L290対L360 – 成分、熱処理、特性、および用途
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はじめに
エンジニア、調達マネージャー、製造プランナーは、フレーム、橋、オフショア構造物、重工業製品のための構造用鋼を指定する際に、一般的にL290とL360の選択に直面します。この決定は、強度と成形性および溶接性のバランスを取ることが多いです：高強度合金は断面サイズと重量を減少させることができますが、製造管理が厳しくなり、コストが高くなる可能性があります。
L290とL360の根本的な違いは、保証された最小強度の向上です：L360はL290よりも高い降伏強度クラスを提供します。その強度の増加は通常、合金設計と熱機械処理を通じて達成されるため、2つのグレードは靭性、溶接性、製造、コストのトレードオフについて定期的に比較されます。
1. 標準と指定
- エンジニアによって参照される一般的な標準とシステム：
- EN / ISO（欧州/国際構造用鋼標準）
- ASTM / ASME（米国材料仕様；異なる命名法）
- JIS（日本工業規格）
- GB（中国国家標準）
-
線形降伏クラスのために「L」接頭辞を使用する国の造船またはパイプライン仕様
-
分類：
- L290とL360は、ステンレス鋼、工具鋼、または高合金鋼ではなく、構造用低合金/高強度低合金（HSLA）鋼です。
- 通常、最小降伏強度（MPa）および製品形状（板、シート、セクション、または中空セクション）によって指定されます。
- 注：「L」ラベルは、単一の統一された化学仕様ではなく、一部の国/仕様システムにおける最小降伏レベルを示します；正確な組成限界は供給者や標準によって異なる場合があります。
2. 化学組成と合金戦略
以下は、290–360 MPa降伏強度クラスの鋼の代表的な組成表です。これらは現代のHSLA/構造用鋼の典型的な範囲であり、正確な限界は特定の標準または製鋼証明書に記載されています。
| 元素 | 典型的な範囲（wt.%、L290–L360 HSLA鋼の代表値） |
|---|---|
| C（炭素） | 0.06 – 0.18 |
| Mn（マンガン） | 0.3 – 1.5 |
| Si（シリコン） | 0.02 – 0.6 |
| P（リン） | ≤ 0.035（低ppmに制御） |
| S（硫黄） | ≤ 0.035（低硫グレードではしばしば≤ 0.010） |
| Cr（クロム） | 0 – 0.5 |
| Ni（ニッケル） | 0 – 0.5 |
| Mo（モリブデン） | 0 – 0.5 |
| V（バナジウム） | 0 – 0.12 |
| Nb（ニオブ） | 0 – 0.08 |
| Ti（チタン） | 0 – 0.02 |
| B（ホウ素） | 0 – 0.003 |
| N（窒素） | 0.005 – 0.020 |
合金が特性に与える影響 - 炭素とマンガンは主に強度と硬化性を制御します；炭素が高いほど強度は増しますが、溶接性と延性は低下します。 - 微合金元素（V、Nb、Ti）は析出強化を生み出し、粒径を細かくし、低炭素レベルでの高い降伏を可能にし、靭性を改善します。 - Cr、Ni、Moの少量添加は、大きな炭素増加なしに硬化性と強度を増加させることができます；また、焼入れ挙動にも影響を与えます。 - 非常に低ppmのホウ素は、注意深く制御されるとオーステナイト粒界に分離して硬化性を改善します。 - P、S、Nの制御は靭性と溶接性にとって重要です。
3. 微細構造と熱処理応答
典型的な微細構造 - L290：延性と強度のバランスを達成するために製造されます。典型的な圧延/正規化された微細構造は、冷却速度と合金含有量に応じて、フェライト-パーライトまたは分散したベイナイトを含む細かいフェライトです。 - L360：より高い最小降伏を達成するために、微合金化（Nb、V）および制御圧延または熱機械処理が一般的に使用され、より細かいフェライト、ベイナイト、または混合フェライト-ベイナイト微細構造を生成します。硬化性の増加は、ベイナイト微構成要素の割合を大きくする可能性があります。
処理経路への応答 - 正規化：細かく均一な粒構造を生成することで靭性を向上させます；両グレードに利益がありますが、L360は過度の硬度を避けるために冷却速度の厳密な制御が必要です。 - 焼入れおよび焼戻し（Q＆T）：基本的な構造製品形状には一般的ではありませんが、より高い強度と靭性の組み合わせが必要な場合は可能です—Q＆Tはマルテンサイト焼戻し構造を生成し、より多くの処理のコストで高い強度を得ます。 - 熱機械制御処理（TMCP）：L360に広く使用され、粒子の細化と析出強化を通じて大きな炭素増加なしに高い降伏強度を得る—炭素強化鋼に対して靭性と溶接性を改善します。
4. 機械的特性
本質的で保証された機械的な違いは最小降伏強度です。絶対的な数値は特定の標準、製品の厚さ、および熱処理に依存します。
| 特性 | L290（典型的/名目） | L360（典型的/名目） |
|---|---|---|
| 最小降伏強度（MPa） | ~290 MPa（設計クラス） | ~360 MPa（設計クラス） |
| 引張強度（MPa） | 厚さ/プロセスによって異なる；構造用鋼の典型的な低から中程度の範囲 | 同じ製品形状に対してL290よりも高い典型的な引張範囲 |
| 伸び（%） | 同じ厚さでL360より一般的に高い | 高強度のためL290よりも通常低い |
| シャルピー衝撃靭性 | 指定/制御されている場合、室温および低温で良好 | 指定されればL290に匹敵；制御された化学組成と処理が必要 |
| 硬度（HB） | 平均して低い | 平均して高い |
解釈 - L360は設計上強度が高い；その強度の増加は通常、大きな炭素増加ではなく微合金化と熱機械処理によって達成されます。したがって、L360は合理的な靭性で高い強度を提供できますが、延性と成形性は一般的にL290と比較して低下します。 - 変形能力と成形が主な懸念事項であるアプリケーションでは、L290が好まれることが多いです。重量に敏感な設計やより高い荷重耐力が必要な場合、L360は薄い断面や材料使用の削減を可能にします。
5. 溶接性
重要な要素：炭素含有量、炭素当量、微合金化。
一般的な炭素当量の公式（定性的な溶接性評価に役立つ）： $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
より包括的なパラメータ： $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
定性的な解釈 - 製造業者は両クラスで炭素を低く保ち、微合金化を使用して降伏強度を上げるため、適切な予熱、インターパス、およびフィラーの選択があれば、両グレードは一般的に溶接可能です。 - L360は、より高い硬化性（Mn、微合金化、または少量の合金添加による）を持ち、水素助けによる冷間割れに対してより敏感であり、熱影響部（HAZ）でのマルテンサイト形成を避けるために、より高い予熱または制御された冷却が必要な場合があります。 - 低水素消耗品の使用、適切な予熱/インターパス温度、および契約/仕様に応じた溶接後熱処理が割れのリスクに対処します。 - 特定の製鋼証明書の組成に対して$CE_{IIW}$または$P_{cm}$を常に計算または推定し、許可される溶接手順を決定します。
6. 腐食と表面保護
- これらのグレードはステンレス鋼ではありません；腐食性能は環境と表面保護に依存します。
- 典型的な保護戦略：
- 大気腐食抵抗のための熱浸漬亜鉛メッキ。
- 長期保護のための塗装システム（亜鉛プライマー、エポキシ、ポリウレタン）。
- 摩耗および腐食のための金属コーティング（熱スプレー）。
- PREN（ピッティング抵抗等価数）は、ステンレス合金に使用されるため、炭素/HSLA鋼には適用されません： $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- L290とL360の場合、腐食許容または保護コーティングが標準的なアプローチです；選択はサービス環境（海洋、工業、化学曝露）に依存します。
7. 製造、加工性、成形性
- 切断：プラズマ、酸素燃料、レーザー切断は両グレードで一般的であり、厚いL360は迅速に切断する際にエッジ硬化により注意が必要です。
- 加工性：低炭素および微合金化された組成は中程度の加工性を生み出します；L360（高強度）は通常、L290よりもわずかに加工が難しく、工具の摩耗と切削力が増加します。
- 成形性と曲げ：L290は同じ厚さでより良い曲げ性と冷間成形能力を示します。L360はより大きな曲げ半径、曲げ力、および時には厳しい成形のための中間アニーリングを要求します。
- 表面仕上げと溶接準備は類似しており、L360は局所的な応力集中を避けるためにフィットアップの厳密な制御が必要な場合があります。
8. 典型的な用途
| L290 — 典型的な用途 | L360 — 典型的な用途 |
|---|---|
| 一般的な構造鋼（軽から中程度の荷重） | より高い荷重容量または断面厚さの削減が必要な重い構造部材 |
| 建物の構造部材、サブフレーム、および二次鋼材 | 橋、重いクレーン、主桁、およびオフショアプラットフォームの構造部材 |
| 農業機器、一般的な製造 | 船体の板金、より高い強度対重量が必要な圧力保持構造セクション |
| 成形性と低コストの製造が優先される用途 | 重量削減、より高い許容応力、または改善されたスパン能力が重要な製造物 |
選択の理由 - 製造速度、成形、コスト感度が小さな断面の利点を上回る場合はL290を選択してください。 - 構造効率、重量削減、またはより高い許容応力が優先され、製造チームが厳密な溶接および成形管理を行える場合はL360を選択してください。
9. コストと入手可能性
- コスト：L360は、追加の合金管理、熱機械処理、および厳密な品質管理のため、一般的にL290よりも高価です。価格差は市場条件や製品形状によって異なります。
- 入手可能性：両グレードは板、コイル、セクションで広く生産されていますが、地域の供給は製鋼所の能力に依存します。L290は一般的に商品構造市場でより一般的ですが、L360は重工業、橋、オフショア市場をターゲットにした製鋼所からより入手可能な場合があります。
- 特定の靭性または化学管理が必要な場合、L360の大口または厚板の注文ではリードタイムが増加する可能性があります。
10. 概要と推奨
| 基準 | L290 | L360 |
|---|---|---|
| 溶接性 | 良好—低い硬化性のため、より許容的 | 制御があれば良好—高いHAZ硬化性は厳格な手順を必要とします |
| 強度–靭性のバランス | 比較的高い延性を持つ中程度の強度 | 適切に処理されれば良好な靭性を持つ高強度 |
| コスト | 低い（一般的な構造グレード） | 高い（HSLA処理と管理） |
推奨 - コスト効果が高く、容易に成形および溶接できる構造鋼が必要な場合はL290を選択してください。中程度の荷重支持部材で延性と製造の容易さを最大化することが優先される場合。 - より高い保証された降伏強度が必要で断面サイズや重量を削減したい場合、そして制御された溶接、成形の実践を実施できる場合はL360を選択してください。
最終的な注意：常に供給者の製鋼証明書と適用される標準または仕様を確認し、正確な化学限界、機械的保証、厚さ依存データ、および溶接推奨を確認してください。疑問がある場合は、特定の組成と熱処理の記録を要求し、アプリケーション固有の溶接性と靭性の評価を実施してください。