Q355NH 対 Q355B – 成分、熱処理、特性、および用途
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はじめに
エンジニア、調達マネージャー、製造プランナーは、溶接および露出構造用のプレート、セクション、または圧延製品を指定する際に、密接に関連する構造用鋼の選択に直面することが一般的です。Q355ファミリーには、一般的な構造用途向けのグレードと、大気劣化に対抗し、低温靭性を保証するために設計されたバリアントが含まれています。正しい選択をすることは、ライフサイクルコスト、製造アプローチ、安全マージンに影響を与えます。
高レベルでは、Q355Bは汎用の高強度構造用鋼であり、Q355NHは大気腐食に対する耐性を高め、標準的な熱機械処理後に靭性を保証するために設計されたバリアントです。これらの違いは、腐食性能と初期コスト、通常の溶接性と厚いセクションでの溶接後の注意が必要かどうかの選択トレードオフを生み出します。
1. 規格と指定
- GB/T（中国）：Q355ファミリーは、GB/T 1591および高強度低合金構造用鋼の関連製品規格で定義されています。バリアントの文字（A、B、C、...; さらに接尾辞）は、処理および衝撃要件を示します。
- EN（ヨーロッパ）：おおよその同等物はS355ファミリー（EN 10025）にありますが、化学的制限や試験要件には違いがあります。
- ASTM/ASME（米国）：直接の1対1の対応はありません。S355タイプの鋼が最も近い類似物です。
- JIS（日本）：類似の高強度構造用鋼が存在しますが、直接の対応にはクロスリファレンステーブルが必要です。
分類：Q355BとQ355NHの両方は、炭素/低合金の高強度構造用鋼（一般的にHSLA — 高強度低合金鋼としてグループ化されます）です。Q355NHは、そのHSLAファミリーの耐候性/大気腐食抵抗バリアントです。
2. 化学組成と合金戦略
表：典型的な組成の強調（定性的範囲）。正確な制限については、常にミル証明書と規格の管理版を確認してください。
| 元素 | Q355B — 典型的な仕様ノート | Q355NH — 典型的な仕様ノート |
|---|---|---|
| C（炭素） | 強度と溶接性のバランスのために低から中程度のC（通常制限あり） | 類似の低C；溶接性と靭性を維持するために制御されている |
| Mn（マンガン） | 主な強度構築元素（中程度のレベル） | 処理後の強度をサポートするために類似またはやや高い |
| Si（シリコン） | 脱酸剤；限られた量 | 類似の低レベル |
| P（リン） | 低く保たれる（不純物制御） | 低く保たれるが、耐候性鋼ではリンは時々パティナ形成を促進するために制御される |
| S（硫黄） | 非常に低く保たれる（加工性/品質） | 非常に低く保たれる |
| Cr（クロム） | 通常非常に低いか微量 | 腐食パティナと硬化性を改善するために小さな添加が可能 |
| Ni（ニッケル） | 微量から低 | 靭性と耐候性を改善するために少量添加されることがある |
| Cu（銅） | 通常最小限 | 大気腐食抵抗を高めるために意図的に少量添加される（多くの耐候性鋼の定義的特徴） |
| Mo、V、Nb、Ti（微合金化） | 強度と粒子を制御するために微合金化バリアントに存在することがある | 靭性を維持しながら強度と微細粒微構造を得るために存在することがある |
| B、N | 制御されたレベル（Nはしばしば低い） | 制御されている；窒素は合金設計に使用されることがあるが、レベルは低い |
合金化が挙動に与える影響： - 炭素とマンガンは強度を増加させるが、硬化性とHAZ硬化のリスクを高める；炭素を低く保つことで溶接性が保持される。 - 微合金化元素（Nb、V、Ti）は、炭素を増加させるのではなく、析出と粒子細化を通じて強度を与える。 - Cu、Cr、Niの少量添加は、大気曝露における保護表面パティナの形成を促進し（耐候性）、適切に処理された場合に低温靭性を改善する。
注意：正確な数値組成制限は、規格版と特定の製品呼び出しによって異なる；常に調達および溶接手順の資格のために分析証明書に依存してください。
3. 微細構造と熱処理応答
典型的な微細構造： - Q355B：熱間圧延または正規化されたプレートとして生産され、圧延スケジュールと冷却に応じて混合フェライト–パーライトまたは細かいベイナイトマトリックスを持つ。微合金化（存在する場合）は、細かい粒子サイズと分散強化を促進する。 - Q355NH：圧延と冷却（または正規化）をより厳密に制御して処理され、靭性のために最適化された細粒フェライト/ベイナイト微細構造を生成し、耐候性合金添加をサポートする。大気腐食抵抗を提供するパティナは、曝露後に発生する表面現象です。
熱処理プロセスへの応答： - 正規化：両グレードの粒子構造を細化し、靭性を改善する；Q355NHは、必要な低温衝撃特性を達成するために、通常は正規化または熱機械的に圧延されて供給される。 - 窒化および焼戻し：これらの商業構造グレードには一般的ではない；分類と典型的な使用が変更される。 - 熱機械的制御処理（TMCP）：強度と靭性の好ましいバランスを得るために炭素含量を最小限に抑えるために使用される；TMCPはHSLA生産全体で一般的であり、特にQ355NHにとって靭性とパティナ性能に必要な細かい微細構造を確保するために重要です。
4. 機械的特性
表：典型的な特性ベースライン（契約値にはミル証明書と規格を使用）。
| 特性 | Q355B（典型的） | Q355NH（典型的） |
|---|---|---|
| 降伏強度（最小） | 約355 MPa（縦方向で保証された最小値） | 約355 MPa（同じ名目最小値） |
| 引張強度（典型的範囲） | 約470–630 MPa（厚さと処理に依存） | 類似の範囲；TMCPと微合金化によりやや高くなる可能性がある |
| 伸び（A%） | 一般的に≥ 20%（厚さによって異なる） | 制御された処理により比較可能またはやや改善される |
| 衝撃靭性 | グレードごとに指定；Q355Bの衝撃レベルはサブグレードによって異なり、周囲または周囲以下の温度でテストされることがある | Q355NHは通常、保証された低温衝撃特性（例：周囲以下の温度でテスト）で指定される |
| 硬度 | 中程度（構造プレートに典型的なHBW） | 類似；処理と化学によって制御される |
解釈： - 両グレードは同じ名目降伏レベルを中心に設計されている；機械的な違いは処理と微合金化によって生じる。 - Q355NHは、厚いセクション全体でより一貫した特性を提供し、低温靭性を改善するように設計されているのに対し、Q355Bは低温衝撃性能がそれほど厳密に保証されない一般的な構造グレードです。
5. 溶接性
溶接性は炭素等価と微合金化/硬化性に依存します。一般的に使用される2つの経験的指標：
$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
定性的解釈： - $CE_{IIW}$および$P_{cm}$の値が低いほど、溶接が容易で、予熱要件が低く、HAZ亀裂のリスクが減少します。 - Q355Bは、一般的に低炭素で耐候性合金化が限られているため、標準的なフィラー金属と中程度の厚さのための通常の予熱実践で溶接が容易であると広く見なされています。 - Q355NHは、意図的な添加（Cu、小さなCr/Ni）や微合金化のために$CE_{IIW}$および$P_{cm}$がやや高くなる可能性があり、これにより厚いセクションや拘束されたジョイントのために適度な予熱、制御されたインターパス温度、または修正された溶接消耗品が必要になることがあります。 - すべての場合において、厚さ、拘束、ジョイント設計は、名目グレード単独よりも予熱の必要性に大きな影響を与えます。資格のあるWPS（溶接手順仕様）に従い、特定のロットに適用される炭素等価を計算するためにミル証明書を使用してください。
6. 腐食と表面保護
- Q355Bは化学的に腐食に対して耐性がなく、露出環境での長寿命のために保護コーティング（塗装システム、亜鉛メッキ、ポリマークラッディング）または陰極保護が必要です。
- Q355NHは、大気腐食抵抗を改善するために意図された合金化で生産されます；多くの屋外条件下で付着性のある耐候性パティナを形成し、腐食速度を低下させ、田舎、都市、工業的な大気でのライフサイクルコーティングコストを削減することができます。
PREN（ピッティング抵抗等価数）は、ステンレス鋼に特に関連しています：
$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- PRENは、Q355B/NHのような非ステンレス炭素またはHSLA鋼には適用されません；それらの腐食抵抗は、塩化物ピッティングに対抗するために設計されたCr/Mo/N配合によって駆動