Q345対Q355 - 成分、熱処理、特性、および用途
共有
Table Of Content
Table Of Content
はじめに
Q345およびQ355は、中国で指定された構造用鋼の中で広く使用されている2つのグレードであり、建物、橋、圧力部品、重機の設計、製造、調達において頻繁に考慮されます。エンジニアは、これらのグレードを選択する際に、強度と溶接性、コストと安全マージン、低温での靭性などの要因を日常的にバランスさせています。
主な実用的な違いは、Q355がQ345よりも高い公称降伏強度を指定していることですが、同じ低合金高強度構造用鋼のファミリー内に留まっています。2つのグレードは、化学成分や加工経路が類似しているため、選択はしばしば必要な降伏能力、厚さ/断面の制約、衝撃性能、コストによって駆動され、根本的に異なる材料挙動によってではありません。
1. 規格と指定
- 主要な中国の規格: GB/T 1591（高強度低合金構造用鋼）、Q345およびQ355シリーズを含む。
- その他の関連規格およびクロスリファレンスファミリー（入手可能性および正確な同等性は地域や用途によって異なる）: EN（例: S355ファミリー）、ASTM/ASME構造グレード、JIS; GBとEN/ASTMの間の直接的な同等性は正確ではなく、各用途に対して検証する必要があります。
- 分類: Q345およびQ355は、HSLA（高強度低合金）炭素/マイクロ合金構造用鋼です（ステンレス鋼ではなく、工具鋼でもなく、高合金鋼でもありません）。
2. 化学組成と合金戦略
Qシリーズ鋼は、制御された炭素含有量とマイクロ合金化、微細構造の熱機械的制御を組み合わせることで、より高い降伏強度を達成するように設計されています。正確な限界はサブグレード（例: Q345A/B/C/D/Eバリアント）によって異なります; 以下の表は、エンジニアリング選択と比較に使用される典型的な組成範囲を示しています。正確な限界については、適用される証明書および規格を常に確認してください。
| 元素 | 典型的なQ345（wt%） | 典型的なQ355（wt%） |
|---|---|---|
| C | 0.12 – 0.20 | 0.10 – 0.20 |
| Mn | 0.80 – 1.60 | 0.80 – 1.60 |
| Si | 0.20 – 0.50 | 0.20 – 0.50 |
| P | ≤ 0.035 | ≤ 0.035 |
| S | ≤ 0.035 | ≤ 0.035 |
| Cr | ≤ 0.30（存在する場合） | ≤ 0.30（存在する場合） |
| Ni | ≤ 0.30（存在する場合） | ≤ 0.30（存在する場合） |
| Mo | ≤ 0.08（時折） | ≤ 0.08（時折） |
| V | 微量（マイクロ合金化） | 微量（マイクロ合金化） |
| Nb | 微量（マイクロ合金化） | 微量（マイクロ合金化） |
| Ti | 微量（マイクロ合金化） | 微量（マイクロ合金化） |
| B | 微量（希少） | 微量（希少） |
| N | 制御（低） | 制御（低） |
合金が特性に与える影響: - 炭素とマンガンは、主に固体溶解強化を通じて強度を制御し、硬化性に影響を与えます。 - マイクロ合金元素（Nb、V、Ti）は、粒子の細化と析出強化を促進し、大きな炭素の増加なしに降伏強度を改善します（これにより溶接性が保持されます）。 - 低硫黄およびリンが指定されており、靭性と溶接品質を保持します。
3. 微細構造と熱処理応答
典型的な微細構造: - Q345およびQ355の圧延または正規化された板は、一般的にマイクロ合金化と制御された圧延による細かい粒子を持つフェライト-パーライトマトリックスを示します。Q355グレードは、より高い降伏を目指しており、制御された熱機械加工からの転位密度のわずかな増加と強い析出/硬化効果を示す場合があります。 - どちらのグレードも、主に焼入れおよび焼戻し鋼として供給されることはなく、圧延または正規化された状態での製造に適した構造用鋼として意図されています。
熱処理応答: - 正規化: 両グレードは、粒子の細化と強度および靭性の適度な増加で正規化に応答します。正規化は、重いセクションの構造を均一化するために使用できます。 - 焼入れおよび焼戻し: 可能ですが、これらの鋼にとっては一般的ではありません; Q345/Q355は、より高い強度レベルに硬化できますが、靭性と歪みのトレードオフ、厳格な組成管理の必要性により、標準的な構造供給においてQ&Tは稀です。 - 熱機械的制御加工（TMCP）: 現代の生産ルートは、TMCPを使用して靭性を維持しながら降伏強度を増加させます。これは、Q355が同様の化学成分でより高い保証された降伏を達成する主なメカニズムです。
4. 機械的特性
以下は、正規化/圧延状態で供給される代表的な特性範囲です — 最終的な特性は、テンパー、厚さ、およびサブグレードに依存します。
| 特性 | 典型的なQ345 | 典型的なQ355 |
|---|---|---|
| 指定降伏強度（典型的） | 約345 MPa（公称ターゲット） | 約355 MPa（公称ターゲット） |
| 引張強度（Rm） | 約470 – 630 MPa | 約490 – 640 MPa |
| 伸び（A5、% 典型的） | 20 – 26%（厚さによる） | 18 – 25%（厚さによる） |
| シャルピー衝撃（Vノッチ） | サブグレードに対して指定; 通常、指定温度で27 J（変動あり） | 同様の要件; 同等または低い温度で指定される場合があります |
| 硬度（HB） | 約120 – 190 HB（熱処理および厚さによって変動） | 約120 – 200 HB（わずかに高い可能性あり） |
解釈: - Q355は、より高い最小降伏を指定し、しばしばわずかに高い引張包絡線を持ちます; 増加は控えめですが、構造設計にとって意味があります（より小さな断面またはより高い許容応力を可能にします）。 - 靭性（衝撃）は、名目上のグレード番号よりもサブグレードの選択（A/B/C/D/E）、厚さ、および試験温度の影響を受けます。低温用途に対して適切なサブグレードの選択が不可欠です。
5. 溶接性
溶接性は、炭素当量およびマイクロ合金含有量によって影響を受けます。溶接性を評価するために使用される2つの一般的な経験則は次のとおりです:
$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
および
$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
定性的解釈: - Q345およびQ355は、炭素含有量および炭素当量を比較的低く保つように配合されています。マイクロ合金化（Nb、V、Ti）は、炭素の大きな増加なしに強度を提供し、溶接性を保持するのに役立ちます。 - Q355は、処理およびわずかに異なる化学成分により、特定のサブグレードでわずかに高い硬化性を持つ場合があります; したがって、Q355の厚いセクションに対しては、Q345よりもやや保守的な予熱およびインターパス温度管理が必要になる場合があります。 - 重要な溶接に対しては、手順の資格（WPS/PQR）に従い、厚さを考慮し、計算された$CE_{IIW}$または$P_{cm}$および適用される製造業者/標準ガイダンスに従って予熱/後熱を使用してください。 - 水素管理、適切なフィラー選択、および熱入力の管理は、両グレードでの冷却亀裂を避けるための鍵です。
6. 腐食および表面保護
- Q345およびQ355は、いずれもステンレス鋼ではありません; 腐食抵抗は低合金炭素鋼のものであり、したがって表面保護戦略に依存します。
- 典型的な保護方法: 熱浸漬亜鉛メッキ、亜鉛メタライジング、有機コーティング（塗料、粉体コーティング）、陰極保護、および水たまりを避けるための効果的な設計。
- PREN（ピッティング抵抗等価数）、
$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
はステンレス鋼の指標であり、Q345/Q355には適用されません; これらの指標は、重要なCr、Mo、およびNを含むオーステナイトまたはデュプレックスステンレス鋼にのみ関連します。 - 攻撃的な環境（海洋、化学）にさらされる用途には、Q345/Q355をそのまま使用するのではなく、耐腐食合金を選択するか、堅牢なコーティングを適用してください。
7. 製造、加工性、および成形性
- 切断: 両グレードは、酸素燃料、プラズマ、およびレーザー加工で良好に切断されます; 切断パラメータは、厚さおよび熱入力に応じて調整し、HAZ効果を最小限に抑えることができます。
- 成形/曲げ: 成形性は良好です; 低炭素およびマイクロ合金化が延性を維持するのに役立ちます。最小曲げ半径は厚さおよびサブグレードに依存します; Q355のわずかに高い降伏は、同じ成形プロセスに対してわずかに大きな曲げ半径を必要とする場合があります。
- 加工性: 典型的な炭素鋼の加工性; Q355のわずかに高い強度は、工具の摩耗をわずかに増加させる可能性があります。引張特性および断面厚さに基づいて切削速度および送りを選択してください。
- 表面仕上げ: 両方とも溶接、研削、および加工を受け入れます; 厳密な公差の製造に対して残留応力および歪みに注意してください。
8. 典型的な用途
| Q345 — 典型的な用途 | Q355 — 典型的な用途 |
|---|---|
| 一般的な構造鋼作業: フレーム、支持、ミディアム負荷ビーム、柱 | 重い構造セクション: 高負荷ビーム、クレーンレール、橋の部品 |
| コスト感度が主な場合の製造部品および345 MPaの降伏が十分な場合 | わずかに高い降伏がセクションの削減または許容応力の増加を可能にする用途 |
| 機械基盤、二次構造部材 | 主要な荷重支持部材、高ストレス溶接アセンブリ |
| 圧力容器またはタンク（コードで許可され、適切な認証がある場合） | 高強度が指定される寒冷地域の構造部品（衝撃サブグレードの対象） |
| フェンス、プラットフォーム、一般的な製造 | 重機、海洋構造物（コーティング付き）、高ストレスフレーム |
選択の理由: - 標準的な構造強度が十分で、優先事項が低コストおよび成形の容易さである場合はQ345を使用してください。 - 設計が、セクションサイズを削減するか、より高い設計応力を満たすために、より高い保証された降伏強度を必要とする場合はQ355を使用してください。ただし、溶接性および衝撃要件が互換性があることを確認してください。
9. コストと入手可能性
- コスト: Q355は、通常、Q345よりも質量あたりわずかに高価です。これは、より高い保証された機械的特性とQ355要件を満たすために必要な加工によるものです。プレミアムは市場、製鉄所、製品形状、世界の鋼価格によって異なります。
- 入手可能性: 両グレードは広く生産され、板、コイル、セクション形状で入手可能です。特定のサブグレード、厚さ、および認証された試験報告書の入手可能性は、製鉄所の能力および地域の供給チェーンに依存します。
- 調達のヒント: 購入注文でサブグレード、衝撃温度、および製品形状を明確に指定して、ミスマッチを避け、正しい製鉄所の証明書を確保してください。
10. 概要と推奨
| 属性 | Q345 | Q355 |
|---|---|---|
| 溶接性 | 良好 — 幅広い延性範囲; マイクロ合金化時の低CE | 良好 — わずかに高い硬化性の可能性; 厚いセクションには保守的な予熱が必要な場合があります |
| 強度–靭性のバランス | 適度な強度と良好な延性/靭性 | 同じファミリーのより高い降伏; 同じ組成での延性のわずかなトレードオフですが、TMCPによって補償されます |
| コスト | 低い（通常） | 高い（通常） |
結論とガイダンス: - あなたの設計が、名目上の降伏強度が約345 MPaで設計要件を満たす信頼性の高い経済的なHSLA構造用鋼を必要とし、成形および製造の容易さが優先事項であり、コスト感度と広範な入手可能性が重要である場合はQ345を選択してください。 - あなたが、セクションサイズを削減するか、許容荷重を増加させるために、保証された降伏強度のわずかながら有用な増加を必要とし、プロジェクトの仕様が明示的により高い降伏能力を要求し、追加のコストが構造的または重量の節約によって正当化される場合はQ355を選択してください。
最終的な注意: Q345およびQ355は同じ構造鋼ファミリーの一部です; 適切な選択は、設計応力、厚さおよび溶接条件、靭性要件、および総ライフサイクルコストに依存します。常に正確なサブグレード、衝撃性能温度、および必要な製鉄所試験文書を指定し、重要な製造に対して$CE_{IIW}$または$P_{cm}$に基づく評価で溶接手順を検証してください。