S350GD+Z vs S350GD+AZ – 成分、熱処理、特性、および用途

はじめに

S350GD+ZおよびS350GD+AZは、EN 10346ファミリーの高強度構造鋼の一般的な表面仕上げバリアントです。両者はS350GD基材に基づいています — これは、350 MPaの保証最小降伏強度を持つ冷間圧延高強度低合金（HSLA）鋼ですが、表面保護とサービス中の挙動が異なります。エンジニア、調達マネージャー、製造プランナーは、コストを優先するか、広範な腐食保護を優先するか、または高温腐食抵抗とバリア性能を強化するかという選択のジレンマに直面することがよくあります。選択は、腐食環境、溶接および加工方法、塗料とのコーティングの互換性、ライフサイクルコストに関わります。

両者の主な技術的な違いはコーティングシステムにあります：一方は熱浸漬亜鉛コーティング（犠牲的亜鉛メッキ）で、もう一方はアルミニウムベースの合金コーティング（通常はAl–Si）を使用しています。このコーティングの違いは、腐食メカニズム、高温安定性、成形挙動、時には入手可能性や価格の違いを引き起こします — したがって、設計や調達において頻繁に直接比較されます。

1. 規格と呼称

• 関連する欧州規格：EN 10346 — 冷間成形用の連続熱浸漬コーティング鋼平板製品。
• 併用可能な国際および地域の参照：ASTM/ASME（腐食およびコーティングの実践用）、JIS（比較可能なコーティング鋼用）、およびさまざまな国家調達仕様。
• 材料クラス：HSLA（高強度低合金）構造炭素鋼基材、金属表面コーティング（亜鉛またはアルミニウム-シリコン）。
• 呼称：
• S350GD+Z：熱浸漬亜鉛コーティング（亜鉛メッキ）のS350GD基材。
• S350GD+AZ：アルミニウムベースのコーティング（一般的にAl–Si合金、アルミニウムメッキまたはAl–Siコーティングと呼ばれる）のS350GD基材。

2. 化学組成と合金戦略

以下は、S350GDに使用される基材合金および典型的な微量微合金元素の定性的な組成表です。コーティング元素（ZnまたはAl-Si）は基材化学の一部ではなく、金属層として適用されることに注意してください。

元素	S350GD基材における典型的な役割
C（炭素）	強度と溶接性のバランスを取るための低炭素レベル；硬化性を制限するために制御される。
Mn（マンガン）	降伏強度および引張強度の主な強化元素；中程度のレベルで存在。
Si（シリコン）	残留および脱酸素元素；過剰になると靭性が低下するため制限される。
P（リン）	不純物として扱われる；靭性のために低く保たれる。
S（硫黄）	制御された不純物；成形性と溶接品質を改善するために低レベル。
Cr、Ni、Mo	S350GDにおける典型的な主要合金添加物ではない；存在しないか、トランプ/微量としてのみ存在する可能性がある。
V、Nb、Ti	微合金元素は、析出および結晶粒制御を通じて細粒強化を達成するために時々使用される。
B	このグレードでは稀；決定的な元素ではない。
N（窒素）	処理中に制御される；析出および強度に影響を与える可能性がある。

合金が特性に与える影響： - 炭素とマンガンは基準強度を提供します。炭素を低く保つことで溶接性が向上します。 - 微合金元素（Nb、V、Ti）が存在する場合、析出と結晶粒の細化によって強化を提供し、大きな炭素の増加なしに降伏強度を改善します。 - コーティング組成（亜鉛またはアルミニウム-シリコン）は、腐食保護を提供する別の金属層であり、基材のバルク機械的特性を大きく変えることはありませんが、成形、溶接、塗装中の表面挙動には影響を与えます。

3. 微細構造と熱処理応答

S350GDは、制御された圧延および焼鈍プロセスによって生産され、加工に応じて細粒のフェライト-パーライトまたはバイナイト島を持つ微細構造を得ます。典型的な加工ルートは、目標の降伏強度と靭性を達成するための連続焼鈍および熱機械制御加工です。

• S350GD+ZおよびS350GD+AZ基材は、コーティングが冷間圧延/焼鈍後、またはミルの慣行に応じてテンパー圧延の前後に適用されるため、同じバルク微細構造を共有します。
• 正規化：結晶粒サイズを細化し、冷却速度に応じて降伏/引張強度を上げることができる；通常、コーティングされた冷間圧延シートには適用されない。
• 焼入れおよびテンパー：商業的に供給されるS350GDシートには適用されない — このグレードは、硬化およびテンパー処理された状態ではなく、熱機械的に処理された/焼鈍された状態で提供される。
• 熱機械圧延：ミルが基材の強度と靭性を制御するために使用し、炭素に重く依存しない。これにより、強度と延性の良い組み合わせが得られます。

コーティング適用の影響： - 熱浸漬コーティング浴（亜鉛またはアルミニウム-シリコン）は熱的な曝露を導入します；基材の微細構造はS350GDに対して安定していますが、コーティング/基材の相互金属層はZnおよびAl–Siシステムで異なる形で形成され、局所的に表面硬度および延性に影響を与える可能性があります。

4. 機械的特性

以下の表は、典型的な機械的特性を要約しています。引張強度および伸びの数値範囲は指標的であり、最終値は供給者、厚さ、およびテンパーに依存します。

特性	S350GD+Z	S350GD+AZ
降伏強度（最小）	350 MPa（グレード呼称）	350 MPa（グレード呼称）
引張強度（典型的）	降伏強度を上回る中程度の範囲で一般的；供給者特有（ミルデータシート参照）	+Zと類似；基材がバルク引張強度を決定
伸び（A%）	冷間成形に対して十分な延性；厚さおよび圧延焼鈍の慣行に依存	基材に対して+Zと同等；コーティングが表面の亀裂発生に影響を与える可能性がある
衝撃靭性	常温で良好；低温靭性はミル認証に基づく	同様のバルク靭性；表面効果がノッチ挙動をわずかに変える可能性がある
硬度	基材の硬度は加工によって決まる；コーティングは表面硬度をわずかに変える（Znは柔らかく、Al–Siはしばしば硬い）	左の列を参照 — Al–Siコーティングは通常、Znよりも硬い表面フィルムを生成する

どちらが強い/靭性がある/延性があるか、そしてその理由： - 強度と靭性は主に基材（S350GD）によって決まります；両方のコーティングはバルク機械的特性を大きく変えません。 - 表面コーティングは、脆い相互金属層のために薄い断面や直近の表面での見かけの靭性に影響を与える可能性があります（特に一部のアルミニウムメッキコーティングで懸念される）。 - 成形に対する延性は基材で実質的に同じですが、コーティングされたシートの実際の成形性はコーティングの延性と接着性に依存します。

5. 溶接性

S350GD基材の溶接性は、低炭素および制御された合金により一般的に良好であり、最良の実践が守られる場合、一般的な接合プロセス（GMAW/MIG、SMAW、レーザー溶接、抵抗溶接）に適しています。

有用な炭素等価および亀裂傾向の公式（定性的に解釈）： - 国際溶接協会の炭素等価： $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - 国際欧州Pcm公式： $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

解釈： - 低い$CE_{IIW}$および$P_{cm}$値は、低い冷間亀裂感受性と容易な溶接性を示します。S350GDは、炭素と攻撃的な合金を低く保つように設計されており、有利な指数を生み出します。 - コーティングの考慮事項： - S350GD+Z（Zn）：亜鉛はアーク溶接中に亜鉛蒸気と煙を生成します；溶接部位からコーティングを除去して、ポロシティ、煙の危険、溶接金属の脆化を避ける必要があります。 - S350GD+AZ（Al–Si）：アルミニウムが豊富なコーティングは、溶接ゾーンで耐火性酸化物および高融点の相互金属を形成する可能性があります；溶接前にコーティングを除去することが推奨され、溶接パラメータは溶接欠陥を避けるために調整が必要な場合があります。 - 予熱/溶接後処理：薄いS350GD基材には通常必要ありませんが、厚いセクションやコーティングされた表面については、熱サイクルおよび水素リスクを管理するために供給者のガイダンスに従ってください。

6. 腐食および表面保護

• S350GD+Z（熱浸漬亜鉛）：犠牲的カソード保護を提供します。亜鉛は優先的に腐食し、コーティングが傷ついている場合でも鋼を保護します。一般的な大気腐食抵抗が良好で、鋼が他の金属と接触している場合に優れたガルバニック保護を提供します。
• S350GD+AZ（アルミニウム-シリコン）：Al–Siコーティングはバリアとして機能し、高温酸化に抵抗する安定したアルミニウム酸化物を形成し、一部の高温および循環酸化環境で優れた性能を提供します。Alが豊富なコーティングは、犠牲的ではなく、よりバリア指向です。

ステンレス型指数が適用される場合： - PREN（ピッティング抵抗等価数）は、これらの非ステンレス基材には適用されませんが、参考のために： $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ - ステンレス合金に対してのみPRENを使用；コーティングされた炭素鋼については、コーティングの腐食メカニズム（犠牲的対バリア）、コーティング厚さ、および環境曝露を評価します。

塗装および仕上げ： - 両方のコーティングは塗料を受け入れますが、表面前処理は異なる場合があります。亜鉛メッキされた表面は最適な接着のためにクロメートまたはリン酸塩変換層を必要とし、アルミニウムメッキされた表面は互換性のために異なるプライマーを必要とする場合があります。コーティングおよび塗料のベンダーにシステムの承認を相談してください。

7. 加工性、機械加工性、および成形性

• 切断：レーザー、プラズマ、およびせん断切断は、両方のコーティングに一般的に使用されます。切断パラメータおよびスラグの品質はコーティングタイプによって異なり、Al–Siコーティングはより耐火性のスラグを生成する可能性があります。
• 曲げ/成形：基材の成形性は類似していますが、コーティングの挙動は異なります：
• Znコーティングは比較的延性があり、よりタイトな曲げ半径に耐えることができます；ただし、亜鉛層は適切に圧延焼鈍されていない場合、亀裂や剥がれが生じる可能性があります。
• Al–Siコーティングは硬く、より脆い — タイトな曲げや厳しいスタンピング操作で亀裂が生じる可能性があり、亀裂のある部分に白い酸化物が現れることがあります。
• 機械加工性：ドリルおよびタッピングは、ZnまたはAl–Siが存在するかどうかによって異なるスワーフおよび工具摩耗特性を生成します；Al–Siは工具に対してより研磨性が高い可能性があります。
• 表面仕上げおよびエッジ状態：コーティング後にトリミングされたエッジは露出した鋼を示す場合があります；後処理保護およびタッチアップ塗装は一般的です。

8. 典型的な用途

用途分野	S350GD+Z（亜鉛メッキ）	S350GD+AZ（アルミニウムメッキ / Al–Si）
建物の外皮（ファサード、クラッディング）	一般的な腐食抵抗とコスト効果の高い保護のために広く使用される	高温または長期的なバリア性能が必要な場所で使用される
屋根および雨水設備	大気曝露に対する一般的な選択	高い熱サイクルや特定の美的ニーズのある環境で選択される
自動車構造パネル	ボディインホワイトでの腐食保護に使用され、塗装が続く	熱にさらされる部品や他の金属とのガルバニック互換性が懸念される場所で選択される
HVAC、ダクトワーク	一般的に指定される	高温のアルミニウムメッキ抵抗が有益な場所で使用される
産業機器（低-中温）	標準的な選択	高温での酸化抵抗が必要な場合に選択される
建築的に露出した要素	犠牲的保護を伴う経済的な選択肢	Al表面仕上げが望まれる長寿命で高コストの建築用途に使用される

選択の理由： - S350GD+Zは、低コストで広範な大気腐食保護が必要な場合や、犠牲的保護が有益な場合に選択してください。 - S350GD+AZは、高温曝露、酸化抵抗、または特定のバリア挙動が必要な場合に選択し、わずかに高いコストが正当化される場合に選択してください。

9. コストと入手可能性

• S350GD+Z（亜鉛）：成熟した亜鉛メッキインフラストラクチャーと高い需要により、一般的により広く入手可能でコスト競争力があります。サービスライフ要件に合わせたコーティング厚さの範囲を提供します。
• S350GD+AZ（アルミニウム-シリコン）：あまり普及しておらず、入手可能性が限られている場合があり、特殊なコーティング浴と生産量の低さによりコストがやや高くなる可能性があります。リードタイムは、市場およびミルの能力に応じて長くなる場合があります。
• 製品形状：両方のグレードはコイルおよびシートで供給されます。カスタムコーティング厚さ、テンパー（表面仕上げおよび塗装性）、およびコーティング後処理はリードタイムおよびコストに影響を与える可能性があります。

10. まとめと推奨

パラメータ	S350GD+Z	S350GD+AZ
溶接性（実用的）	基材の溶接性は良好；溶接部でZnを除去して煙/ポロシティを制御する必要がある	基材の溶接性は良好；Al–Siの除去が推奨され、溶接パラメータが調整される
強度–靭性	基材によって決定される；両者に類似	基材によって決定される；両者に類似
コスト	低い / 広く入手可能	高い / より専門的

結論： - S350GD+Zは、犠牲的挙動、簡単な塗装オーバーコーティング、広範な入手可能性を伴うコスト効果の高い一般的な大気腐食保護が必要な場合に選択してください。これは通常、建物、屋根、および多くの一般的な産業用途のデフォルトです。 - S350GD+AZは、アプリケーションが高温、酸化環境、またはより良い高温安定性と明確な外観を持つバリア型コーティングを必要とする場合に選択してください；高いコストを予想し、調達および製造計画における成形/溶接の影響を考慮してください。

最終的な推奨：決定は主にサービス環境と製造制約に基づいて行ってください。標準的な構造および外部用途の場合、S350GD+Zは通常、コスト、保護、および加工の容易さの最良のバランスを提供します。アルミニウム-シリコンコーティングのバリアおよび高温耐性が測定可能なライフサイクル価値を追加する特殊な熱的または化学的環境の場合、S350GD+AZがより良い技術的選択です。