Q235B 対 Q235C – 成分、熱処理、特性、および用途

はじめに

Q235は広く使用されている中国の構造炭素鋼ファミリーです。接尾辞BとCは、エンジニアや調達専門家がプレート、バー、構造セクションの材料を選択する際に一般的に比較される同じ基本グレードのバリアントを示します。典型的な意思決定の文脈には、コストと低温靭性のバランス、溶接性と加工の容易さを優先すること対、低温での衝撃性能の検証が必要なことが含まれます。

Q235BとQ235Cの主な違いは、Q235Cの低い試験温度での検証された衝撃靭性です。両グレードは本質的に同じ化学仕様と一般的な機械的挙動を共有していますが、衝撃試験の受入基準が異なるため、寒冷環境や破壊靭性の制御が重要な場合の適用選択に影響を与えます。

1. 規格と呼称

• GB/T 700 — 炭素構造鋼（Q235ファミリー）の中国国家標準。
• 比較可能な国際的呼称（一般的な参考用）：
• EN: S235シリーズ（使用において大まかに比較可能だが、化学や試験は同一ではない）。
• ASTM/ASME: A36（類似の構造機能を果たすが、直接的な一対一ではない）。
• JIS: 同等の呼称は異なる（正確な一致はない）。

分類： - Q235BとQ235Cは、合金、工具、ステンレス、またはHSLAグレードではない、プレーンな低炭素構造鋼（炭素鋼）です。これらは、単純な生産ルートと高い成形性を持つ一般的な構造用途を意図しています。

2. 化学組成と合金戦略

Q235BとQ235Cは、GB/T 700の下で同じ名目化学仕様を持っています。接尾辞の違いは、衝撃試験温度と受入基準にあり、化学にはありません。製鋼所間でのわずかな違いは存在する可能性がありますが、意図的な合金添加は最小限です — このグレードは低炭素、低合金の構造鋼として設計されています。

表：Q235（B/C）のためのGB/T 700に基づく典型的な組成限界（wt%）

元素	典型的な限界または範囲（wt%）
C（炭素）	≤ 0.22
Mn（マンガン）	≤ 1.40
Si（シリコン）	≤ 0.35
P（リン）	≤ 0.045
S（硫黄）	≤ 0.045
Cr（クロム）	意図的に添加されていない; 通常は≤ 0.30（不純物）
Ni（ニッケル）	意図的に添加されていない; 通常は≤ 0.30（不純物）
Mo（モリブデン）	意図的に添加されていない; 通常は≤ 0.10–0.30微量
V, Nb, Ti, B	意図的に添加されていない（マイクロ合金化は定義的な特徴ではない）
N（窒素）	製鋼の一部として制御されている; 指定された合金添加ではない

合金戦略が特性に与える影響： - 低炭素（≤0.22%）は、鋼を容易に溶接可能で延性を保ちます。 - マンガンは脱酸を提供し、適度な強化効果をもたらし、硬化性をわずかに改善します。 - シリコンは脱酸剤であり、中程度のレベルで存在する場合に強度に寄与します。 - リンと硫黄は、結晶粒界を脆化させ、靭性を低下させるため、低く制御されています。 - 意図的なマイクロ合金化（V, Nb, Ti）の不在は、析出による強化が限られ、適度な硬化性を意味します; Q235は古典的な軟鋼のように振る舞います。

3. 微細構造と熱処理応答

典型的な加工下の微細構造： - 熱間圧延されたQ235（BおよびC）は主にポリゴナルフェライトといくつかのパーライト島から成ります。結晶粒のサイズとバンディングは、圧延スケジュールと冷却速度に依存します。 - 標準的な加工下では、バイナイトやマルテンサイトの重要な体積比は意図されていません。

熱処理応答： - Q235は、低炭素と合金の欠如が硬化性を制限するため、焼入れと焼戻しによって高強度を達成する意味で熱処理可能なグレードではありません。正規化は結晶粒サイズを精製し、強度と靭性をわずかに向上させることができます。 - 典型的な生産ルート： - 熱間圧延 + 制御冷却 → 良好な延性を持つ典型的な微細構造。 - 正規化（適用される場合）→ わずかに細かいフェライト-パーライト、靭性の改善。 - 焼入れと焼戻しは一般的には使用されません。なぜなら、深い硬化にはより高い炭素と合金含有量が必要であり、試みはわずかな利益しか得られず、歪みのリスクがあります。 - 現代の製鋼所が使用する熱機械制御加工（TMCP）は、結晶粒の精製と制御された変態によって強度-靭性のバランスを改善できますが、このグレードは依然として低炭素構造鋼です。

4. 機械的特性

表：典型的な機械的特性（代表的な範囲）

特性	Q235B（典型的）	Q235C（典型的）
降伏強度（Rp0.2）	≈ 235 MPa（名目設計値）	≈ 235 MPa（名目設計値）
引張強度（Rm）	≈ 370–500 MPa（厚さ/加工に依存）	≈ 370–500 MPa（類似）
伸び（A）	≥ 20–26%（厚さに依存）	≥ 20–26%（類似）
衝撃靭性（シャルピーVノッチ）	≥ 27 J at +20°C（「B」の典型的な受入基準）	≥ 27 J at 0°C（「C」の典型的な受入基準）
硬度（HB）	~120–170 HB（加工に依存）	~120–170 HB（類似）

解釈： - 強度：両グレードは同じ名目降伏挙動（「235」指定子）を持つことが規定されています。実際の引張強度と降伏値はセクションサイズと製鋼プロセスによって異なりますが、BとCの間に内在的な強度の利点はありません。 - 靭性：定義的な違いは、Q235Cの低温での検証された衝撃性能です。これは、Q235Cが低温でのエネルギー吸収を示さなければならず、寒冷サービスにおける脆性破壊のリスクを低下させることを意味します。 - 延性：両グレードは低炭素鋼に一致する高い延性を保持しています。

5. 溶接性

Q235BとQ235Cの溶接性は、低炭素含有量と強い硬化性合金元素の欠如により一般的に良好です。いくつかの手段と公式がエンジニアが溶接性を定性的に評価するのを助けます。

一般的な炭素換算指数： - IIW炭素換算： $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm（IIW由来のより保守的）： $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

定性的解釈： - 両グレードは通常、高強度・高合金鋼に比べて低い$CE_{IIW}$および$P_{cm}$値を持ち、一般的な厚さに対しては少ない予熱で簡単な溶接実践を示唆します。 - 主な実用的な溶接の考慮事項は、Q235Cが低温での靭性を検証されていることです。溶接工やエンジニアは、溶接ゾーンと熱影響部が、特に寒冷気候において、部品全体の衝撃試験要件を満たすことを確認する必要があります。 - 厚いセクションや複雑な溶接アセンブリの場合は、標準的な制御を実施します：予熱、インターパス温度、溶接後の熱処理（ジオメトリに必要な場合）、および資格のある溶接手順。

6. 腐食と表面保護

• Q235BとQ235Cは非ステンレスのプレーン炭素鋼であり、腐食抵抗は軟鋼に固有のものに限られます。
• 典型的な保護戦略：
• 大気腐食保護のための熱浸漬亜鉛メッキ。
• 美観と保護層のための亜鉛リッチプライマー、塗装、粉体コーティング。
• 設計における腐食余裕または犠牲コーティングの使用。
• PREN（ピッティング抵抗等価数）は、これらの非ステンレス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鋼にのみ関連し、Q235のバリアントに対しては、腐食制御のための保護システムとコーティングの選択が正しいアプローチです。

7. 加工、機械加工性、成形性

• 成形性：低炭素含有量と延性のあるフェライト微細構造により、両グレードとも優れた成形性を持ちます。曲げ、スタンピング、適度な冷間成形に適しています。Q235Cの低温での検証された靭性は、周囲温度での成形挙動を実質的に変えません。
• 機械加工性：軟炭素鋼に典型的です。適切な工具、フィード、冷却剤を使用することで機械加工性をさらに最適化できます。低合金含有量は切削を簡素化します。フリーマシニングバリアントは異なり、Q235 B/Cの一部ではありません。
• 切断とドリル：軟鋼の標準的な実践を超える特別な要件はありません。熱切断、プラズマ、酸素燃料切断はプレートに一般的に使用されます。
• 仕上げ：溶接スパッタの除去、研削、表面処理は通常の手順に従います。衝撃要件を満たすために溶接する場合、HAZの制御と溶接後の検査が必要になることがあります。

8. 典型的な用途

Q235B（一般的な用途）	Q235C（一般的な用途）
一般的な構造セクション（Iビーム、チャンネル）、建物のフレーム、温帯環境での溶接鋼構造	寒冷気候での屋外機器のための構造部品とプレート、または低温衝撃性能が要求される場合
溶接性とコストが主な要因となる製造部品（支持具、ブラケット、一般的な製造）	圧力容器の支持、低温での衝撃耐性が指定されたオフショアまたは高架構造
機械部品、一般用途のプレートとバー	冷蔵設備のフレーム、季節的な低温にさらされる輸送機器

選択の理由： - 最低限の期待されるサービス温度で十分な検証された靭性を提供するバリアントを選択し、コストのバランスを取ります。Q235Bは、周囲温度とサービス条件が下限に近づかない場合に適しています。Q235Cは、設計または規制が低温での検証された衝撃抵抗を要求する場合に選択されます。

9. コストと入手可能性

• コスト：Q235BとQ235Cは同じ基本化学成分と類似のプロセスから製造されており、コスト差は通常小さいです。Q235Cは、低温での衝撃性能を検証するために追加の試験と検査が必要なため、わずかなプレミアムがかかる場合があります。
• 入手可能性：両グレードは中国および中国の構造鋼を調達するグローバルサプライチェーンで広く入手可能です。特定の製品形状（プレート、コイル、バー、溶接セクション）の入手可能性は、地元の製鋼所の生産と在庫に依存します。特別なサイズの場合、リードタイムが増加することがあります。

10. まとめと推奨

表：簡単な比較

属性	Q235B	Q235C
溶接性	優れた	優れた
強度-靭性バランス	周囲温度での標準的な構造バランス	改善された検証された低温靭性
コスト	わずかに低い（低温試験が少ない）	わずかに高い（追加の試験/認証）

結論としての推奨： - Q235Bを選択する場合：部品が通常の温帯環境で運用され、溶接性と最低材料コストが優先され、低温での検証された衝撃靭性に関する規制やプロジェクト要件がない場合。 - Q235Cを選択する場合：部品が低いサービス温度（季節的な寒さ、冷蔵環境、または寒冷気候）にさらされ、プロジェクト仕様が低温での衝撃試験を義務付けている場合、または脆性破壊に対するより高いマージンが必要な場合。

両グレードは実用的で経済的な構造鋼として機能します。Q235BとQ235Cの選択は、化学や基準機械強度の違いよりも、必要な検証された低温靭性によって主に決まります。実際には、材料選択をサービス温度、適用される規範/仕様、および溶接アセンブリの資格要件に合わせて調整します。