Q345R 対 Q370R – 成分、熱処理、特性、および用途
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はじめに
Q345RおよびQ370Rは、中国で指定された圧力容器用鋼であり、ボイラー、圧力容器、及び類似の溶接構造物の板およびシェル材料を指定する際に一般的に考慮されます。エンジニアや調達専門家は、溶接性と高い降伏強度、低温での靭性と製造コスト、板厚や正規化状態での入手可能性などのトレードオフをしばしば検討します。
両者の主な違いは、Q370Rが強度が高く、更新された圧力容器グレードであり、靭性と溶接性を維持しながら降伏/引張性能を向上させるために精製された合金と加工を使用している点です。両者は類似の用途領域に現れるため、設計者はしばしばそれらを比較し、高い構造性能が溶接手順、熱処理、コストに与える潜在的な影響を正当化するかどうかを判断します。
1. 規格と指定
- GB（中国）：Q345RおよびQ370Rは、中国の圧力容器用鋼に関する国家規格および関連する規範文書で特定されています。具体的な化学的および機械的限界は、GB/Tおよび対応する圧力容器コードで定義されています。
- ASME / ASTM：直接的な1対1のマッピングはありません。圧力用途に対する類似の西洋グレードには、ASTM A516（炭素鋼用）やさまざまな正規化された板が含まれますが、比較は名称の同等性ではなく、特定の化学成分および機械的結果に基づいて行うべきです。
- EN（ヨーロッパ）/ JIS（日本）：ヨーロッパおよび日本の規格は、それぞれの圧力容器用鋼を指定しています（例えば、平板製品用のEN 10028シリーズ）。選択は、名目上のグレード名ではなく、必要な特性と試験によって相互参照されるべきです。
分類：Q345RおよびQ370Rは、圧力容器サービス用に設計された低合金炭素鋼です（非ステンレス）。これらは広範なHSLA/圧力容器板のカテゴリーに分類され、Q370Rは通常、より高い降伏レベルに到達するために強化された合金および熱機械的アプローチを持っています。
2. 化学組成と合金戦略
この2つのグレードは、同じ主要元素（C、Mn、Si、P、S）を共有していますが、許可される濃度や硬化性、析出強化、粒子細化に影響を与える微合金添加物において異なります。
表：典型的な組成特性（代表的な範囲；正確な値は供給者の証明書で確認してください）
| 元素 | Q345R — 典型的な範囲 / 役割 | Q370R — 典型的な範囲 / 役割 |
|---|---|---|
| C | 低炭素、溶接圧力容器性能のために制御されている（例：~≤0.20%） | より高いまたは類似のC制御で高い降伏を達成；それでも溶接性のために十分低く保たれている |
| Mn | 中程度（脱酸、強度） | 中程度からやや高めで強度と硬化性を助ける |
| Si | 小さな脱酸剤（≤~0.35%） | Q345Rと類似 |
| P | 厳密な制御（不純物限界） | いくつかの仕様で類似またはやや厳しい制御 |
| S | 靭性のための低硫黄 | 低硫黄；同様に制御されている |
| Cr, Ni, Mo | 一般的にQ345Rでは最小限；特別なバリアントでは時折小さな添加物 | 一部の製造者では硬化性と強度を高めるために少量（微量から低い百分の一）を含むことがある |
| V, Nb, Ti | 基本的なQ345Rでは通常欠如または非常に低いレベル | Q370Rのバリアントは、析出強化と粒子細化のために微合金（V、Nb、Ti）を含む可能性が高い |
| B, N | 主要な合金戦略ではない；Nは制御されている | Nは制御されている；微合金鋼の硬化性制御のために時折微量のBが使用される |
注意： - 正確な化学限界は供給者および適用される規格によって指定されます。この表は合金戦略を強調することを目的としています：Q345Rは強度と溶接性のバランスを取るために保守的な化学を使用し、Q370Rは通常、やや高い合金および/または微合金に依存し、加工制御を加えて高い降伏数値を達成しつつ靭性を保持します。
合金が特性に与える影響： - 炭素は強度と硬化性を増加させますが、過剰であれば溶接性と靭性を低下させます。 - マンガンは強度と硬化性を増加させ、脱酸を助けます。 - Nb、V、Tiによる微合金は、微細な析出物と粒子細化を通じて強度を実現し、炭素を比例的に増加させることなく強度を向上させます。 - Cr、Mo、Niの少量添加は硬化性と高温強度を増加させますが、圧力容器鋼ではコストを制御し、溶接性を維持するために控えめに使用されます。
3. 微細構造と熱処理応答
典型的な微細構造： - Q345R：制御された圧延と正規化の後に細粒のフェライト–パーライトまたは針状フェライト微細構造を生成するように製造されます；この微細構造は、一般的なサービス温度での靭性と延性のバランスを提供するために選ばれます。 - Q370R：やや高い転位/溶質強化と微合金析出物の組み合わせにより、より高い降伏を達成します。微細構造は、制御されたパーライトと一部の熱機械的経路で強化されたベイナイト分率を持つ細かいフェライトを含むことがよくあります。
熱処理および加工への応答： - 正規化：両グレードは、粒子細化と予測可能な機械的特性で正規化に応答します。正規化温度は、Q370Rの微合金析出物の過熱を防ぐために制御される必要があります。 - 焼入れおよび焼戻し：これらの圧力容器板には標準ではありません（通常は正規化または制御圧延として製造されます）が、適用される場合、Q370Rの合金はQ345Rよりも硬化性と焼戻し応答に強く影響します。 - 熱機械的制御加工（TMCP）：特にQ370Rにとって、必要な靭性を持つ高強度を達成するために重要です；TMCPは、重圧延と加速冷却を通じて細粒の微細構造と均一な特性を生成するのに役立ちます。
4. 機械的特性
表：典型的な機械的特性の比較（代表的な範囲；証明書で確認）
| 特性 | Q345R — 典型的 | Q370R — 典型的 |
|---|---|---|
| 降伏強度（MPa） | 名目 ~345 | 名目 ~370 |
| 引張強度（MPa） | 典型的範囲 ~470–630 | 典型的範囲 ~500–700 |
| 伸び（%） | 通常 ≥20（厚さによる） | 通常 ≥17–20（同じ厚さでやや低い） |
| 衝撃靭性 | 温度で指定された衝撃エネルギー（許容される低温靭性のために設計されています） | 類似の試験温度でQ345Rに合わせることを目指していますが、時にはより厳しい制御が必要です |
| 硬度（HBまたはHRC） | 中程度（延性のある板と一致） | 追加の強度メカニズムによりやや高い |
解釈： - Q370Rは合金と加工により強度が高く（名目上の降伏強度と引張能力が高い）、その高い強度は均一な伸びのわずかな減少と、硬化性元素が存在する場合には溶接熱サイクルに対する感受性の増加を伴う可能性があります。 - 靭性は両グレードの設計基準です；Q370Rの製造者は通常、圧力容器コードで要求される衝撃エネルギー要件を保持するために組成とプロセスを制御します。
5. 溶接性
溶接性の考慮は、炭素当量と硬化性に依存します。2つの有用な指標：
$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
定性的解釈： - より高い$CE_{IIW}$または$P_{cm}$は、より高い硬化性と熱影響部（HAZ）でのマルテンサイト形成のリスクを示し、予熱/溶接後熱処理（PWHT）の要件を増加させます。 - Q345Rは通常、炭素当量が低く、従来の溶接手順での溶接性が容易で、予熱要求も低いです。 - Q370Rは、合金含有量のわずかな増加と微合金化により、炭素当量が高くなる可能性があります；これにより、HAZの脆化や冷間割れを避けるために、より慎重な溶接手順の仕様（予熱、インターパス温度、フィラー選択、時にはPWHT）が必要です。 - 微合金元素（Nb、V、Ti）は粒子サイズを細かくし、靭性を改善することができますが、高温強度を増加させ、炭素当量の測定をわずかに上昇させる可能性があります；溶接手順の資格取得が推奨されます。
6. 腐食と表面保護
- Q345RおよびQ370Rは、いずれも非ステンレスの低合金鋼です。化学的に腐食に対して耐性がなく、通常、大気中または腐食性サービスのために表面保護が必要です。
- 一般的な保護：熱浸漬亜鉛メッキ（厚さとサービスに適している場合）、有機コーティング（塗料、エポキシ、ポリウレタン）、メタライジング（スプレー亜鉛/アルミニウム）、または必要に応じて腐食抵抗合金でのクラッディング。
- PREN式は適用されません（非ステンレス鋼）。ステンレス材料の場合、PREN指数は： $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- 腐食リスクのある環境でQ345RまたはQ370Rを指定する際は、適切なコーティングシステムと検査体制を考慮する必要があります；亜鉛メッキは溶接および製造後の手順を変更する可能性があります。
7. 製造、加工性、成形性
- 切断：両グレードは、酸素燃料、プラズマ、またはレーザーを使用して同様に切断されます；Q370Rの高強度は、隣接するフィッティングの加工においてわずかに工具の摩耗を増加させる可能性があります。
- 成形/曲げ：Q345Rはより延性があるため、同じ曲げ半径で一般的に成形が容易です；Q370Rは、特に厚い板では割れを避けるためにやや大きな最小曲げ半径または制御された曲げが必要です。
- 加工性：Q370Rの強度の増加と微合金化は加工性を低下させ、Q345Rと比較してフィード/スピードや工具選択の調整が必要になる場合があります。
- 熱処理および応力除去：PWHTは、より高強度のグレードに対してコードまたは溶接手順によってより頻繁に義務付けられる場合があります；製造シーケンスをそれに応じて調整してください。
8. 典型的な用途
| Q345R — 典型的な用途 | Q370R — 典型的な用途 |
|---|---|
| 低圧から中圧のボイラー、延性と溶接性が優先される貯蔵容器 | 高い設計応力または薄い板厚が望ましい圧力容器およびシェル |
| 溶接タンクおよび低温容器の製造における一般的な構造部品 | より高い許容応力、軽量化、または靭性を維持しながら厚いセクションが必要な用途 |
| コストが主な制約となる大きくて容易に溶接可能な板 | コードが重量を減らすために高強度の板を許可する状況；幾何学的変更なしにより高い容量を必要とする改修 |
選択の理由： - 製造の簡素さ、実績のある溶接性、コスト管理が優先される場合はQ345Rを選択してください。 - 構造レベルでの重量削減、より高い許容応力、またはより高い設計マージンが必要で、プロジェクトが厳格な溶接/製造管理を受け入れられる場合はQ370Rを選択してください。
9. コストと入手可能性
- コスト：Q370Rは、より厳しい加工管理、可能な微合金添加物、より厳しい機械的目標を満たすための追加の試験や認証のため、一般的にQ345Rよりもトンあたりのコストが高くなります。
- 入手可能性：Q345Rは歴史的により一般的で、多くの市場や厚さで広く在庫されています。Q370Rの入手可能性は増加しており、特にコードが高強度の圧力容器鋼を認識する場所で増加しています；ただし、製品形状（板厚、認証）は、調達の初期段階で製鉄所やディストリビューターに確認する必要があります。
10. 概要と推奨
表：簡易比較
| 属性 | Q345R | Q370R |
|---|---|---|
| 溶接性 | 非常に良好（低いCE） | 良好ですが、資格のあるWPSと可能なPWHTが必要です |
| 強度–靭性のバランス | 典型的なサービスに対してバランスが取れている | 同じまたは近い靭性に対してより高い強度と厳密な制御 |
| コスト | 低い | 高い |
推奨： - 溶接性、広範な入手可能性、低い材料コスト、製造の容易さが最優先の場合はQ345Rを選択してください — 例えば、標準的なボイラー、タンク、及び多くの溶接圧力部品で、標準的な許容応力が十分な場合。 - より高い降伏/引張強度が必要で、板厚を減らしたり、より高い設計応力を満たしたり、靭性を維持しながら重量を最適化する必要がある場合はQ370Rを選択してください — 資格のある溶接手順、制御された製造を実施でき、やや高い材料および加工コストを受け入れられる場合に限ります。
最終的な注意：最終選択の前に、常に製造者のミルテストレポートと適用されるコード要件（圧力容器標準、厚さ制限、必要な衝撃温度）を確認してください。両グレードにおいて、溶接手順の資格取得と材料のトレーサビリティは不可欠であり、強度と硬化性が増すにつれてより重要になります。