Q355NH 対 Q355NHC – 成分、熱処理、特性、および用途

はじめに

Q355NHおよびQ355NHCは、構造、圧力容器、および重加工用途で使用されるQ355ファミリーの高強度低合金（HSLA）鋼で密接に関連しています。エンジニアや調達マネージャーは、コスト、溶接性、靭性、および使用中の性能のバランスを取る際に、これらの選択に関するジレンマに直面することがよくあります。Q355NHは、ノッチ靭性と予測可能な機械的特性の最適化のために確立された正規化されたHSLAバリアントであり、Q355NHCは、制御された合金添加を通じて強度および/または大気性能の漸進的な改善を提供するように設計された修正バリアントです。典型的な意思決定の文脈には、溶接フレームと圧力機器のための材料の指定、長期的な屋外曝露と屋内構造のための鋼の選択、および製造スケジュールに合わせた板供給形態（正規化板、正規化および焼き入れ、または熱機械的に圧延された板）のマッチングが含まれます。

主な技術的な違いは、Q355NHCが標準のQ355NHと比較して意図的な微合金化および微量合金添加（特にクロム安定化を伴う銅）を含むことです。その修正は、鋼をステンレスグレードに変換することなく、強度、大気抵抗、および老化応答を向上させることを目的としています。両グレードは、密接に関連するGB/T/ENの指定を満たすように製造されているため、設計者によって靭性と腐食性能のわずかな向上と漸進的なコストの比較が頻繁に行われます。

1. 規格と指定

• 中国の規格：GB/T 1591シリーズおよびその後の改訂は、一般的にQ355ファミリーのグレードをカバーしています。Q355NHおよびQ355NHCは、そのファミリー内で正規化された高靭性バリアントの典型的な国内指定です。
• ヨーロッパの対応物：Q355は、広くEN S355シリーズの構造鋼に対応します。ただし、NH/NHCの接尾辞は、ENラベルではなく、中国の設計慣行および処理バリアントに特有のものです。
• 調達でよく参照される他の規格：ASTM/ASME（圧力容器および配管用）、JIS（日本）、および一般的な鋼の特性に関するISO規範 — ユーザーは、購入注文で正確な規格と熱処理条件を指定する必要があります。
• 分類：Q355NHおよびQ355NHCは、HSLA構造鋼です（ステンレスではなく、工具鋼でもありません）。これらは、Q355の名目降伏クラス（約355 MPa）を達成するために制御された微合金化を伴う炭素マンガン鋼です。

2. 化学組成と合金戦略

Q355ファミリーは、主な硬化および強度の寄与物として炭素とマンガンに基づいており、微細な粒子を精製し靭性を向上させるために、シリコン、リン、硫黄および微合金元素（例：V、Nb、Ti）の少量が追加されています。Q355NHCは、銅の意図的な添加と小さなクロム安定化戦略（および場合によっては生産者に応じた微量のNi/Mo調整）によってQ355NHと異なり、漸進的な強化と改善された大気抵抗を提供します。

表：Q355NHおよびQ355NHCの一般的な元素の定性的存在と役割

元素	Q355NH — 典型的な役割と存在	Q355NHC — 典型的な役割と存在
C	基礎強度と溶接性制御のための低から中程度の炭素	類似の基礎C; 溶接性を保持しながら析出強化を許可するように制御
Mn	強度と硬化性のための主な合金元素	強度のための類似のMnレベル; HSLAの制限内に保持
Si	脱酸および強度寄与	脱酸剤として類似; 表面仕上げのために制御
P	残留不純物 — 靭性のために低く保持	Q355NHと同様に低く保持
S	残留不純物 — 加工性のために制御	同様に制御; 靭性のために減少する可能性あり
Cr	Q355NHでは最小; 微量で存在する可能性あり	銅を安定化させ、大気腐食抵抗を改善するための意図的な小さなCr添加
Ni	一般的に低または不在	通常は低い; 一部の熱で靭性のための微量のNi
Mo	標準のQ355NHでは一般的ではない	珍しい; 特定の生産者のバリアントのみ
V, Nb, Ti	靭性を改善するために一部の熱で微合金化（粒子精製）	類似して存在する可能性あり; 銅-クロムと組み合わせて析出強化
B	一般的ではない	一般的ではない
N	窒化物析出を管理するために制御された残留N	銅の析出挙動を最適化するために制御

合金効果の説明： - 炭素とマンガンは基準強度と硬化性を設定します。低炭素は溶接性と延性を好みます。 - 微合金元素（V、Nb、Ti）は粒子を精製し、析出によって降伏を増加させ、再結晶化を遅らせることで、最小限の延性ペナルティで強度を改善します。 - 銅の添加（NHC内）は、軽度の時効硬化（銅に富む相の析出）を提供し、クロムによって安定化されると大気腐食抵抗を改善する可能性があります。これらの効果は微妙であり、完全な腐食抵抗（ステンレス鋼のような）ではなく、漸進的な改善を意図しています。

3. 微細構造と熱処理応答

典型的な微細構造： - Q355NH：正規化後、微細構造は主にフェライトであり、動力学に応じて針状/焼き入れバイナイト島および高炭素ストップで焼き入れパーライトが含まれます。正規化は、低温靭性を向上させる精製された均一な粒子構造を生成します。 - Q355NHC：正規化後の基礎微細構造は類似していますが、細かく分散した析出物（銅に富むおよびおそらく炭化物/窒化物析出物）の傾向が高く、降伏強度のわずかな増加と析出強化された安定性に寄与します。

熱処理応答： - 両グレードの正規化（オーステナイト化温度からの空冷）は、精製された粒子サイズ、改善された靭性、および予測可能な機械的特性を生成します。これは「N」指定によって示される標準的なルートです。 - 焼入れおよび焼き戻しは、Q355クラスの正規化鋼には一般的ではありませんが、材料仕様が許可され、熱入力が制御されている場合には強度を増加させるために適用できます。ただし、Q355NHおよびQ355NHCは通常、正規化または熱機械的に圧延された状態で指定されます。 - 熱機械的圧延は、低温仕上げ圧延および制御された冷却によって類似の微細構造の精製をもたらすことができます。両グレードはTMCPに良好に応答し、NHCは制御された冷却が細かい銅析出物の分布を許可する場合に析出強化の恩恵を受けます。

4. 機械的特性

両グレードは、名目Q355降伏レベルを満たすように設計されています。違いは一般的に控えめであり、用途に依存します。

表：比較機械特性（定性的/名目）

特性	Q355NH	Q355NHC
名目降伏強度	約355 MPaクラスに設計（標準によって指定）	約355 MPaクラスに設計; 析出によるわずかな増加を示す可能性あり
引張強度	典型的なQ355クラスの引張範囲（メーカー指定）	類似の範囲; 一部の生産ロットで小さな上昇が可能
伸び	加工および成形のための良好な延性	比較可能な延性; 通常、析出強化は許容範囲内の延びを保持
衝撃靭性	正規化後の高いノッチ靭性、仕様に従った低温サービスに適している	銅-クロムおよび微合金化が最適化されると、比較可能またはわずかに改善されたノッチ靭性
硬度	中程度（溶接および加工に適合）	類似; 析出により局所的な硬度がわずかに増加する可能性あり

どちらが強い/靭性がある/延性があるか、そしてその理由： - 名目強度：両者はQ355降伏基準を満たしています。Q355NHCは、銅の析出およびクロムの安定化により、わずかに高い降伏/引張値を示す可能性がありますが、その増加は劇的ではありません。 - 靭性：Q355NHは、正規化によって高いノッチ靭性が確認されています。Q355NHCは、靭性を維持またはわずかに改善することを目指しています。小さな合金調整は通常、脆化を避けるためにバランスが取られます。 - 延性：両者は成形性を保持するように設計されています。NHC内の微合金化および析出は、延性を許容範囲内に保つように制御されています。

5. 溶接性

溶接性は構造鋼の中心的な選択基準です。合金によって制御される炭素含有量と硬化性が、予熱および溶接後熱処理（PWHT）の必要性を決定します。

関連指標： - 定性的評価のためにIIW炭素当量を使用： $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - より詳細なPcm： $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

解釈（定性的）： - Q355NH：制御された炭素およびMnにより、一般的に低から中程度の$CE_{IIW}$および$P_{cm}$値。標準的な消耗品で良好な溶接性; 厚いセクションおよび低い周囲温度に対する予熱要件は控えめです。 - Q355NHC：銅の意図的な添加および小さなクロム含有量により、これらの式におけるCuおよびCrの寄与が増加し、$CE_{IIW}$および$P_{cm}$の分子がわずかに増加します。実際には、溶接性は良好なままですが、溶接手順の仕様は、局所的な硬化を避け、熱影響部における銅に富む析出物の挙動を制御するために、熱入力、予熱、およびインターパス温度の注意深い制御を求める場合があります。 - 両グレードにおいて、微合金元素（Nb、V、Ti）は、より高い濃度で存在する場合に硬化性を増加させる可能性があります。メーカーは通常、溶接性を保持するために低レベルを維持します。

推奨事項： - 厚さ、周囲温度、および供給者の実際の化学組成に基づいて溶接手順を指定してください。 - 重要な溶接圧力用途の場合、PWHTを確認し、規定コードに従ってHAZ靭性試験を実施してください。

6. 腐食および表面保護

• Q355NHおよびQ355NHCは、非ステンレスの炭素/合金鋼であり、表面保護なしでは典型的な大気中で腐食します。
• 一般的な保護：熱浸漬亜鉛メッキ、工場または現場での塗装（エポキシ/アルキッドシステム）、メタリゼーション、またはポリマーコーティング。選択は予想される曝露、ライフサイクル、およびコストに依存します。
• Q355NHCにおけるCuおよびCrからの追加の大気性能を評価するために、腐食抵抗指標を定性的に使用します：銅は、保護的な表面膜を形成することによって一部の環境で性能を改善する可能性があり、小さなCr含有量はそのような膜を安定化させることができます。ただし、これらは攻撃的な環境でのコーティングの代わりにはなりません。
• PRENはここでは適用されません（それはステンレス鋼に適用されます）。明確にするために： $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ この指標は、CrおよびMoが低く、窒素が制御されているQ355NH/NHCには関連しません。

7. 加工、加工性、および成形性

• 切断：両グレードは機械切断および炎/プラズマ切断を同様に行います。Q355NHCは、析出強化のために一部の条件で工具の摩耗がわずかに高くなる可能性がありますが、違いは通常小さいです。
• 成形/曲げ：正規化された微細構造は良好な曲げ性と成形性を提供します。厚さに応じて曲げ半径を指定し、供給者の成形データに従ってください。Q355NHCは、典型的な範囲で成形可能であることを意図しています。タイトな半径の成形には、サンプル材料での証明が必要な場合があります。
• 加工性：両者は標準的な手法で加工可能です。硫黄含有量および自由加工グレードが、NとNHCの指定よりも加工性を決定します。
• 表面仕上げ：溶接または塗装された部品の場合、両グレードはコーティングを受け入れます。亜鉛メッキは、機械的特性に影響を与えないようにフラックス処理および熱制御を必要とする場合があります。

8. 典型的な用途

Q355NH — 典型的な用途	Q355NHC — 典型的な用途
正規化された板の靭性が必要な構造鋼工作および重加工（橋、建物）	露出環境での構造用途で、漸進的な大気抵抗およびわずかに高い強度が望まれる（屋外フレーム、ガードレール）
低温靭性が必要な正規化鋼で指定された圧力容器のシェルおよびコンポーネント（コード検証の対象）	わずかな強度向上およびより良い老化性能の恩恵を受ける製造物（貯蔵タンク、屋外の非重要な容器）
クレーンレール、重機フレーム、および溶接構造物	調達がコーティングメンテナンス頻度の低減または小さな長期腐食利益を求めるコンポーネント
溶接アセンブリおよびインフラストラクチャ用の厚い正規化板	パフォーマンス改善のためにNHCバリアントを選択するバイヤーによる類似の溶接アセンブリ

選択の理由：標準化された正規化および実績のある靭性記録が優先され、コスト感度が高い場合はQ355NHを選択してください。漸進的な強度、析出安定化性能、またはわずかに優れた大気挙動のために小さなプレミアムが許容され、類似の加工特性を保持したい場合はQ355NHCを選択してください。

9. コストと入手可能性

• コスト：Q355NHCは、銅-クロム析出挙動を最適化するために必要な追加の合金化および厳密なプロセス制御により、一般的にQ355NHよりも控えめなプレミアムを要求します。このプレミアムは通常小さいですが、地域、製鉄所の能力、およびロットサイズによって異なります。
• 入手可能性：Q355NHは広く生産され、板、コイル、および構造セクションで入手可能です。Q355NHCの入手可能性は製鉄所の採用に依存します。インフラストラクチャおよび屋外使用市場に供給する大手メーカーは、NHCバリアントを在庫する可能性が高いです。バイヤーが特定の化学制御を要求する場合、NHCのリードタイムはわずかに長くなる可能性があります。

10. 概要と推奨事項

表：簡潔な比較

特性	Q355NH	Q355NHC
溶接性	非常に良好（正規化、低C）	非常に良好; 一部のケースでわずかに高い予熱考慮
強度–靭性バランス	確立された正規化靭性および降伏 ≈ Q355	類似またはわずかに改善された降伏で靭性を維持
コスト	ベースライン（広く入手可能）	合金化/加工のための控えめなプレミアム
大気性能	コーティングが必要	大気抵抗のわずかな改善（ステンレスではない）

推奨事項： - 構造または圧力用途において、標準的なコーティングが適用される場合に、実績のある低温靭性を持つ確立されたコスト効果の高い正規化HSLA板が必要な場合はQ355NHを選択してください。 - 同じ基準の正規化性能が必要ですが、制御された銅/クロム微合金化からの降伏強度および大気抵抗のわずかな追加の利点を望む場合はQ355NHCを選択してください。小さな材料プレミアムおよび可能性のある厳密な供給者QAを受け入れることができます。

最終的な注意：Q355NHまたはQ355NHCを注文する際は、常に正確な規格、製鉄所の試験証明書、熱処理条件、および設計温度での必要な衝撃エネルギーを指定し、溶接手順の資格を実際の製鉄所の化学組成と調整してください。