典型的関連性	G90とG60の違いに関する注記
C（炭素）	基材の強度、成形性、溶接性を制御	基材の炭素含有量は鋼種により指定され、コーティングクラスでは規定しない。成形性向上のため低炭素が一般的。
Mn（マンガン）	基材の強度および焼入性への寄与	マンガン濃度は基材鋼種に依存し、めっきクラスとは無関係。
Si（ケイ素）	亜鉛と鉄の反応やコーティング外観に影響	微量のSi添加または残留Siがコーティングの密着性や形態を変化させる場合があり、品質管理のため特定範囲に制限されることがある。
P（リン）	強度および低温脆性の制御	冷間成形用基材では通常制限されるが、コーティングクラスでリンの限界は変わらない。
S（硫黄）	加工性や欠陥形成に影響	低濃度に抑えられ、コーティングの清浄度に影響を与える。
Cr, Ni, Mo, V, Nb, Ti, B	HSLAや高性能鋼の微合金元素	これらは基材の強度や微細組織に影響し、めっきクラスとは独立して選定される。一部は溶接性やめっき反応に局所的影響を与える場合がある。
N（窒素）	一部基材仕様で管理される	窒素管理は基材の制御項目であり、コーティングパラメータではない。

G90およびG60は亜鉛質量を示すため、基材鋼の合金設計は構造的要求や成形性に応じて決定されます。厚いコーティングが要求される場合（G90）には、コーティング後の性能確保のために基材の化学組成管理をより厳格にすることがあります（例えばSi含有量の管理によるコーティング欠陥の回避）。

3. 微細構造および熱処理の影響

• 微細構造：固有の微細組織（フェライト・パーライト、焼戻しマルテンサイト、ベイナイト、HSLAにおける微細化フェライトなど）は、基材の化学組成や熱機械的加工によって決まります。溶融亜鉛めっき工程では、亜鉛外層と鋼基材の間に冶金学的な金属間化合物層（Fe–Zn相、一般にゼータ、デルタ、ガンマ、エータ層）が生成されます。
• 標準的な加工工程：
• 冷間圧延、焼鈍、酸洗を経た基材鋼は通常フェライト・パーライト構造または完全再結晶したフェライト組織を持ちます（商用品質鋼で一般的）。
• HSLAや高強度基材は熱機械処理によって粒径を細かくし、強固なフェライト・パーライト組織や微合金析出による強化を得ます。
• めっき工程の熱影響：
• 溶融亜鉛めっきは短時間の浸漬と自然冷却を含む別の熱処理過程であり、一般的な低・中強度基材の機械的性質に大きな変化をもたらしません。ただし、焼入れ・焼戻し鋼や非常に高強度鋼では熱履歴によりテンパー状態や残留応力が一部変化することがあり、プロセスパラメータと基材選択はコーティング後の性能を検証する必要があります。
• めっき後の加工（曲げなど）でコーティング層が割れる場合があり、G90とG60の選択は成形条件やめっき後焼鈍処理の判断に影響します。

4. 機械的性質

表：代表的な比較例（注：機械的性質は基材鋼により決まり、コーティングにより決定されるわけではありません）

性質	G90	G60	コメント
引張強さ	基材と同等	基材と同等	亜鉛コーティングの厚みは引張強さにほとんど影響しない。
降伏強さ	基材と同等	基材と同等	基材の熱処理および組成で制御される。
伸び	基材と同等	基材と同等	成形時の表面延性に若干の影響を与える可能性がある。
衝撃靭性	基材と同等	基材と同等	靭性は基材の特性に依存し、コーティング層は本質的な靭性をほぼ変えない。
硬さ（表面）	亜鉛層が厚く硬い表面	亜鉛層が薄い表面	基材の硬さは変わらないが、厚いコーティングは表面硬さの測定や摩耗挙動に影響を与えることがある。

解説：G90およびG60は亜鉛質量の表示であり、鋼の降伏強さや引張強さを本質的に高めるものではありません。G90の厚い亜鉛層は、成形時の表面割れや耐摩耗性にわずかな影響を与えることがありますが、基材の機械的特性は元の鋼種と適用された熱処理に依存します。

5. 溶接性

溶接性は主に基材の組成、炭素換算値、表面コーティングの有無で決まります。溶接性を評価するために一般的に使われる経験的指標を2つ示します：

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

および

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

• 解釈：
• 亜鉛コーティング（G60またはG90）は溶接時の追加要因となり、溶接部の亜鉛を除去するか溶接方法を調整する必要があります。亜鉛は溶接時に蒸発し、有害なガスや多孔質、溶接欠陥を引き起こすため適切な管理が求められます。
• 基材の炭素および合金元素は焼入性や水素割れ感受性に影響します。CEおよびPcm式は炭素、マンガン、クロム、モリブデン、バナジウムなどの元素が焼入性を高め、冷割れリスクを上げることを示しています。
• 実務的には、基材の化学組成が同じならG90とG60の溶接性は類似しますが、厚いコーティング（G90）は局所的なコーティング除去、排気、ガス管理をより慎重に行い、溶接品質と安全性を確保する必要があります。

6. 耐食性および表面保護

• 主な保護方法：G60およびG90はどちらも溶融亜鉛めっきの亜鉛コーティングであり、亜鉛は鋼の露出端部や傷部に対し犠牲陽極として保護（陰極防食）を提供します。
• 耐食性の比較：
• G90は名目上の亜鉛質量が多いため、同一環境下における大気暴露での穿孔までの時間が長くなります。
• 塗装システムにおいては、厚い亜鉛コーティング（G90）がプライマーや塗膜の寿命を延ばすか、バリア保護と犠牲防食の双方が必要な箇所に適しています。
• メートル法およびその他の指標：
• ステンレス鋼の場合、PRENのような耐食性指標が関連します。例えば： $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$ ただし、G60/G90については適用できません。これはステンレス組成ではなく、亜鉛めっきされた炭素鋼・低合金鋼だからです。
• 使用環境についての注意：G60とG90の選定は、想定される環境（農村域、都市域、工業地域、海洋環境）に基づいて行うべきです。厚いめっきは過酷な環境での耐用年数を向上させますが、排水設計、塗装、犠牲防食システムなど他の防食措置に代わるものではありません。

7. 加工性、切削性、および成形性

• 成形・曲げ加工：
• 厚い亜鉛めっき（G90）は、過酷な成形加工時に亀裂やはく離が発生しやすく、素地の鋼材が露出する可能性があります。適切な工具、曲げ半径、潤滑によりこれを軽減できます。
• G60は、狭い曲げ加工後の仕上げの均一性が容易です。G90は曲げ線上の後処理や塗装の手直しが必要になる場合があります。
• 切断・パンチング：
• 厚い亜鉛は切削工具に付着しやすく、工具のメンテナンス頻度が増加することがあります。厚い亜鉛めっき部のせん断された端面には亜鉛の付着が多く見られます。
• 切削加工性：
• 亜鉛めっき自体はすり傷（ガリング）を低減することが多いですが、溶接時には蒸発します。基材の切削性は素材の合金成分に依存します。
• 仕上げ：
• 亜鉛めっき面への塗装は通常、密着性向上のために表面処理（パッシベーションやプライマー塗布）が必要です。亜鉛層が厚いと塗料の艶や初期密着性に影響を与えることがあります。

8. 代表的な用途

表：めっきクラス別の代表的な使用例

G90 – 代表的用途	G60 – 代表的用途
外装建築ファサード、露出屋根部材、ガードレール、街路用家具、長寿命が求められるHVAC筐体	室内ダクト、屋内構造部材、自動車内板、家電内板など、中程度の耐食性があれば十分な用途
追加塗装を施した海洋近接構造物	コスト重視の大量生産パネル、軽度の耐食性を必要とする用途
長期間のメンテナンス間隔が求められる部品（橋梁、標識柱）	塗装されるか、遮蔽された場所で使用される部品

選定理由：予想使用寿命、メンテナンス間隔、曝露クラスに応じてめっき量を選択します。過酷な曝露環境ではG90が腐食保守を低減しますが、塗装や遮蔽環境ならG60でも十分な保護を低コストで提供します。

9. コストと入手性

• 相対コスト：G90製品は亜鉛使用量と加工時間が多いため、一般的にG60より高価です。プレミアム価格は亜鉛市場価格や加工効率によって変動します。
• 入手性：
• G60およびG90は一般的な商用呼称であり、主要な鋼材メーカーよりコイル、板、成形品で幅広く提供されています。
• 基材の強度、厚みごとの入手性は異なる場合があります。購買仕様では基材の鋼種とめっきクラスを明記することで、見積もりの正確さを確保できます（例：「冷間圧延、グレードX、ASTM A653準拠のG90熱間亜鉛めっき」）。
• 物流：めっきコイルの供給能力や市場需要によりリードタイムが影響を受けます。G90のような厚いめっきは生産設備の制約がある場合、やや長くなることがあります。

10. まとめと推奨

主要特性の比較表

属性	G90	G60
溶接性（実用面）	高い（ただし事前のめっき剥離・ヒューム管理が多く必要）	高い（除去工程が少なくて済む）
強度・靭性（基材に依存）	基材同様	基材同様
コスト	高い（亜鉛使用量多）	低い（亜鉛使用量少）

結論と推奨： - G90を選ぶべき場合： - 部品が過酷な環境（海岸地域、工業地帯、塩化物曝露）にさらされ、より長い無保守期間が要求される場合。 - 犠牲防食による延長された使用間隔が材料コスト増より優先される用途。 - G60を選ぶべき場合： - 部品が覆われた屋内、または塗装される環境で使用され、中程度の耐食性で十分であり、コストや成形性が重要な場合。 - 後加工での成形、狭い曲げ、または広範なめっき除去を伴わない溶接が製造上の制約となる場合。

最後に：G90とG60はめっきクラスであるため、購買仕様書には必ず基材鋼種（化学成分、強度、熱処理）とめっきクラスの両方を指定してください。また、めっき量が片面か両面合計か、参照する規格（ASTMかENのメートル法表示）により解釈が異なるため、発注ミスマッチを避け、設計寿命に沿った耐食性能を一致させることが重要です。