SD390 vs SD490 – 構成、熱処理、特性、および用途
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はじめに
SD390とSD490は、建設、補強バー、および一部の冷間成形構造部材で遭遇する、広く使用されている高強度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、これらのグレードの間で選択のジレンマに直面することがよくあります：強度を高めることと、溶接性、延性、製造コスト、入手可能性とのバランスを取ることです。典型的な意思決定の文脈には、セクションサイズと重量を減らすためにより高い降伏強度を指定するか、複雑な製造のために改善された溶接性と成形性を優先するかが含まれます。
二つの主な区別要因は、目標最小降伏強度です：SD390は約390 MPaの降伏クラスで指定され、SD490は関連する日本式の指定慣行の下で490 MPaのクラスです。両方の鋼は、主に構造用炭素/HSLA型鋼として意図されており、ステンレス鋼や工具鋼ではないため、設計者が合金鋼やステンレス鋼のカテゴリに移行せずに強度レベルを選択しなければならない場合によく比較されます。
1. 規格と指定
- SDシリーズグレードが登場または参照される一般的な規格：
- JIS（日本工業規格） – SDグレードは、補強および構造用鋼のJIS指定と一般的に関連付けられています。
- GB/T（中国国家規格）および他の地域規格は、補強バーおよび構造用鋼のために類似の強度クラスの名称を使用することがあります。
- ENおよびASTMはSD接頭辞を直接使用しませんが、類似の強度クラスのグレード（例：S355、GRADE 50の補強バー相当）を持っています。
- 冶金による分類：
- SD390：低〜中炭素構造/HSLAクラス鋼（炭素/HSLA）。
- SD490：低〜中炭素構造/HSLAクラス鋼（高強度炭素/HSLA）。
- どちらのグレードもステンレス鋼、工具鋼、高合金鋼ではなく、通常は制御された化学組成によって修正されたプレーン炭素鋼であり、ターゲット特性を達成するためにしばしば微合金化および熱機械処理が行われます。
2. 化学組成と合金戦略
注：正確な化学限界と組成は、規格の版および供給者によって異なります。以下の表は、SDシリーズ構造鋼の供給者データシートで見られる典型的な化学特性を要約しています。重要な用途には、常に製鋼所の証明書で組成を確認してください。
| 元素 | SD390の典型的な含有量 | SD490の典型的な含有量 |
|---|---|---|
| C（炭素） | 低炭素、溶接性を改善するために制御（典型：≤ ~0.25%） | 低炭素、しばしば同様に制御（典型：≤ ~0.22%） |
| Mn（マンガン） | 強度と硬化性のための中程度のレベル（典型的範囲） | 中程度からやや高めで、高強度を助ける |
| Si（シリコン） | 少量（脱酸；~0.1–0.6%） | SD390と同様のレベル |
| P（リン） | 靭性のために低く保たれる（微量；例：≤ ~0.04–0.05%） | 低く保たれる |
| S（硫黄） | 延性/加工性のために低く保たれる（微量；例：≤ ~0.04–0.05%） | 低く保たれる |
| Cr, Ni, Mo | 通常は最小限または微量；特定の混合物に必要な場合のみ存在 | 過剰な炭素なしで高強度を達成するために、一部の製鋼所で小さな添加物がある場合があります |
| V, Nb, Ti（微合金化） | しばしば微量から低量で存在し、粒子を細かくし、強度/靭性を改善します | 沈殿強化を通じて降伏強度を高めるために頻繁に使用されます |
| B, N | 脆化を避けるために微量レベルが制御され；Nは靭性のために制御されます | 同様の考慮が適用されます |
合金化が特性に与える影響： - 炭素は強度と硬化性を高めますが、過剰に上昇させると溶接性と延性を低下させます。 - マンガンは強度と靭性に寄与し、硬化性も高めます。 - シリコンは脱酸剤であり、強度に寄与します；過剰なSiは特定のコーティングを損なう可能性があります。 - 微合金化元素（V、Nb、Ti）は、炭素を増加させることに比べて、溶接性の小さな低下で沈殿強化と粒子の細化を可能にします。
3. 微細構造と熱処理応答
- 典型的な微細構造：SD390とSD490は、フェライト-パーライトまたは微細粒フェライトを生成するように製造され、分散したパーライトおよび/または微合金沈殿物を含みます。熱機械圧延（制御圧延）および加速冷却は、冷却速度と化学組成に応じて、微細粒のフェライト/パーライトまたはベイナイト様構造を生成します。
- SD390：より低い強度目標に対して、微細構造は一般的にフェライト-パーライトであり、良好な延性と靭性を得るために粒子サイズが制御されています。
- SD490：より高い降伏値を達成するために、製造業者はしばしばやや高いMnと微合金化、さらに熱機械処理の組み合わせに依存して、より細かい微細構造と沈殿強化を生成します；一部の商業製品は遷移ベイナイトまたはより細かいパーライトを持つことがあります。
- 熱処理応答：
- 正規化/精製：両方のグレードは、粒子の細化と靭性の改善を伴う正規化または制御圧延に応答します。
- 焼入れと焼戻し：補強バーや標準構造セクションに使用される供給された変形鋼には通常適用されません；Q&Tは強度を高め、靭性を調整できますが、コストと入手可能性が変わります。
- 熱機械処理：SD490クラスの強度を達成するための一般的なルートであり、炭素を大幅に増加させず、炭素を増加させるアプローチよりも優れた溶接性を保持します。
4. 機械的特性
定義的な機械的区別は最小降伏応力です。他の機械的特性は、処理、製品形状、および試験温度に強く依存します。以下の表は、適用可能な場合の典型的または標準化された最小値と通常の範囲を示しています。
| 特性 | SD390（典型/最小） | SD490（典型/最小） |
|---|---|---|
| 最小降伏強度（MPa） | ~390 MPa（設計クラス） | ~490 MPa（設計クラス） |
| 引張強度（MPa） | 処理に依存する典型的な範囲（しばしば~520–680 MPa） | 処理に依存する典型的な範囲（しばしば~560–760 MPa） |
| 伸び（Lo = 指定ゲージ） | 中程度（一般的にセクションと標準に応じて≥10–18%） | 同様の製品形状でSD390より通常低い（一般的に≥8–16%） |
| 衝撃靭性 | 粒子が細かくなった場合、環境下で良好；セクションの厚さによって変動 | 熱機械的に処理され、微合金化されていれば良好；低温に対してはより厳密な制御が必要な場合があります |
| 硬度 | 中程度（引張に依存） | 同等の形状でSD390より高い |
どちらが強い、靭性がある、または延性があるか： - 強度：SD490 > SD390（設計による）（より高い降伏強度および通常はより高い引張強度）。 - 延性/靭性：SD390は一般的により高い延性を提供し、同等の製品形状でより良い低温靭性を示す場合がありますが、SD490が特に靭性を高めるために処理されている場合を除きます（例：慎重なTMCPおよび微合金の使用）。 - トレードオフ：靭性を損なうことなくSD490クラスの強度を達成するには、単に炭素を追加するのではなく、通常は微合金化と制御された処理が必要です。
5. 溶接性
溶接性は重要な選択要因です。主な考慮事項には、炭素当量と硬化性を高める元素の存在が含まれます。
有用な予測式（定性的に解釈；溶接手順の資格を代替しない）： - 炭素当量（IIW）： $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - 溶接性評価のための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： - より高い$CE_{IIW}$または$P_{cm}$の値は、硬く脆い溶接熱影響部のリスクが増加し、予熱、制御されたインターパス温度、または溶接後の熱処理の必要性が高まることを示します。 - SD490は、より高い強度としばしばより高い合金含有量または微合金化のため、同様の炭素レベルに対してSD390よりも高い硬化性を持つ傾向があります。したがって、SD490製品は、特に厚いセクションでは、より注意深い溶接手順（予熱、低い熱入力制御、資格のある消耗品）が必要になる場合があります。 - 微合金元素（V、Nb、Ti）は沈殿強化を高めますが、硬化性も高める可能性があります；慎重な熱入力制御はHAZ硬度を軽減します。
6. 腐食と表面保護
- SD390とSD490はどちらも非ステンレスの炭素/HSLA鋼であり、プレーン炭素鋼を超える固有の腐食抵抗を提供しません。
- 一般的な保護方法：
- 長期的な大気保護のための熱浸漬亜鉛メッキ。
- 攻撃的な環境のためのエポキシまたは亜鉛リッチプライマーおよびコーティング。
- 適切な場合の塗装システムおよび陰極保護。
- PRENはこれらの非ステンレス鋼には適用されません。参考までに、ステンレス合金のPREN指数は： $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ ですが、これはSDシリーズの炭素鋼には適用されません。
- 選択ガイダンス：腐食抵抗が主要な要因である場合、SD390/SD490に依存するのではなく、保護コーティングを指定するか、腐食抵抗合金に切り替えることを検討してください。
7. 製造、加工性、および成形性
- 成形性/曲げ：
- SD390は、降伏強度が低く、延性が高いため、特定の製品形状に対して一般的により良い曲げおよび成形能力を提供します。
- SD490は、冷間成形時により厳密な曲げ半径の制御、潜在的に高いスプリングバック力、およびより注意深いプロセス計画が必要です。
- 加工性：
- 両方とも適切な工具で容易に加工可能です；SD490は高強度レベルでやや研磨性が高く、加工が難しい場合があります。
- 切断と溶接：
- SD490は、せん断のためにより高い力を必要とし、より堅牢な切断/溶接パラメータが必要になる場合があります。
- 表面仕上げ：
- 両方とも一般的な仕上げ操作を受け入れます；高強度の微合金化されたバリアントは、わずかに異なる研磨/ポリッシング応答を示す場合があります。
8. 典型的な用途
| SD390 – 典型的な用途 | SD490 – 典型的な用途 |
|---|---|
| 標準強度が十分なコンクリート用の補強バーおよびメッシュ | セクションサイズを減少させるためにより高い降伏強度が必要な補強バーおよび構造部品 |
| 延性と溶接の容易さが優先される標準荷重の建物の構造部材 | 橋、高強度構造セクション、および重量削減が重要なプロジェクト |
| 成形および曲げが頻繁に行われる冷間成形セクションおよび一般的な構造用途 | 断面あたりのより高い荷重容量が必要な用途、または設計コードがより高い強度グレードを要求する場合 |
| 溶接性と低予熱要件を重視した製造 | 高度な熱機械処理により、より高い強度と許容可能な靭性を両立させる製造 |
選択の理由： - 製造の複雑さ、高い延性、容易な溶接が優先され、390 MPaクラスが構造要件を満たす場合はSD390を選択してください。 - セクションの厚さを減少させるためにより高い降伏強度が必要な設計の場合、またはプロジェクトの仕様がより高いクラスを要求する場合はSD490を選択してください。ただし、調達および製造チームが溶接/成形の影響を管理できることが前提です。
9. コストと入手可能性
- コスト：SD490は通常、追加の処理（TMCP、微合金化、厳密な制御）および時には生産量が少ないため、SD390よりも高い単位コストを要求します。ただし、部材あたりの材料コストは、重量の削減や小さなセクションによって相殺されることがあります。
- 入手可能性：SD390は通常、さまざまな製品形状（補強バー、バー、特定の構造形状）でより広く入手可能です。SD490の入手可能性は地域の市場需要および製鋼所の能力に依存し、補強バーおよび特定の構造製品には一般的に入手可能ですが、リードタイムや最小注文の考慮が必要な場合があります。
- 製品形状：両方のグレードは、補強バー、商業バー、時には熱間圧延セクションとして一般的に販売されています；地元の製鋼所の在庫および認証を確認してください。
10. 概要と推奨
| 属性 | SD390 | SD490 |
|---|---|---|
| 溶接性 | より良い（低いCE） | 許容可能だが、より多くの制御が必要 |
| 強度–靭性のバランス | 一般的な使用に対して良好な延性と靭性 | より高い強度；靭性は処理に依存 |
| コスト | 低い（材料ベース） | 高い（処理と厳密な制御） |
推奨： - 次の条件に該当する場合はSD390を選択してください： - 設計荷重が~390 MPaの降伏材料で満たされる。 - 溶接、成形、より高い延性が優先される。 - より広い入手可能性と低い材料コストを好む。 - 次の条件に該当する場合はSD490を選択してください： - 構造の最適化がセクションサイズや重量を減少させるためにより高い降伏強度を要求する。 - プロジェクトが厳密な製造管理（溶接、曲げ）を許容するか、供給者が実績のある靭性を持つTMCP/微合金化製品を提供する。 - HAZの懸念を管理するために資格のある溶接手順と経験豊富な製造業者がいる。
最終的な注意：SD390とSD490は、構造用炭素/HSLA鋼のファミリー内でどちらも有用なクラスです。適切な選択は、構造要件、製造能力、溶接手順、コーティングのニーズ、およびプロジェクト全体のコストの包括的な評価に依存します。重要なプロジェクトの場合は、常に製鋼所の証明書、溶接手順仕様（WPS）を取得し、必要に応じて鋼の生産者と相談して、必要な強度–靭性のバランスを提供する正確な化学組成と処理ルートを選択してください。