Q195対Q235 – 成分、熱処理、特性、および用途

はじめに

Q195とQ235は、構造、製造、一般工学用途で広く使用される中国の炭素鋼の2つの一般的な指定です。エンジニア、調達マネージャー、製造プランナーは、コスト、成形性、溶接の便利さ、必要な最小強度のバランスを取る際に、しばしばこれらの間で決定を下します。典型的な決定の文脈には、軽構造部品のための低コストの板を選択すること、重製造のための基材を選択すること、またはより高い降伏強度が材料コストと製造調整の増分を正当化するかどうかを判断することが含まれます。

この2つのグレードの主な実用的な違いは、最小降伏強度とそれを達成するために使用される合金制御です：Q195は、経済的な製造のために最適化された低降伏、成形が容易な構造鋼であり、Q235は、やや高い強度と広く類似した化学組成を持つ高降伏の一般構造鋼です。これらの特性は、Q195が非常に軽い構造物や部品に使用され、Q235が一般的な構造セクションや板により一般的である理由を説明しています。

1. 規格と指定

• Q195とQ235は、中国のGB規格（GB/T）からの指定です。これらは、GB/T 700（一般構造用の熱間圧延鋼板、シート、ストリップ）や関連する国家製品規格で一般的に見られます。
• 同等性/関連する国際規格：
• Q235は、適用範囲（構造炭素鋼）の観点からASTM A36 / EN S235と比較されることが多いですが、直接の相互交換には厚さおよび熱処理に特有の検証が必要です。
• Q195は、直接の単一国際同等物はありませんが、非重要な軽負荷部品に使用される低炭素の軟鋼にマッピングされる低クラスの構造炭素鋼です。
• 分類：
• Q195とQ235は、いずれもプレーン炭素構造鋼（非合金、非ステンレス、現代の合金定義によるHSLAではない）です。これらは、熱処理可能な合金鋼や工具鋼ではありません。

2. 化学組成と合金戦略

両グレードは、限られた合金を持つ低炭素鋼として制御されています。単一のミル認証組成（生産者や製品形状によって異なる）を提示するのではなく、以下の表は、制御される典型的な元素と各グレードの一般的な役割または相対的なレベルを要約しています。重要な用途の場合は、ミル試験証明書（MTC）から最終的な組成を常に確認してください。

元素	Q195の典型的なレベル	Q235の典型的なレベル	役割 / コメント
C（炭素）	非常に低い	低〜中程度	炭素は基本的な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。
Mn（マンガン）	低い	中程度	Mnは強度を増加させ、鋼を脱酸します。Q235の中程度のMnは、より高い降伏をサポートします。
Si（シリコン）	低い（脱酸剤）	低い（脱酸剤）	シリコンは主に脱酸剤です。脆さを避けるために低く保たれています。
P（リン）	制御された低（不純物）	制御された低（不純物）	Pは脆化を避け、靭性を維持するために制限されています。
S（硫黄）	制御された低（不純物）	制御された低（不純物）	Sは制限されています。硫化物は加工性を改善しますが、靭性と溶接性を損ないます。
Cr、Ni、Mo、V、Nb、Ti、B	意図的に合金されていない；微量または存在しない	意図的に合金されていない；微量または存在しない	これらの微合金元素は、標準のQ195/Q235には通常存在しません。存在する場合は異なるグレード（HSLAまたは合金鋼）を示します。
N（窒素）	微量	微量	窒素は低レベルで存在する可能性があります。いくつかの熱機械プロセスで特性に影響を与えます。

合金戦略の違い： - Q195：化学組成は最大の成形性と低コストのために保守的に制御されています。冷間割れのリスクを最小限に抑え、簡単な曲げやスタンピングを可能にするために、炭素は非常に低く保たれています。 - Q235：炭素とマンガンは、グレード名を満たすために降伏強度を上げるためにやや高いレベルで制御されています。化学組成はシンプルなままで、製造と溶接プロセスを簡素化します。

3. 微細構造と熱処理応答

微細構造： - 両グレードは、典型的な熱間圧延板またはシートで生産され、主にフェライトとパーライトで構成されています。炭素含有量が低いため、フェライトが優勢な相であり、パーライトの島が強度を提供します。 - Q195は、炭素当量が低いため、柔らかいフェライトの割合が高く、より細かいパーライト含量を持ち、より高い延性を発揮します。 - Q235は、わずかに多くのパーライトを含み（圧延による微小変形密度がわずかに高い場合があります）、より高い降伏強度を提供します。

熱処理および加工への応答： - 正常化：軽微な効果；正常化は粒径を精製し、強度と靭性をわずかに増加させることができます。両グレードは反応しますが、硬化性のために合金化されていないため、利点は通常限られています。 - アニーリング：完全アニーリングは、いずれのグレードも柔らかくし、強度を犠牲にして延性を増加させます。成形や深絞りが必要な場合に使用されます。 - 窒化およびテンパリング：これらのグレードには一般的に適用されません。低炭素と強い合金の不在により硬化性が制限されるため、窒化は通常限られたマルテンサイトを生成し、コスト効果がありません。 - 熱機械加工：先進的な圧延制御プロセス（TMCP）は、現代のHSLA鋼に使用されます。標準のQ195/Q235は通常このように加工されないため、厚さ方向の微細構造の変更は限られています。

要するに：両者は熱間圧延状態で容易に加工されます。どちらも急冷/テンパーサイクルによる硬化を目的としておらず、両者は軽微な特性調整が必要な場合に制御圧延と正常化から最も利益を得ます。

4. 機械的特性

以下の表は、名目上の特性の違いに焦点を当てています。最小降伏値はグレード指定（Q = MPaでの降伏）によって暗示されます。実際の特性は、厚さ、圧延スケジュール、熱処理に依存します—ミル証明書で確認してください。

特性	Q195（典型的）	Q235（典型的）	実用的な意味
降伏強度（名目最小）	約195 MPa	約235 MPa	Q235は、より高い保証された最小降伏を持っています。これは構造設計の主な差別化要因です。
引張強度	Q235より低い（製品に依存）	Q195より高い（製品に依存）	Q235は、わずかに高い炭素/Mnのため、通常はより高い引張強度を示します。
伸び（延性）	一般的に高い	わずかに低い	Q195は一般的に成形操作においてより延性があり、許容度が高いです。
衝撃靭性	常温で比較可能；Q195は低炭素のため、寒冷条件でわずかに優れる可能性があります	良好；非常に低温条件では脆性破壊に対する抵抗がわずかに低い場合があります	両者は一般的な構造用途に適しています；低温サービスには特定の認証が必要です。
硬度	低い	わずかに高い	Q235はわずかに硬く、摩耗や加工にわずかに影響します。

説明： - Q235は設計上強度が高く（保証された降伏が高い）、Q195は成形性のためにいくつかの強度を犠牲にしています。常温での靭性は通常比較可能ですが、Q195の低炭素は硬化性を低下させ、制約のある溶接や非常に低温での脆性破壊の感受性を減少させます。

5. 溶接性

溶接性は主に炭素含有量、炭素当量（CE）、および微合金元素の存在に依存します。Q195やQ235のようなプレーン炭素鋼の場合、溶接性は一般的に良好ですが、Q235のわずかに高い炭素とマンガンは、厚いセクションや制約のある溶接において硬化や冷間割れの可能性を高めます。

有用な炭素当量の公式（定性的解釈のため）： - IIW炭素当量（迅速な比較評価に便利）： $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - より詳細なPcm（いくつかの規格で予熱および溶接後の熱処理の必要性を予測するために使用）： $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

解釈（定性的）： - 両グレードは通常、より高い合金鋼と比較して低い$CE_{IIW}$および$P_{cm}$値を持ち、一般的な消耗品で良好な溶接性を示し、低い予熱と簡単な手順を必要とします。 - 厚いセクション、制約のある接合部、または多重パス溶接の場合、Q235はその高い炭素当量のためにQ195よりもわずかに多くの注意（予熱、制御されたインターパス温度）が必要になる場合があります。しかし、一般的な板厚および建設溶接の場合、軟鋼の標準溶接手順は通常十分です。 - 常にMTCデータを使用してCEまたはPcmを計算し、疑問がある場合はコード/プロジェクト特有の溶接手順の資格を遵守してください。

6. 腐食と表面保護

• Q195もQ235も、化学的にステンレスまたは耐腐食性ではありません。大気中または腐食性環境では、保護が必要です：
• 屋外構造物のための熱浸漬亜鉛メッキ。
• 建築または海洋にさらされる表面のためのプライマーおよび塗装システム。
• 攻撃的な環境のためのクラッディングまたは腐食許容。
• PREN（ピッティング抵抗等価数）はステンレス合金にのみ関連し、Q195/Q235には適用されません。ステンレス鋼のPREN公式は： $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Q195/Q235の場合、腐食保護の選択は、内在的な合金化ではなく、環境、設計寿命、およびメンテナンス戦略によって推進されます。

7. 製造、加工性、成形性

• 成形性と冷間曲げ：Q195は、炭素が低く、降伏が低いため、一般的に曲げ、スタンプ、成形が容易で、割れが発生しにくいです。Q235は信頼性を持って成形できますが、わずかに大きな曲げ半径や、タイトな半径のためにより制御された操作が必要になる場合があります。
• 切断と加工：両者は低炭素鋼のように切断および加工されます。Q235の高い引張強度とわずかに高い硬度は、工具の摩耗をわずかに増加させる可能性がありますが、加工性は両者とも良好です。
• パンチングと冷間加工：Q195は高変形操作に対してより許容度が高いです。Q235は典型的な工場プロセスに耐えますが、タイトな公差でのスプリングバックとトリミングに注意が必要です。
• 表面仕上げ：両者は標準的な工場仕上げ、塗装、亜鉛メッキを受け、従来の消耗品で溶接可能です。

8. 典型的な用途

以下の表は、一般的な用途と選択の理由を要約しています。

Q195 — 典型的な用途	Q235 — 典型的な用途
軽いスタンピングおよびプレス部品、小さなブラケット、ハウジング、非構造的なシートコンポーネント	一般構造用の板、梁、チャンネル、溶接鋼フレーム、橋（重要でない）、建設用板
低コストで成形性が重要な装飾的または軽負荷の製造部品	機械フレーム、支持、貯蔵タンク（腐食保護が適用される場合）、一般工学用板
低コストのフェンス、軽い手すり、および重要な成形を伴うコンポーネント	設計安全のためにより高い最小降伏が必要な構造セクションおよび板

選択の理由： - 成形の複雑さ、低材料コスト、高延性が優先され、設計荷重が低い降伏強度を許容する場合はQ195を選択してください。 - 設計がより高い保証された降伏強度を要求する場合、またはコードや構造計算が235 MPa（または同等の）以上の最小降伏を指定する場合はQ235を選択してください。

9. コストと入手可能性

• コスト：Q195は、通常、機械的性能要件が低く、処理目標が簡単なため、Q235よりもわずかに安価です。マージンは市場条件や厚さ/形状によって異なります。
• 入手可能性：Q235は構造用途でより一般的に在庫され、指定されるため、標準的な板、セクション、コイルでより入手可能です。Q195は入手可能ですが、商品低価格のシートや特定の製品ラインでより一般的です。
• 製品形状：両者は熱間圧延板、シート、コイルとして広く入手可能です。重いセクションや認定された構造製品の場合、Q235は認識された検査およびミル試験文書とともに提供されることが一般的です。

10. 要約と推奨

要約表（定性的）：

側面	Q195	Q235
溶接性	非常に良好（低炭素のため容易）	非常に良好（わずかに高いCE；厚いセクションに注意）
強度–靭性のバランス	低い降伏、高い延性；良好な靭性	高い降伏強度；わずかに延性が低いが、典型的な構造用途に対して堅牢な靭性
コスト	低い（経済的）	中程度（広い市場受容）

推奨： - Q195を選択する場合： - あなたの設計が成形、曲げ、または深絞りを重視し、高い最小降伏強度を必要としない場合。 - 非重要な軽負荷部品のために材料コストと簡単な製造を優先する場合。 - コンポーネントが強度の向上を必要とせず、標準的な腐食保護が適用される環境で使用される場合。

• Q235を選択する場合：
• 設計または構造コードが約235 MPaの最小降伏または同等の構造鋼を指定する場合。
• 一般的な構造用途、板、およびセクションのために良好な溶接性を持つ高強度のバランスが必要な場合。
• 建設や設備製造のために標準的なミル文書を持つ広く入手可能なグレードを好む場合。

最終的な注意：Q195とQ235は、構造および製造作業において重複するが異なるニッチを持っています。安全上重要なまたはコード制御された設計の場合は、常にミル試験証明書から機械的および化学データを確認し、溶接時に炭素当量値を計算し、サービス条件に応じて保護コーティングを選択してください。