L245対L290 – 組成、熱処理、特性、および応用

はじめに

L245およびL290は、建設、橋梁工事、造船、重加工、一般的な構造用途で広く参照される低合金構造鋼の2つのグレードです。これらの2つのグレードを検討するエンジニア、調達マネージャー、製造プランナーは、通常、最小降伏強度の要件と溶接性、低温での靭性と材料コスト、より高い硬化性と加工の容易さといった競合する優先事項のバランスを取ります。

両者の主な実用的な違いは、指定された最小降伏強度です：L290はL245よりも高い保証された降伏レベルを必要とします。その違いは通常、合金戦略や加工選択（マイクロ合金化、制御された炭素およびマンガン、熱機械的加工）によって達成され、これにより硬化性、靭性、加工特性に影響を与えます。両グレードは類似の構造的役割に使用されるため、設計者は通常、強度と加工のしやすさのトレードオフが重要な場合に、プレート、圧延セクション、溶接部品を指定する際に比較します。

1. 規格と指定

• Lスタイルの指定が現れる典型的な規格：構造鋼および圧力機器の国家および地域の規格。正確な指定および化学的/機械的要件は、供給地域の適用規格または製鋼所証明書に対して確認する必要があります。
• 分類：L245およびL290は、低合金または炭素構造鋼（ステンレス鋼ではなく、工具鋼でもない）です。一般的に、溶接およびリベット構造用の熱間圧延構造鋼とグループ化されます。
• 特定の要件に関して参照すべき一般的な関連規格および文書：
• 構造鋼のためのEN/欧州規範（地域の規範指定を確認）
• 国家規格（例：GB、JIS、ASTM/ASMEは機能的同等物を提供するが、異なる名称）
• 供給者の製鋼所シートおよび購入者の仕様（PSL、APIなど）

2. 化学組成と合金戦略

L245およびL290グレードは、単一のユニークな化学組成によって定義されるのではなく、許可された化学組成の範囲と機械的特性の目標によって定義されます。以下の表は、各元素の代表的な組成範囲と典型的な役割を示しています。これらの数値はガイドラインレベルです。正確な組成については、適用される仕様および製鋼所証明書を参照してください。

元素	典型的な含有量（wt%） — 指標	目的 / 効果
C	0.05 – 0.20	強度と硬化性を増加させる；高いCは制御されない場合、溶接性と延性を低下させる
Mn	0.4 – 1.6	固体溶解による強化、硬化性を改善；過剰なMnはCEおよびHAZ硬化性を上昇させる
Si	0.02 – 0.6	脱酸剤および強度の寄与；高Siは溶接性に影響を与える可能性がある
P	≤ 0.025（通常は低い）	不純物；靭性を保持するために低く保たれる
S	≤ 0.010（通常は低い）	不純物；延性と溶接性を保持するために低く保たれる
Cr	0 – 0.5（通常は低いか存在しない）	硬化性と高温強度を改善する
Ni	0 – 0.5	存在する場合、低温での靭性を改善する
Mo	0 – 0.2	硬化性とクリープ抵抗を追加し、通常は溶接性の懸念から制限される
V, Nb, Ti	数十から数百ppm（マイクロ合金化）	粒子の細化、析出強化、オーステナイト変態の制御
B	使用される場合はppmレベル	非常に低い濃度で強力な硬化性剤
N	微量	Tiと共に窒化物を制御するために使用；析出に影響を与える

合金化が特性に与える影響： - 炭素およびマンガン含有量を上げると、降伏強度および引張強度と硬化性が増加するが、マイクロ合金化や制御された加工によって相殺されない限り、溶接性と靭性が低下する可能性がある。 - マイクロ合金化（Nb、V、Ti）は、析出強化と粒子細化により、炭素を低く保ちながら高い強度を可能にし、炭素のみで強化された同等のC–Mn鋼よりも溶接性と靭性を保持するのに有益である。 - L290は、L245と比較して、わずかに強い合金化および/または熱機械的加工経路によって達成され、炭素を過度に増加させることなく、より高い最小降伏を生み出す。

3. 微細構造と熱処理応答

両グレードの典型的な微細構造と加工応答： - 圧延/正規化：冷却および合金化に応じて、フェライト–パーライトと可能なベイナイト成分。正規化はフェライトの粒子サイズを細化し、靭性を改善する。 - 熱機械的制御加工（TMCP）：細粒のフェライトと局所的に変態したベイナイト/焼戻しマルテンサイトのポケットを生成し、降伏強度と靭性を同時に増加させる—この経路は、L290のような高い降伏グレードを高炭素なしで満たすために一般的に使用される。 - 焼入れおよび焼戻し（Q&T）：特別な機械的特性が要求されない限り、標準のLシリーズ構造鋼には典型的ではない；Q&Tは強度を増加させるが、過度に焼戻しされた場合や炭素が高い場合には延性が低下する可能性があるため、加工の複雑さが増す。 - 熱影響部（HAZ）：溶接構造において、HAZ特性は炭素当量およびマイクロ合金化含有量に敏感である；マイクロ合金化されたTMCP鋼は、同等の名目強度の高炭素鋼よりもHAZの挙動がより穏やかである傾向がある。

比較ノート： - L245は、より低い強度目標を持ち、通常は従来の圧延または軽いTMCPによって達成可能であり、主にフェライト–パーライトで良好な延性を持つ。 - L290は、より高い降伏を達成しながら靭性を維持するために、TMCPおよびマイクロ合金化に依存することが多く、微細構造はより細かい粒子と強化成分の割合が高くなる。

4. 機械的特性

決定的な機械的要件は、適用される規格または製鋼所証明書から読み取る必要があります。指定における唯一の信頼できる差別化要因は、最小降伏強度です。

特性	L245（典型的/仕様ベース）	L290（典型的/仕様ベース）
最小降伏強度（MPa）	245 MPa（指定された最小値）	290 MPa（指定された最小値）
引張強度	プロセス依存；通常、両者が正規化/TMCPされた場合、L290の範囲と重なる（仕様を参照）	プロセス依存；より高い最小降伏は、同様またはわずかに高い引張要件を示唆する
伸び（A%）	構造鋼には通常十分；厚さおよび加工に依存	比較可能だが、強化メカニズムによって均一な伸びが低下する場合、高い降伏レベルでわずかに減少する可能性がある
シャルピー衝撃靭性	購入者によって指定（温度およびエネルギー）；低炭素 + TMCPは良好な靭性を保持することを目的とする	TMCPおよびマイクロ合金化は、高い降伏でも良好な靭性の保持を目指すが、実際の値は厚さおよび化学組成に依存する
硬度	広く変動；一般的に構造鋼には中程度	強化メカニズムが強い場合、わずかに高くなる可能性がある

解釈： - L290は、より高い保証された降伏強度を提供する；これは、設計が同じ荷重に対してより高い許容応力または薄いセクションを必要とする場合の選択の基礎となる。 - 靭性と延性は、L290が現代のTMCPおよびマイクロ合金化によって生産される場合、比較可能である；もし高い強度が炭素を増加させることによって達成される場合、靭性と溶接性は低下する。

5. 溶接性

溶接性は主に炭素当量（CE）および硬化性を促進する合金元素の存在に依存します。

一般的な経験的指標： - IIW炭素当量： $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - 国際Pcm： $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

定性的解釈： - $CE_{IIW}$および$P_{cm}$が低いほど、予熱/消耗品の選択の柔軟性が向上し、HAZの亀裂リスクが低下する。 - L245は、より低い降伏目標を持ち、したがって、L290よりも予熱が少なくて済むため、溶接が容易である傾向がある。 - L290がマイクロ合金化およびTMCPによって生産される場合、溶接性は受け入れ可能なままであるが、厚さに応じてわずかに高い予熱または制御された溶接手順が推奨される場合がある。 - 常に適格な溶接手順仕様（WPS）を参照し、重要な加工のためにHAZおよびPWHT評価を実施すること。

6. 腐食および表面保護

• これらの2つのグレードは、非ステンレスの炭素/低合金鋼です。通常の構造炭素鋼を超える内因的な腐食抵抗を提供しません。
• 標準的な保護戦略：環境およびサービス寿命に応じたコーティング（エポキシ、ポリウレタン）、熱浸漬亜鉛メッキ、メタライジング、または犠牲的コーティング。
• PRENなどのステンレス指標は、Lシリーズ構造炭素鋼には適用されません： $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ PRENの使用は、ステンレス合金を評価する際にのみ関連し、L245/L290の場合、腐食抵抗は外部保護および環境管理の機能です。
• 攻撃的な環境（海洋の飛沫、化学薬品）に対して指定する場合は、腐食許容、保護コーティング、またはステンレスまたは腐食抵抗合金の選択を検討してください。

7. 加工性、機械加工性、および成形性

• 機械加工性：一般的に他の低合金鋼と比較可能。より高い降伏グレードは、強度の増加および作業硬化の可能性により、機械加工がやや難しくなる場合がある；工具およびフィードは調整する必要がある。
• 成形性および曲げ：L245は通常、L290と比較して同じ厚さでわずかに容易な冷間成形およびよりタイトな曲げ半径を許可します。L290の場合、供給者のガイダンスに従って曲げひずみを制限し、必要に応じて適切なマンドレル/焼鈍を使用してください。
• 切断および熱処理：酸素燃料、プラズマ、レーザー切断が一般的；より高い合金含有量または厚いセクションは、切断設定およびスラグに影響を与える可能性があります。
• 表面準備および溶接消耗品：両グレードに対して、靭性を維持し、HAZの問題を避けるために、予熱、インターパス温度、およびフィラー金属の選択について供給者の推奨に従ってください。

8. 典型的な用途

L245 — 典型的な用途	L290 — 典型的な用途
中程度の強度が十分で、加工速度/コストが優先される建物やフレームの一般的な構造部品	より高い許容応力が軽量セクションを可能にする橋梁、オフショア構造物、および重機の構造部材
軽から中程度の負荷の溶接加工、プレート、およびビーム	より高い降伏が必要な荷重支持船体構造、クレーンブーム、および重い溶接構造物
一般的な機械フレーム、支持体、および二次構造物	高強度材料による重量削減が必要な用途、溶接性の管理が必要

選択の理由： - L245は、コストが低く、加工が容易で、設計荷重が245 MPaの降伏基準で満たされる場合に選択してください。L245は、一般的な建設や、強度の要求が厳しくない部品に適した選択です。 - L290は、セクションサイズや重量を減少させるためにより高い降伏が必要な場合、または構造計算でより高い安全マージンが必要な場合に選択してください—溶接手順と靭性目標が満たされることが前提です。

9. コストと入手可能性

• コスト：L290は、より高い降伏レベルを保証するために必要な厳しい加工管理、マイクロ合金化、または追加の熱処理のため、一般的にL245よりも単位質量あたりコストが高いです。しかし、機能的な性能（例：単位荷重容量あたりのコスト）がセクション削減によって材料コストを相殺する場合、L290は有利になる可能性があります。
• 入手可能性：両グレードは、特にプレートおよび圧延形状で主要な製鋼所およびサービスセンターから商業的に入手可能です。リードタイムおよび提供される形状（プレート、コイル、構造形状）は、地域の製鋼所の生産および需要に依存します；L245は通常、一般的な構造供給チェーンでより一般的です。

10. 要約と推奨

基準	L245	L290
溶接性	一般的に容易（低CE傾向）	やや要求が厳しい；TMCP/マイクロ合金化および適切なWPSが使用される場合は受け入れ可能
強度–靭性のバランス	中程度の負荷構造に適している	より高い最小降伏；TMCP/マイクロ合金化で靭性を保持できる
コスト	材料コストが低い；加工が容易	材料コストが高いが、設計における潜在的な重量削減

推奨： - 加工の容易さ、低い材料コストを優先し、構造設計が245 MPaの降伏基準で荷重要件を満たす場合はL245を選択してください。L245は、一般的な建設や、強度の要求が厳しくない部品に適した選択です。 - セクションサイズや重量を減少させるためにより高い保証された降伏が必要な場合、または構造計算でより高い許容応力を増加させる必要がある場合はL290を選択してください。L290は、現代の加工（TMCPおよびマイクロ合金化）を通じて良好な靭性を維持しながら、より高い強度が必要な場合に適しています。厚いセクションや重要な用途に対しては、適切な溶接手順、予熱、および試験が指定されていることを確認してください。

最終的な注意：常に適用される規格、必要な衝撃試験温度、材料厚さの制限、および溶接手順の資格を調達文書に指定してください。生産または重要な設計の受け入れ前に、化学組成および機械的特性を製鋼所証明書および注文特有の要件に対して確認してください。