L360対L390 – 組成、熱処理、特性、および用途
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はじめに
L360およびL390は、設計者が強度、靭性、溶接性、コストのバランスを取る際に一般的に指定される高強度構造用鋼です。エンジニア、調達マネージャー、製造プランナーは、荷重を支える部品、溶接組立体、または製作構造を設計する際に、やや低強度でより許容性のあるグレード（L360）を使用するか、段階的に強度の高いL390を使用するかの決定に直面することがよくあります。
主な技術的な違いは、L360からL390への降伏強度（およびしばしば引張強度）のわずかで意図的な増加であり、これは主に熱機械的加工と微合金化によって達成され、バルク化学成分の劇的な変化によるものではありません。両方のグレードは構造用途をターゲットにしているため、部材の重量、板厚、成形挙動、製造手順を最適化する際にしばしば比較されます。
1. 規格と指定
- 類似のグレードファミリーが現れる一般的な規格：EN（例：EN 10025ファミリー）、ISO、ASTM/ASME（構造指定）、JIS、および国家規格（中国のGB）。正確な指定文字列は規格団体や供給者によって異なります。
- 分類：L360およびL390は、低合金高強度（HSLA）構造用鋼です（ステンレス鋼ではなく、工具鋼でもありません）。これらは、溶接および成形された構造部品を目的としています。
注：特定の規格番号および製鋼所認定組成は地域によって異なるため、調達文書では常に正確な認定グレード/規格を使用してください。
2. 化学組成と合金戦略
| 元素 | 典型的範囲 — L360 (wt%) | 典型的範囲 — L390 (wt%) |
|---|---|---|
| C | 0.06 – 0.18 | 0.06 – 0.18 |
| Mn | 0.40 – 1.50 | 0.50 – 1.50 |
| Si | 0.10 – 0.50 | 0.10 – 0.50 |
| P | ≤ 0.025 (制御) | ≤ 0.025 (制御) |
| S | ≤ 0.010 (制御) | ≤ 0.010 (制御) |
| Cr | 微量 – 0.30 | 微量 – 0.35 |
| Ni | 微量 – 0.30 | 微量 – 0.30 |
| Mo | 微量 – 0.15 | 微量 – 0.15 |
| V | 0.00 – 0.10 (微合金) | 0.01 – 0.10 (微合金) |
| Nb (Cb) | 0.00 – 0.06 (微合金) | 0.00 – 0.06 (微合金) |
| Ti | 0.00 – 0.02 (脱酸) | 0.00 – 0.02 (脱酸) |
| B | 微量 (ppm) 可能 | 微量 (ppm) 可能 |
| N | 制御ppm | 制御ppm |
注： - これらの範囲はHSLA構造用鋼の代表的なものであり、典型的な合金戦略を示しています。正確な組成は製鋼所特有であり、選択された規格または仕様によって管理されます。常に製鋼所の証明書で確認してください。 - 微合金元素（V、Nb、Ti、時にはB）は、粒径を細かくし、析出硬化を促進し、炭素含有量の最小限の増加で降伏強度を上げるために少量使用されます—これは、溶接性を維持するために重要です。
合金化が特性に与える影響： - 炭素は強度を増加させますが、濃度が高くなると溶接性と靭性が低下します。 - マンガンとシリコンは脱酸を助け、硬化性に寄与します。 - 微合金化（V、Nb、Ti）は、高炭素なしで析出と粒子細化を通じて強度を増加させることを可能にします—これが、L390がL360とわずかな化学的違いしかないのに強くなれる理由です。 - 低リンおよび硫黄の制御は靭性を改善し、溶接欠陥を減少させます。
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は、供給された（熱機械的に圧延または正規化された）状態で：フェライトマトリックスに細かく分散したベイナイトまたはテンパー処理されたマルテンサイトの島と微合金析出物が含まれます。粒径は制御された圧延と加速冷却によって細かくされます。
- L360：延性のあるフェライトと細かいベイナイトのバランスを達成するように処理されます；微合金析出物（NbC、V(C,N)、TiN）がマトリックスを強化します。
- L390：やや攻撃的な熱機械的制御（仕上げ圧延温度の低下と冷却の加速）とターゲットとした析出強化を使用して、同様の延性微細構造を維持しながら降伏強度を上げる傾向があります。
熱処理応答： - 正規化：均一な微細構造を回復し、靭性を改善することができます；両グレードは予測可能に応答します。 - 急冷およびテンパー：通常の構造供給には典型的ではなく必要ありません；適用される場合は、微合金析出物の過度のテンパーを避けるために、より高いテンパー制御が必要です。 - 熱機械的制御加工（TMCP）：これらのグレードを生産するための主要な産業ルート—制御された圧延と加速冷却により、ほとんどの場合、溶接後の熱処理なしで所望の強度/靭性が得られます。
4. 機械的特性
| 特性 | 典型的L360（指標） | 典型的L390（指標） |
|---|---|---|
| 降伏強度 (Rp0.2) | ≈ 360 MPa (名目) | ≈ 390 MPa (名目) |
| 引張強度 | ~480 – 620 MPa (厚さ/プロセスによる) | ~500 – 640 MPa (厚さ/プロセスによる) |
| 伸び (A%) | ~18 – 26% | ~16 – 24% |
| 衝撃靭性 (シャルピーVノッチ) | 良好；試験温度と厚さに依存（通常は0から−20 °Cで指定される） | 靭性のために処理された場合は同等；低温使用にはより厳しい仕様が必要な場合があります |
| 硬度 (HB) | 通常は中程度の範囲（< 250 HB） | 平均してやや高いが、依然として溶接可能な硬度範囲内 |
解釈： - L390はL360に対してわずかだが有用な降伏強度の増加を提供します；引張強度は通常比例的に増加します。 - 延性と靭性は、L390が適切なTMCPおよび微合金バランスで生産される場合、グレード間で類似のまま維持される可能性があります。ただし、設計者はL390の伸びがわずかに減少し、硬度がやや高くなることを期待すべきです。これにより成形限界が厳しくなります。 - 常に特定の供給条件（板厚、加工ルート、試験温度）を参照して正確な値を確認してください。
5. 溶接性
溶接性の評価は、炭素当量と加工制御に中心を置いています。微合金化は、ターゲット強度のために炭素当量を低く保つのに役立ちます。
一般的な溶接性指標： - IIW炭素当量： $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - より包括的なパラメータ： $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
定性的解釈： - L360およびL390は、より高炭素合金と比較して比較的低い$CE_{IIW}$および$P_{cm}$を持つように設計されています。微合金化されたグレードは、標準的な予防策が守られる場合、通常良好な溶接性を示します。 - L390は、より高い硬化性と強度が重いセクションや不十分に準備されたジョイントでの冷裂けのリスクを高める可能性があるため、厚いセクションにはやや注意が必要です（予熱、制御されたインターパス温度）。 - 溶接消耗品：低水素電極/フラックスおよび靭性のあるフィラー金属を選択してください；供給者の予熱およびインターパスの推奨を遵守してください。 - 一般的な構造用途には、溶接後の熱処理はほとんど必要ありませんが、重要な低温または大きな/厚い構造物には指定される場合があります。
6. 腐食と表面保護
- これらのグレードは炭素/HSLA鋼であり、ステンレス鋼ではありません。腐食抵抗は普通の炭素鋼のそれです。
- 標準的な保護オプション：熱浸漬亜鉛メッキ、亜鉛メタライジング、塗装/コーティングシステム、エポキシ/有機コーティング、または埋設または水中サービス用の陰極保護。
- PREN（ピッティング抵抗等価数）および類似のステンレス指標は、L360/L390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。参考までに、ステンレスの選択肢は次のように使用されます： $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- 大気環境では、亜鉛メッキされたL390は亜鉛メッキされたL360と同様の保護を提供します；選択は機械的要件とコーティング寿命の目標によって決定されるべきです。
7. 製造、加工性、成形性
- 切断（炎、プラズマ、レーザー）：両グレードは類似の挙動を示します；L390のやや高い強度は、わずかに多くの電力または遅い切断速度を必要とする場合があります。
- 成形および曲げ：L360は降伏が低いため、やや優れた冷間成形性を提供します；L390は、特に厚いセクションでは、より大きな曲げ半径または温間成形を必要とする場合があります。
- 加工性：両者は低炭素HSLA鋼の典型的な特性を持ち、良好な加工性を示しますが、鉛鋼ほど自由に切削できるわけではありません。L390の高い強度は、工具寿命をわずかに短くするか、より多くの切削力を必要とする場合があります。
- 表面仕上げおよび研削：両者は標準的な仕上げ手法に良好に応答します；硬度が高い領域（例：熱影響部）は、ドレッシングまたは特定の研削パラメータが必要な場合があります。
8. 典型的な用途
| L360 — 典型的な用途 | L390 — 典型的な用途 |
|---|---|
| 溶接性と成形性が優先される中程度の構造鋼作業（ビーム、チャンネル、ブレース） | 適度な重量削減またはより高い許容応力が材料を節約する構造プレートおよびセクション |
| 中程度の荷重を持つ一般的な製作および溶接組立体 | 同等の強度のために薄い厚さをターゲットにした製作（橋、重いフレーム） |
| 良好な靭性と延性を必要とする機械部品 | より高い静的荷重を受ける部品またはより厳しいたわみ制限が適用される部品 |
| 追加の保護コーティングを施したオフショア構造物 | 強度の向上によりセクションの削減とコスト削減が可能なインフラストラクチャ |
選択の理由： - 成形、曲げ、溶接の容易さが優先され、重量の小さな犠牲が許容される場合はL360を選択してください。 - L390は、段階的な強度が薄いまたは軽い設計を可能にし、製造業者が靭性を維持するためにより厳しい加工制御を満たすことができ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：L390は通常、より厳しいプロセス制御（TMCP）や、時には高い微合金含有量および加工収率の損失により、L360よりもわずかに高価です。単位材料コストの違いは、厚さの削減による全体的な製作コストの節約と比較して控えめです。
- 入手可能性：両者は多くの地域の主要な製鋼所から板およびコイルで一般的に入手可能ですが、入手可能性は地元の製鋼所の製品範囲によって異なります。L360のバリエーションはしばしばより普及しています；L390は一部の市場では特別な提供であるか、最小注文数量が必要な場合があります。
- 製品形態：板、コイル、熱圧延セクション。リードタイムおよび製鋼所の試験（シャルピー、引張）は、発注書に指定する必要があります。
10. まとめと推奨
| 属性 | L360 | L390 |
|---|---|---|
| 溶接性 | 非常に良好 | 良好（厚いセクションではやや多くの制御が必要） |
| 強度–靭性のバランス | バランスが取れている；やや延性が高い | 同じ厚さでの降伏/引張強度が高い；適切に処理された場合は靭性が比較可能 |
| コスト（材料） | 低い | やや高い |
推奨事項： - 次の条件に該当する場合はL360を選択してください： - 設計が成形と溶接の容易さを優先し、厳しい曲げ半径や高い伸びが必要です。 - プロジェクトの供給チェーンが容易に入手可能で低コストの板およびコイルを好みます。 - 重量削減が主要なドライバーではありません。
- L390を選択する場合：
- 許容応力のわずかな増加または板厚の削減が組立てにおけるコストまたは重量の節約を生む場合。
- 製作工場が厚い溶接部品のために推奨される予熱/インターパス制御を維持できる場合。
- プロジェクトが許容できる溶接性と靭性を維持しながら、より高い名目降伏強度を要求する場合。
最終的な注意：両グレードはHSLAファミリーの一部であり、主に加工と微合金の最適化によって異なるため、実際の選択は構造計算、成形制約、および供給の考慮に依存することが多いです。重要な用途（低温サービス、重い溶接構造）には、常に必要なシャルピー温度、厚さの影響を指定し、納入された化学成分と機械データを確認するために製鋼所の試験証明書を要求してください。