S220GD 対 S250GD – 成分、熱処理、特性、および用途
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はじめに
S220GDおよびS250GDは、冷間成形セクション、建物の外皮、一般的な構造部品に使用される商業的に一般的な熱浸漬亜鉛メッキ構造鋼グレードです。エンジニア、調達マネージャー、製造プランナーは、コスト、成形性、溶接性、および必要な最小耐荷重能力のバランスを取る際に、これらのグレードのいずれかを選択します。
両者の最も重要な実用的な違いは、保証された最小降伏強度です：一方のグレードは低い降伏レベルを保証し、もう一方は高いものを保証します。両者は連続亜鉛メッキラインで生産され、化学成分や加工ルートが類似しているため、選択は通常、特定の用途に対して高グレード材料の追加強度が成形性、溶接性、またはコストのトレードオフを正当化するかどうかに依存します。
1. 規格と呼称
- EN / ヨーロッパ: S220GD, S250GD — EN 10346（連続熱浸漬コーティング鋼）における熱浸漬亜鉛メッキ鋼の一般的な製品呼称。
- ISO: コーティング鋼のためのEN / ISO調和規格を介してしばしば参照されます。
- その他の地域規格: JIS、GB、ASTM製品ファミリーには同等の構造冷間成形鋼が存在しますが、「SxxxGD」表記はヨーロッパに由来し、亜鉛メッキコイルおよびシートを供給する世界の鋼生産者によって広く使用されています。
- 材料ファミリー: S220GDおよびS250GDは、成形性とコーティングのために設計された低炭素、微合金化/高強度低合金（HSLA）鋼です。これらはステンレス鋼、工具鋼、または高合金鋼ではありません。
2. 化学組成と合金戦略
S220GDおよびS250GDグレードは、制御された量のマンガン、シリコン、および必要に応じて微合金元素（Nb、Ti、V）の少量添加物を含む低炭素鋼として配合されています。正確な組成は供給者特有であり、製品規格および製造ルートによって管理されています。
表: 典型的な組成範囲（wt %）。これらは実際に使用される指標範囲であり、調達および溶接手順のために常に供給者のミル証明書を参照してください。
| 元素 | S220GD（典型的範囲、wt %） | S250GD（典型的範囲、wt %） |
|---|---|---|
| C | ≤ 0.12（しばしば≤ 0.10） | ≤ 0.12（しばしば≤ 0.10） |
| Mn | 0.3 – 1.0 | 0.3 – 1.2 |
| Si | ≤ 0.50（しばしば0.02 – 0.15） | ≤ 0.50（しばしば0.02 – 0.15） |
| P | ≤ 0.025 | ≤ 0.025 |
| S | ≤ 0.010 | ≤ 0.010 |
| Cr | ≤ 0.30（微量） | ≤ 0.30（微量） |
| Ni | ≤ 0.30（微量） | ≤ 0.30（微量） |
| Mo | ≤ 0.10（使用される場合） | ≤ 0.10（使用される場合） |
| V | ≤ 0.05（微合金化バリアント） | ≤ 0.05（微合金化バリアント） |
| Nb | ≤ 0.05（微合金化されている場合） | ≤ 0.05（微合金化されている場合） |
| Ti | ≤ 0.05（使用される場合） | ≤ 0.05（使用される場合） |
| B | 微量 | 微量 |
| N | ≤ 0.012 | ≤ 0.012 |
合金が特性に与える影響: - 炭素とマンガンは主な強度の寄与因子です。炭素は引張/降伏強度を増加させますが、上昇すると溶接性と成形性が低下します。 - シリコンとマンガンも脱酸および固体溶液を通じた強化に影響を与えます。 - Nb、Ti、またはVによる微合金化は、析出硬化と熱機械的制御を使用して粒子サイズを細かくすることで、過剰な炭素なしに高い降伏強度を可能にします。 - 低リン/硫黄含有量は靭性と成形性を改善します。
3. 微細構造と熱処理応答
標準生産下の微細構造: - 両グレードは通常、制御された熱間圧延によって生産され、その後、冷却プロファイル（TMCP — 熱機械的制御加工）または従来の冷間圧延およびアニーリングを経て亜鉛メッキされます。典型的な微細構造は、加工に応じて制御された量のベイナイトまたは細かいパーライトを含むフェライトです。 - S220GDは保証された強度が低いため、よりフェライト微細構造で生産されることが多く、微合金析出物が少なく、延性と成形性を優先します。 - S250GDは一般的に、降伏強度を高めるためにTMCP中に制御された微合金析出物と細かい粒子サイズを持つか、わずかに高い転位密度を含みます。
熱処理への応答: - 正常化および焼入れ・焼戻しは、これらのコーティング鋼の通常の生産ステップではありません。これらは、バルク熱処理ではなく、圧延およびTMCPを介して強度を満たすために生産されます。 - 局所的に再加熱された場合（例：溶接）、熱影響部の微細構造はピーク温度と冷却速度に依存します。低炭素設計は硬化性を制限し、高炭素構造鋼と比較して脆いマルテンサイトの形成リスクを低下させますが、微合金元素は硬化性をわずかに増加させることがあります。
4. 機械的特性
表: 典型的な機械的特性の比較。値は代表的なものであり、実際の供給値はミル証明書で確認し、厚さおよび加工に依存します。
| 特性 | S220GD | S250GD |
|---|---|---|
| 最小降伏強度 (Rp0.2) | 220 MPa（保証） | 250 MPa（保証） |
| 典型的な引張強度 (Rm) | 中程度; 厚さ/プロセスに依存; 構造シートの低–中範囲で一般的 | S220GDよりわずかに高い; 処理に応じて変動 |
| 伸び (A%) | 同じ厚さのS250GDより一般的に高い延性 | 同等の厚さでS220GDに対してわずかに減少した伸び |
| 衝撃靭性 | 冷間成形構造部品に対して一般的に十分; 普遍的に指定されていない | 比較可能だが、特定の靭性はTMCPおよび化学成分に依存 |
| 硬度 | 低から中程度、成形に適している | 強度が増加するため、平均してわずかに高い |
解釈: - S250GDは最小降伏強度の点で強度が高い; これは、薄いゲージ設計や高い荷重容量を可能にするために意図的です。 - S220GDは通常、成形が容易であり、わずかに優れた伸張性と曲げ回復を提供する可能性があります。 - 靭性の違いは微妙であり、プロセスに依存します — どちらのグレードも本質的に脆くはなく、低温性能が要求される場合は衝撃性能を確認する必要があります。
5. 溶接性
溶接性の考慮は、炭素当量および微合金含有量に依存します。溶接性の定性的評価には、一般的に使用される2つの指標、IIW炭素当量および国際溶接協会のPcmがあります。
$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
定性的解釈: - S220GDおよびS250GDは、比較的低いCE$_{IIW}$およびPcmを持つ低炭素鋼です。これにより、一般的に標準的な前加熱手法を用いた一般的なアーク溶接プロセス（MMA、MIG/MAG、TIG）に適しています。 - S250GDは、微合金化またはTMCPによって強化される場合、通常は良好な溶接性を保持します。ただし、Mnまたは微合金含有量が増加するとCEが上昇し、局所的に硬化性が増加する可能性があるため、厚いセクションや冷たい条件では制御された前加熱または溶接後熱処理が必要になることがあります。 - 重要な溶接構造については、供給者のCE/Pcm値を確認し、推奨される溶接消耗品および前加熱/後加熱手順に従ってください。溶接接合設計と低水素消耗品を使用してリスクを最小限に抑えてください。
6. 腐食および表面保護
- S220GDおよびS250GDは、コーティンググレードです：「GD」サフィックスは、連続コーティング製品として供給される熱浸漬亜鉛コーティング（亜鉛）を示します。亜鉛メッキ層は、軟鋼に対して陰極保護を提供します。
- 標準的な腐食防止戦略: 適切なコーティング質量（g/m²）を選択し、大気にさらされるまたは攻撃的な環境のための前処理および塗装システムを考慮し、必要に応じてエッジ保護またはシームシーリングを指定します。
- PREN（ピッティング抵抗等価数）はステンレス合金に適用され、亜鉛メッキ低炭素鋼には適用されません; 参考のため:
$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
この指数は、S220GD/S250GDには適用されません。なぜなら、これらはステンレス鋼ではないからです。
7. 加工、機械加工、および成形性
- 冷間成形および曲げ: S220GDは、保証された降伏強度が低いため、通常、同じ厚さに対してわずかに優れた成形性と大きな許容曲げ半径を提供します。成形限界は、フルスケールの試験または供給者のデータシートによって決定されるべきです。
- パンチングおよびプレス加工: 両グレードは、建設および屋根に一般的な成形操作のために設計されています。工具の寿命は類似していますが、S250GDの高い強度は成形荷重を増加させ、工具の摩耗を加速する可能性があります。
- 機械加工: どちらのグレードも高速機械加工に最適化されていません; 両者は軟鋼と同様に機械加工されます。適切な工具および切削パラメータを使用することで、機械加工性を改善できます。
- 仕上げ: 亜鉛メッキコーティングは、塗装および接着剤の結合に影響を与えます。表面処理（例：クロメート変換または適切なプライマー）は、塗装システムの標準です。
8. 典型的な用途
| S220GD（典型的な用途） | S250GD（典型的な用途） |
|---|---|
| 高い成形性が要求される屋根および外装 | 高い降伏強度によりゲージを減少させる構造プロファイルおよびセクション |
| 広範な成形を伴う内部ライニングおよびダクト | 冷間成形の荷重支持用パーリン、軽量構造フレーミング |
| 重要でないスタンプ/パンチ部品 | 荷重容量のための追加の安全マージンが必要な用途 |
| コストと加工の容易さを優先する経済的な用途 | 薄いゲージによる重量削減が望ましい状況 |
選択の理由: - 成形効率、曲げ性、低コストが優先され、必要な設計荷重が低い降伏クラス内にある場合はS220GDを使用してください。 - より高い最小降伏強度が薄い材料を可能にする場合や、構造要件がより高い保証された降伏を要求する場合はS250GDを使用してください。
9. コストと入手可能性
- コスト: S250GDは、より高い保証された機械的特性およびそれを達成するために必要な微合金化またはTMCP処理のため、通常はS220GDよりわずかに高価です。価格プレミアムは市場条件によって異なります。
- 入手可能性: 両グレードは主要なコイル供給者によって一般的に生産され、一般的なコイル、シート、およびスリット形式で広く入手可能です。標準的なコーティング質量および幅に対するリードタイムは通常短いですが、特殊コーティングや非常に厳しい機械的公差の場合は長くなります。
10. まとめと推奨
表: 簡単な比較（定性的）
| 属性 | S220GD | S250GD |
|---|---|---|
| 溶接性 | 良好 — 強度要件が低いため容易 | 良好 — 微合金化されている場合はCEリスクがわずかに高い |
| 強度–靭性バランス | 成形に対して良好な延性と靭性 | 降伏強度が高い; 適切に処理されれば靭性は類似 |
| コスト | 低い | 高い（中程度のプレミアム） |
推奨: - あなたの用途が成形、曲げ、パンチングを重視し、適度な構造要件を満たす最も経済的な亜鉛メッキシートが必要な場合はS220GDを選択してください; 複雑なプロファイルに対して最大の延性が必要な場合。 - より高い保証された降伏強度が必要で、セクションの厚さを減少させたり、より高い安全係数を達成したり、特定の構造荷重要件を満たしたりしながら、亜鉛メッキ表面の利点を保持する場合はS250GDを選択してください。
最終的な注意: 調達および加工のために、常に化学組成、機械的特性、コーティング質量、および供給者の推奨成形および溶接手順についてミル証明書を確認してください。構造安全性または低温靭性が重要な場合は、グレード名に依存するのではなく、必要な特性を指定し、テストしてください。