Q235B 対 Q235C – 成分、熱処理、特性、および用途
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はじめに
Q235は、一般的な工学および建設で広く使用される中国規格の低炭素構造鋼のファミリーです。エンジニア、調達マネージャー、製造プランナーは、コスト、溶接性、使用中の靭性のバランスを取る際に、Q235BやQ235Cなどのサブグレードの間で頻繁に決定を下します。典型的な決定の文脈には、溶接された構造部品、機械フレーム、低温または衝撃にさらされるサービスにさらされる部品が含まれます。
Q235BとQ235Cの主な実用的な違いは、指定された試験条件下での必要な衝撃靭性のレベルです：Q235CはQ235Bよりも高い衝撃抵抗にグレード付けされており、靭性の向上や低温性能が求められる場合に一般的に選択されます。化学的には、両グレードは非常に似ています；違いは主に靭性を達成するための試験および資格（時にはプロセス制御）にあります。
1. 規格と指定
- 中国規格：GB/T 700 — Q235ファミリーはここで定義されています。サブグレードA、B、C、D、Eは、衝撃試験の要求が徐々に厳しくなることや、異なる許容試験温度およびプロセス制御を示します。
- 国際的な同等物/関連仕様：
- ASTM/ASME：直接の1対1の同等物はありませんが、Q235は機械的特性や用途においてASTM A36（構造炭素鋼）と比較されることがよくあります。
- EN（ヨーロッパ）：S235構造鋼と類似の使用ですが、成分および試験の違いがあります。
- JIS（日本）：直接の1対1はありません；使用および分類が異なります。
- 材料分類：Q235のバリアントは、プレーンカーボン構造鋼（ステンレスではなく、高合金の意味での合金でもなく、厳密な現代の定義によるHSLAでもありません）。一般目的の炭素構造鋼として使用されます。
2. 化学組成と合金戦略
| 元素 | 典型的な範囲 / コメント (Q235ファミリー) |
|---|---|
| C（炭素） | ≤ 0.22%（強度と溶接性を制御） |
| Mn（マンガン） | ≤ 1.40%（強度、硬化性、脱酸） |
| Si（シリコン） | ≤ 0.35%（脱酸剤；強度への影響は小さい） |
| P（リン） | ≤ 0.035%（不純物制御；靭性に影響） |
| S（硫黄） | ≤ 0.035%（不純物制御；加工性） |
| Cr（クロム） | 指定なしまたは微量（通常は≤ 0.30%残留） |
| Ni（ニッケル） | 指定なしまたは微量（通常は≤ 0.30%残留） |
| Mo（モリブデン） | 指定なしまたは微量 |
| V, Nb, Ti, B | Q235における微合金化は一般的ではなく、通常は欠如または微量レベル |
| N（窒素） | 残留；脆化を防ぐために制御 |
注意： - Q235BとQ235Cは、GB/T 700の下で本質的に同じ化学組成の限界を共有しています；主な違いは、靭性を確保するための衝撃試験およびプロセス資格にあります。微量の残留元素や意図的な微合金化はQ235の標準ではありませんが、バリアントや専有製品に現れることがあります。 - 合金戦略：Q235は、合金による強度の向上よりも溶接性と成形性を優先する低炭素戦略です。低炭素は炭素当量を低く保ち、溶接性を改善し、硬化性を最小限に抑えます。
3. 微細構造と熱処理応答
微細構造： - 熱間圧延されたQ235鋼は通常、フェライト–パーライトの微細構造を示します：強度を制御する柔らかいフェライトマトリックスとパーライト島。 - フェライトとパーライトのバランスおよび粒径は、圧延スケジュール、冷却速度、および熱機械処理に依存します。
熱処理応答： - Q235グレードは主に熱間圧延または正規化された状態で供給されます。化学成分と断面サイズが硬化性を制限するため、急冷および焼戻しによる大幅な硬化を目的として設計されていません。 - 正規化は粒径をわずかに細かくし、微細構造を均一化し、靭性を適度に改善します。 - Q235に対しては、通常の生産のために急冷および焼戻しは一般的に適用されません。低炭素と合金元素の欠如が達成可能な硬度を制限し、経済的でない可能性があるためです；代わりに、急冷/焼戻し特性が必要な場合は、より高強度の鋼が選択されます。 - 一部の製鋼所では、化学的変化なしに靭性を改善し、微細構造を精製するために熱機械制御処理（TMCP）バリアントが提供されることがあります；そのようなプロセスルートは、組成を変更せずにQ235Cクラスの靭性を提供できます。
比較： - 微細構造的には、Q235Cは標準のQ235Bに対して、より細かい粒状のフェライト–パーライトとより良い衝撃性能を達成するために、追加のプロセス制御または低い最終圧延/冷却温度を経る傾向があります。基相は両グレードともフェライトとパーライトのままです。
4. 機械的特性
| 特性 | Q235B（典型的） | Q235C（典型的） | 注意 |
|---|---|---|---|
| 降伏強度 (Rp0.2 / ReH) | ≈ 235 MPa（設計降伏） | ≈ 235 MPa | 「235」という指定は、最小名目降伏レベルを示します |
| 引張強度 | ~370–500 MPa | ~370–500 MPa | 引張範囲は厚さおよび製鋼所の慣行に依存；両グレードで類似 |
| 伸び (A) | ≥ ~20–26%（厚さ依存） | ≥ ~20–26% | 比較可能な延性；Q235Cは一部の製鋼所の納品でわずかに良好な伸びを示す場合があります |
| 衝撃靭性（定性的） | Bクラスの衝撃要件を満たす | より厳しいCクラスの衝撃要件を満たす | Q235Cは、指定された温度でより高い衝撃エネルギーのために指定され、試験されています |
| 硬度 | ~120–160 HB（典型的、熱間圧延） | ~120–160 HB | 硬度は類似；低炭素化学の結果 |
解釈： - 強度（降伏/引張）は本質的に同じです：両方とも名目235 MPaの降伏鋼です。実際の機械的な違いは、指定された試験条件下での衝撃靭性にあります—Q235Cはより高い靭性要件に制御されています。 - 延性と硬度は大きく重なります；プロセス制御と厚さが値に影響を与えることが多く、サブグレードの文字よりも影響が大きいです。
5. 溶接性
Q235ファミリーの溶接性は、低炭素含有量と低炭素当量（CE）のおかげで好ましいです。炭素当量の公式を使用することで、冷却亀裂のリスクや予熱要件を評価するのに役立ちます。
一般的な溶接性指標： - 国際溶接協会の炭素当量： $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - 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： - Q235BおよびQ235Cの両方において、$CE_{IIW}$および$P_{cm}$は通常、Cおよび合金元素が限られているため低く、従来のフィラー金属および標準手順で良好な溶接性を示します。 - Q235Cのより高い靭性要件は、炭素含有量を大幅に増加させることはありません；ただし、靭性を確保するために使用されるプロセスステップ（例：細かい粒、含有物の減少）は局所的な硬化性に影響を与える可能性があります。実際には、Q235Cの溶接手順はQ235Bと類似していますが、エンジニアは厚い部分を溶接する際やHAZでの衝撃靭性を保持する必要がある場合に、やや保守的な予熱またはインターパス制御を適用することがあります。 - 重要な構造物については、常に溶接資格を実施し、ジョイント設計、溶接消耗品、および後処理の熱処理のニーズを考慮してください。
6. 腐食と表面保護
- Q235グレードはプレーンカーボン鋼であり、ステンレス鋼のように耐腐食性はありません。露出した用途には表面保護が必要です。
- 一般的な保護戦略：
- 長期的な大気保護のための熱浸漬亜鉛メッキ。
- 建築または穏やかな環境のための有機コーティング（塗料、粉体コーティング）。
- 保管/輸送中の短期保護のための油または一時的なコーティング。
- PREN（ピッティング抵抗等価数）はQ235には適用されません。なぜなら、PRENはオーステナイト系ステンレス鋼を評価するために使用されるからです： $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- Q235ファミリーのメンバーにとって、腐食許容、コーティングシステムの仕様、および検査計画は、合金化学よりも適切な設計制御です。
7. 加工、加工性、および成形性
- 成形性：Q235鋼は低炭素および均一なフェライト–パーライト微細構造のおかげで、優れた成形性と冷間曲げが典型的です。スプリングバックと薄化は通常の低炭素鋼のパターンに従います；穏やかな鋼に使用されるプレスブレーキ手順が適用されます。
- 加工性：Q235は一般的な穏やかな鋼のように振る舞い、加工性は中程度です。より高い硫黄バージョン（Q235では標準ではない）はチップの破損を改善しますが、靭性を低下させる可能性があります。
- 切断/レーザー/プラズマ：標準的な切断および熱プロセスが容易に適用され、熱影響部は簡単に制御できます。
- Q235BとQ235Cの違い：成形および加工において最小限です。Q235Cのより強靭な微細構造は、特に低温での成形操作中の脆性破壊に対する抵抗を改善することができます。
8. 典型的な用途
| Q235B — 典型的な用途 | Q235C — 典型的な用途 |
|---|---|
| 建物や一般的な工学のための一般構造部材（ビーム、チャンネル、プレート） | やや高い靭性または低温サービスを意図した構造部材およびコンポーネント（フレーム、シャーシ、寒冷地用コンポーネント） |
| 常温での製作機械フレーム、溶接アセンブリ、タンク | 衝撃荷重が予想される溶接構造物または資格試験がより高い靭性を要求する場合 |
| 冷間成形セクション、円形溶接パイプ、一般的な製作 | 製鋼所で試験された衝撃性能（Cクラスレベル）が動的または衝撃荷重に対する追加の保証を提供するコンポーネント |
| 農業機器、重要でない機械部品 | サービスの耐久性を向上させるために衝撃試験された在庫を指定する請負業者向けの材料 |
選択の理由： - 常温性能、調達の容易さ、コスト効率が優先される標準的な構造用途にはQ235Bを選択してください。 - より高い衝撃エネルギーを示す必要がある部品や、仕様試験の限界に近い動的荷重や低温条件にさらされる可能性があるアイテムにはQ235Cを選択してください。
9. コストと入手可能性
- Q235Bは最も一般的で広く入手可能なサブグレードであり、追加の靭性資格なしで標準的な熱間圧延の実践に従って生産されるため、一般的にQ235ファミリー内で最も低コストのオプションです。
- Q235Cは、より高い衝撃エネルギー要件を満たすために製鋼所が必要とする追加のプロセス制御、試験、または選択基準を反映した適度なプレミアムがかかる場合があります。
- 製品形状による入手可能性：両グレードは熱間圧延プレート、コイル、構造セクション、溶接可能なチューブとして広く入手可能です。Q235Cを指定すると、製鋼所が追加の衝撃試験を実施する必要がある場合や特定の熱機械処理を行う必要がある場合、リードタイムが長くなることがあります。
10. 概要と推奨
| 基準 | Q235B | Q235C |
|---|---|---|
| 溶接性 | 優れた（低CE） | 優れた（低CE）；類似の手順；重要な溶接ではHAZ制御に注意が必要な場合があります |
| 強度–靭性のバランス | 標準的な構造靭性 | 仕様条件での靭性の向上（脆性破壊に対するより高い保証） |
| コスト | 低い / 最も経済的 | やや高い（試験/処理プレミアム） |
推奨： - 標準的な衝撃性能が十分な常温で溶接および成形された部品のためのコスト効率が高く、広く入手可能な構造鋼が必要な場合はQ235Bを選択してください。 - 部品が衝撃荷重、低サービス温度、または契約上必要な衝撃認証にさらされる場合はQ235Cを選択してください；化学組成が本質的に同じであっても、より高い靭性が重要な場合はQ235Cを指定してください。
最終的な注意：重要な構造物については、常に完全な製鋼所の試験証明書を確認し、必要な衝撃試験温度とエネルギーを指定し、溶接手順の資格および製作後の検査を確認して、納入された材料がプロジェクトの要件を満たしていることを確認してください。