HRB335 vs HRB400 – 成分、熱処理、特性、および用途
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はじめに
HRB335とHRB400は、構造コンクリート作業や多くの製造コンテキストで一般的に指定される、広く使用されている熱間圧延変形補強棒（リブバー）の2つのグレードです。エンジニア、調達マネージャー、製造プランナーは、コストが低く、より延性のある補強材と、より小さな断面や長いスパンを許可する高強度材料とのトレードオフを頻繁に考慮します。典型的な意思決定の文脈には、コストと構造重量のバランス、延性が最も重要な地震詳細用のリブバーの選択、溶接、曲げ、または製造プロセスに適合するグレードの選択が含まれます。
これら2つのグレードの定義的な違いは、降伏強度レベルです：HRB400はHRB335よりも高い名目降伏強度が指定されています。降伏強度は断面サイズ、補強詳細、成形/溶接挙動に強く影響するため、HRB335とHRB400は設計および調達の議論で一般的に比較されます。
1. 規格と指定
- GB/T 1499.2（中国）：熱間圧延リブ鋼棒を明示的に定義しています；HRB335とHRB400は中国の指定です。
- ASTM A615 / ASTM A615M（アメリカ合衆国）：コンクリート補強用の変形および平鋼棒の仕様（グレード番号の使用が異なります）。
- EN 10080 / EN 1992および国家附属書（欧州の慣行）：補強用の一般的な規格；欧州の指定はB500または類似のグレード番号を使用します。
- JIS G3112（日本）：コンクリート用の変形鋼棒の仕様。
- バーの公差および試験に関するISO規格および国家の逸脱も存在します。
分類：HRB335とHRB400は、炭素-マンガン（C–Mn）補強鋼であり、時には微合金添加物（V、Nb、Ti）や制御圧延ルートで製造されます；それらはステンレス鋼、工具鋼、または高合金鋼ではありません。これらは、高温または摩耗用途ではなく、補強用に使用される低炭素/中炭素構造鋼ファミリーに属します。
2. 化学組成と合金戦略
| 元素 | HRB335（典型的な実践） | HRB400（典型的な実践） |
|---|---|---|
| C（炭素） | 主な硬化性/強度の影響因子として制御されており、延性のために比較的低く保たれています | 制御されており、やや高くなるか、他の合金化/硬化方法によってバランスが取られることがあります |
| Mn（マンガン） | 主な強度および脱酸素化元素；制御されたレベルで存在します | 強度と硬化性を高めるために制御されたまたはやや高いレベルで存在します |
| Si（シリコン） | 小さな脱酸素剤；通常は低い | 小さな脱酸素剤；HRB335と同様 |
| P（リン） | 限られた不純物；靭性のために低く保たれています | 限られた不純物；靭性のために低く保たれています |
| S（硫黄） | 限られた不純物；延性と溶接性を改善するために低く保たれています | 限られた不純物；低く保たれています |
| Cr、Ni、Mo | 標準のリブバーに対して意図的に重要な量で添加されることは通常ありません | 標準のリブバーに対して意図的に添加されることは通常ありません（微量で現れることがあります） |
| V、Nb、Ti | 粒子細化と強度向上のために微合金化されたリブバーに存在することがあります | HRB400の熱機械処理または微合金化でより一般的に使用され、炭素の増加を最小限に抑えながら降伏を高めます |
| B | リブバーには一般的に使用されません | 一般的に使用されません |
| N（窒素） | 不純物/間隙として制御されます | 不純物/間隙として制御されます |
注意： - リブバー製造業者は、HRB400の名目降伏を高めるために、合金化/硬化性のわずかな増加または、より一般的には熱機械制御圧延と加速冷却に加えて微合金化（Nb、V、Ti）を使用して、粒子サイズを細かくし、降伏を高めながら炭素を低く保ちます。 - 正確な化学限界は関連する規格および製造業者によって定義されており、組成は製鋼所の実践や製品が「通常の」HRBか微合金化/熱機械処理されたものであるかによって異なります。
合金戦略が挙動に与える影響： - 炭素とマンガンは主に基礎強度と硬化性を制御します。 - Nb、V、Tiによる微合金化は、析出強化と粒子細化を促進し、炭素を大幅に増加させることなくより高い降伏を可能にします。 - 合金化の低レベルは、補強鋼に典型的な延性と溶接性を保持するために意図的に維持されます。
3. 微細構造と熱処理応答
リブバーの典型的な圧延後の微細構造は、フェライトとパーライト（フェライト–パーライト）です。処理によって違いが生じます：
- HRB335（従来の熱間圧延）：一般的に、良好な延性を持つ比較的粗いフェライト–パーライト微細構造を示します。空気冷却による基本的な熱間圧延で製造された場合、微細構造は主にフェライトで、パーライトの島が存在します。
- HRB400（高強度）：通常、制御圧延および制御冷却（熱機械処理）によって製造されます。これにより、より細かいフェライト粒子サイズ、より均一に分散したパーライト、加速冷却が使用されるプロセスでは部分的なベイナイト微細構造が得られます。微合金析出物（NbC、V(C,N)、TiC）がさらに粒子を細かくし、降伏を高めます。
熱処理応答： - 正常化または焼入れ＆焼戻しは、コストと長いセクションに対する実用性のため、標準グレードのリブバーには一般的ではありません；ただし、局所的な熱（溶接）は熱影響部（HAZ）内の微細構造に影響を与える可能性があります。 - 熱機械制御処理（TMCP）は、圧延温度と冷却速度を操作することによって、HRB400相当の特性をポスト圧延熱処理なしで生成できます。 - 焼入れ＆焼戻しは、より高い強度グレードへの道ですが、標準の補強材よりもエンジニアリングコンポーネントに使用されるバー鋼に一般的です。
4. 機械的特性
| 特性 | HRB335 | HRB400 |
|---|---|---|
| 降伏強度（名目） | 335 MPa（指定基準） | 400 MPa（指定基準） |
| 引張強度 | コンクリート補強に適した典型的な中程度の引張強度 | HRB335よりも高い引張強度；断面設計の削減に適しています |
| 伸び（延性） | 一般的に高い伸び/より大きな延性 | HRB335よりも通常は低い伸びですが、コードの延性制限を満たす必要があります |
| 衝撃靭性 | 標準的な実践で製造された場合、常温で良好な靭性を持ちます | 制御圧延で製造された場合、靭性を匹敵させることができます；処理に対してより敏感な場合があります |
| 硬度 | 比較可能な製鋼所の実践においてHRB400よりも低い | より高い降伏に対応する高い硬度；適切に処理されていない場合、脆性破壊に対してより敏感になる可能性があります |
説明： - 降伏レベルは主な区別される機械的パラメータです。HRB400は、同じ設計強度に対してより小さな補強面積を可能にする高い降伏プラトーを提供します。 - 延性と伸びの要件は規格で指定されています；最小延性を超えることは地震詳細にとって重要です。HRB335は通常、必要な延性をより容易に達成するため、塑性変形能力が優先される場合に好まれることがあります。 - 衝撃靭性は、グレード名よりも生産ルートに依存します；TMCPで微合金化された現代のHRB400は、受け入れ可能な靭性を達成できます。
5. 溶接性
補強材の溶接性は、炭素当量と硬化性によって支配されます；低炭素および低硬化性は溶接性を改善します。
有用な指標の例： $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
解釈： - HRB335は、一般的に低い硬化性と低いまたは比較可能な炭素当量を持ち、標準的な前加熱および低水素の実践を用いた従来のSMAW、GMAW、またはFCAW手順を使用して溶接するのが通常容易です。 - HRB400は、特に微合金化または熱処理された場合、より高い硬化性を持つ可能性があります；HAZの亀裂を避けるために、前加熱、間隔温度、および設計によって要求される場合のポスト溶接熱処理に注意が必要です。それにもかかわらず、多くのHRB400製品は、現場でのスプライシングや製造のために容易に溶接可能になるように配合されています。 - 重要な溶接接続の場合、溶接コードに従ってジョイントの資格確認および前/後の溶接手順を実施し、冷却亀裂の感受性を推定するためにCEまたはPcm計算を使用してください。
6. 腐食と表面保護
- HRB335とHRB400は非ステンレスの炭素鋼であり、補強コンクリート内での腐食保護にはコンクリートカバーに依存し、露出時にはコーティングに依存します。
- 一般的な保護：熱浸漬亜鉛メッキ（亜鉛コーティング）、エポキシコーティング、機械的表面処理、および腐食防止剤を組み合わせた適切なコンクリートカバー設計。
- PREN（ピッティング抵抗等価数）は、局所的な腐食抵抗を比較するためのステンレス合金に適用されます： $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ この指標は、HRB335/HRB400のような平炭素リブバーには適用されません。
- 選択ガイダンス：攻撃的な環境（塩化物曝露、海洋）には、エポキシコーティングまたは亜鉛メッキされたリブバーを指定するか、耐久性が材料コストを上回る場合にはステンレスグレードを検討してください。
7. 製造、加工性、および成形性
- 切断：両グレードは通常、研削鋸、炎切断、または機械的剪断によって切断されます。HRB400の高強度は、切断力と工具の摩耗をわずかに増加させる可能性があります。
- 成形と曲げ：より高い降伏は、より大きな曲げ力を必要とします。曲げ半径と冷間曲げ手順はコードで指定されています；HRB400は一般的により大きな曲げ設備を要求し、HRB335よりも再曲げに対して厳しい制限がある場合があります。
- 加工性：補強棒は加工に最適化されていません；両グレードは低炭素自由切削鋼に対して同様の悪い加工性を持っています。適切な工具と速度を使用してください。
- 仕上げ：ねじ切りまたは機械的カプラーが広く使用されています。HRB400は、より高い荷重レベルに設計されたカプラーと一緒に使用できます；カプラーとバー材料の熱処理との互換性を確認してください。
8. 典型的な用途
| HRB335（典型的な用途） | HRB400（典型的な用途） |
|---|---|
| 延性と経済性が優先される建物やインフラにおける一般的な補強コンクリート | バーあたりのより高い荷重容量、より長いスパン、または補強面積の削減を必要とする構造 |
| 高い延性と大きな塑性回転能力が重要な地震詳細（コードの制限に従う） | 橋、重い基礎、およびより高い降伏が薄い断面または少ないバーを可能にする要素 |
| コスト感度が優先される非重要な製造および大量コンクリート | プレストレストアンカレージゾーン、重負荷メンバー、および断面を拡大せずに強度を増加させることが望ましい改修 |
| 標準バーサイズと従来のカプラーを使用した修理作業 | より正確な品質管理を許可する状況およびより高い強度のリブバーが指定される状況 |
選択の理由： - HRB335は、延性、取り扱いの容易さ、コストが優先される場合に選択してください—特に塑性変形能力が重要な地震地域で。 - HRB400は、設計が補強量を減少させ、スリムなプロファイルを達成するためにより高い降伏を必要とする場合に選択してください。
9. コストと入手可能性
- 相対コスト：HRB335は、処理要件が低く、合金化/処理の強度が低いため、一般的にHRB400よりもトンあたりのコストが低いです。HRB400は、生産ルート（TMCP、微合金化）や市場供給に応じてプレミアムを要求する場合があります。
- 入手可能性：両グレードは広く生産され、主要な製鋼所から標準製品形状（コイル、直線長さ、切断長さ）で入手可能です。直径や形状による入手可能性は地域によって異なる場合があります；調達は製鋼所の試験報告書と納期を確認する必要があります。
- 製品形状：平鋼、変形鋼、溶接マット、コイル—誤解を避けるために、購入書類にグレードと生産ルートを指定してください。
10. 要約と推奨
| 基準 | HRB335 | HRB400 |
|---|---|---|
| 溶接性 | 非常に良好（低CE） | 良好から中程度；処理に応じて制御が必要な場合があります |
| 強度–靭性バランス | 良好な延性；低い降伏 | 高い降伏；TMCP/微合金化が慎重に行われない限り、低い延性を持つ可能性があります |
| コスト | 低い | 高い（高い降伏/プロセスのプレミアム） |
HRB335を選択する場合： - 地震詳細やエネルギー散逸要素のために、より高い延性と塑性変形能力が必要です。 - プロジェクトのコスト感度と製造/溶接の容易さが優先されます。 - 標準の補強レイアウトとより大きなバー面積が許容される場合に、能力を満たすために選択してください。
HRB400を選択する場合： - 補強面積を減少させ、断面をスリムにし、メンバーの形状を変更せずに増加した荷重要求を満たすために、より高い降伏強度が必要です。 - 生産ルート（TMCPまたは微合金化）が、意図した用途に対して十分な靭性と溶接性を確保します。 - プロジェクトの制約が、スペース、重量を節約するための材料の代替を好む場合や、特定の構造性能目標を満たすために材料の代替を好む場合に選択してください。
最終的な注意：数値指定（335および400）は名目降伏レベルを示しますが、サービス中の性能は製鋼所の実践、処理履歴、および品質管理に依存します。リブバーを調達する際には、常に材料規格、必要な機械的特性、納入条件、および試験/トレーサビリティを指定してください；製鋼所の試験証明書を要求し、重要な用途の場合は溶接および曲げのためのジョイント資格を要求してください。