SGCD1 対 SGCD2 – 組成、熱処理、特性、および応用

はじめに

SGCD1およびSGCD2は、自動車、家電、軽工業分野での成形、スタンピング、冷間仕上げ作業に一般的に指定される密接に関連した低炭素鋼です。エンジニアや調達専門家は、これらの間で選択する際に、成形性と強度、溶接性と成形後の熱処理能力、単位コストと入手可能性などのトレードオフを考慮します。

この2つのグレードの主な運用上の違いは、意図された成形性能にあります：1つのグレードは、より高い冷間成形延性と一貫したシート/ストリップの引き出し性を最適化しているのに対し、もう1つは、より高い強度と改善された硬化性を得るために、いくつかの成形の容易さを犠牲にしています。これらのグレードは多くの製造環境で互換的に使用されるため、組成、微細構造の応答、機械的特性、および製造上の考慮事項を慎重に比較することが、正しい選択のために不可欠です。

1. 規格と呼称

• SGCDタイプ鋼に関連する主要な規格とファミリー：
• ASTM/ASME（炭素鋼および低合金鋼のAISI/SAE呼称）
• EN（冷間圧延鋼および構造グレードのための欧州EN 10025/EN 10130カテゴリ）
• JIS（冷間圧延鋼および深絞り鋼のための日本工業規格）
• GB（冷間圧延シートおよびストリップカテゴリを含む中国国家規格）
• 分類：SGCD1およびSGCD2は、炭素マンガンファミリー内の低炭素冷間成形鋼として最も適切に分類されます（ステンレス鋼でも工具鋼でもなく、一般的に現代の定義によるHSLAでもありません）。これらは主に成形および製造のために意図されており、高温サービスや重合金構造用途には適していません。
• 注意：呼称スキームは地域や製鋼所によって異なります。ASTM/EN/GB/JISカタログの同等品は、化学組成および機械的特性証明書で確認する必要があります。

2. 化学組成と合金戦略

この2つのグレードは、延性のための低炭素と、強度とプロセスの安定性を提供するための十分なマンガン/シリコン（および時折の微合金添加）をバランスさせるように配合されています。実際の限界は供給者や地域の標準によって異なります。以下の表は代表的な典型的範囲を示しています。設計計算のためには、常に製鋼所の試験証明書から組成を確認してください。

元素	典型的範囲（wt%） — SGCD1（代表的）	典型的範囲（wt%） — SGCD2（代表的）
C	0.04 – 0.12	0.06 – 0.18
Mn	0.20 – 0.80	0.30 – 1.00
Si	0.02 – 0.25	0.02 – 0.30
P	≤ 0.030 (最大)	≤ 0.030 (最大)
S	≤ 0.020 (最大)	≤ 0.020 (最大)
Cr	微量 – 0.20（存在する場合）	微量 – 0.30（存在する場合）
Ni	微量 – 0.20（存在する場合）	微量 – 0.30（存在する場合）
Mo	通常は不在または≤ 0.05	時折≤ 0.10
V, Nb, Ti, B	通常は不在；一部のバリアントでは微合金添加が可能	強度制御のために微合金添加が可能
N	微量	微量

説明： - SGCD1は、冷間成形性を最大化し、硬化性を最小化するために、通常は炭素と合金の下限をターゲットにしています。低いCと制御されたMnは、成形誘発せん断破壊や薄化のリスクを減少させます。 - SGCD2は、降伏強度/引張強度を増加させ、熱処理または焼戻しへの応答を向上させるために、適度に高い炭素と合金（または微合金添加）を受け入れます。これらの変更は硬化性を増加させ、成形性をわずかに低下させる可能性があります。 - 微量のCr、Ni、またはVの添加は、SGCD2バリアントで強度、靭性、および焼戻し応答を調整するために使用されることがありますが、合金鋼の領域には移行しません。

3. 微細構造と熱処理応答

• 標準処理後の典型的な微細構造：
• SGCD1：炭素がグレード範囲の高い値に近づくと、細かいパーライト島を持つ主にフェライトマトリックス。粒子の細化とクリーンな包含制御が強調され、伸張性と穴の拡張を改善します。
• SGCD2：合金含有量と冷却速度に応じて、パーライトまたは焼戻しベイナイトの割合が高いフェライト-パーライト構造（熱機械処理または熱処理が適用された場合）。
• 熱処理の効果：
• 正規化：均一なフェライト-パーライト分布を促進します。SGCD2は、わずかに高い合金含有量により、正規化後にわずかに高い硬化性を示します。
• 焼入れおよび焼戻し：SGCD1には通常適用されません。なぜなら、それは成形の利点を無効にするからです。微合金添加を持つSGCD2バリアントは、荷重支持部品の強度を高めるために硬化/焼戻しが可能です。
• 熱機械処理（TMP）：両方のグレードは、制御された圧延およびコイリングスケジュールから利益を得ます。TMPは粒子サイズを細化し、強度と延性のバランスを改善します—SGCD2にとっては、すべての成形性を犠牲にせずに高い強度が必要な場合に有用です。

4. 機械的特性

以下の表は、典型的な製品形状（冷間圧延シートまたはストリップ）の代表的な機械的特性範囲を示しています。正確な値は製品仕様および試験で確認してください。

特性	SGCD1（典型的）	SGCD2（典型的）
引張強度（MPa）	270 – 390	320 – 480
降伏強度（0.2%オフセット、MPa）	150 – 260	200 – 350
伸び（%）、A50mmまたはA5	28 – 40	20 – 30
衝撃靭性（J）	中程度 — 室温で高く、厚さによって異なる	中程度 — 同じ厚さでSGCD1より低い場合がある
硬度（HB）	~100 – 150	~120 – 190

解釈： - SGCD2は、炭素/合金および可能な微合金添加のために、延性と成形性を犠牲にして、より高い引張強度と降伏強度を示す傾向があります。 - SGCD1は、伸びと成形性を重視し、厳しい引き抜き作業においてより良い穴の拡張と破壊に対する抵抗を提供します。 - 衝撃靭性は、清浄度、厚さ、および処理に依存します；同等の処理であれば、SGCD1は一般的により延性のある破壊モードを提供します。

5. 溶接性

溶接性は主に炭素含有量、効果的な合金（硬化性を増加させる）、および残留物の存在によって制御されます。役立つ予測指標には、IIW炭素当量およびPcm式が含まれます：

$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

定性的解釈： - SGCD1：低い炭素と少ない硬化性元素は、低い$CE_{IIW}$および$P_{cm}$値をもたらし、溶接性が向上し、予熱要件が減少し、冷間亀裂のリスクが低下します。 - SGCD2：炭素/マンガンの増加および可能な微合金添加は、$CE_{IIW}$/$P_{cm}$をわずかに増加させるため、溶接手順にはより高い予熱、制御された熱入力、または厚い部分のHAZの焼戻しが必要になる場合があります。 - 実用的な注意：両方のグレードにおいて、ショッププラクティス（接合設計、消耗品の選択、インターパス温度）が成功を左右します。常に重要なアセンブリのために適切な試験で溶接手順仕様（WPS）を確認してください。

6. 腐食および表面保護

• これらのグレードは非ステンレスの低炭素鋼であり、腐食抵抗は通常の炭素鋼に典型的です。
• 表面保護戦略：
• 熱浸漬亜鉛メッキ、電気亜鉛メッキ、および塗装または粉体コーティングによる前処理が、雰囲気および軽度の腐食環境に対する主な保護手段です。
• より良い腐食抵抗が必要な環境では、変換コーティング、デュプレックスコーティング、またはステンレス鋼ファミリーへの切り替えを検討してください—これらはステンレスグレードではないため、PRENはここでは適用されません。
• クロミウムまたはニッケルの添加が微量で存在する場合（SGCD2バリアント）、それらは標準的な保護システムと比較して大気腐食抵抗を大きく変えることはありません。

7. 製造、加工性、および成形性

• 成形性：
• SGCD1：深絞り、ストレッチ成形、およびタイト半径の曲げに最適化されています。低炭素と制御された包含形態は、優れた穴の拡張比を提供し、スプリングバックの変動を減少させます。
• SGCD2：成形後により高い保持強度が必要なアプリケーションに適しています；成形性は中程度の引き抜きには許容されますが、極端な変形には制限があります。
• 加工性：
• 両方のグレードは、アニーリングまたは供給された柔らかい状態で比較的加工可能です；SGCD2は、パーライトまたは微合金析出物の増加により、工具の摩耗がわずかに高くなる場合があります。
• 仕上げ：
• 表面状態は、コーティングの付着性や塗装仕上げに重要です—下流プロセスに適した適切な酸洗い、リン酸処理、または清掃を指定してください。

8. 典型的な用途

SGCD1（典型的な用途）	SGCD2（典型的な用途）
深絞りされた自動車の内装パネル、家電の外殻、高い伸張性を必要とする複雑なスタンプ部品	構造プレス、補強ブラケット、より高い降伏強度または限られた成形後の熱処理を必要とする成形部品
良好な曲げ性を必要とするチューブおよびセクション	冷間成形された荷重支持部品、中程度の負荷シャフト（熱処理後）
表面仕上げと成形性が優先される消費者製品	トリミング、適度な加工、および炭素鋼の限界内での高い強度対重量を必要とする部品

選択の理由： - 成形プロセスに厳しい引き抜き、穴の拡張が含まれる場合、または成形亀裂を最小限に抑えることが最も重要な場合はSGCD1を使用してください。 - 最終部品がより高い強度または熱処理後の性能向上を必要とし、成形作業が中程度である場合はSGCD2を使用してください。

9. コストと入手可能性

• 相対コスト：
• SGCD1は、一般的に低い合金含有量と簡素な加工要件のため、コスト競争力があります。
• SGCD2は、微合金添加または追加の加工（例：制御圧延、焼戻し）が使用される場合、わずかなプレミアムがかかることがあります。
• 入手可能性：
• 両方のグレードは、地域の製鋼所から冷間圧延シート、ストリップ、および時には酸洗いおよび油処理されたコイルとして一般的に入手可能です。製品形状（公差、厚さ、表面仕上げ）は製鋼所や地域によって異なります；特殊な焼戻しや超清浄な表面状態のリードタイムは長くなる場合があります。

10. まとめと推奨

特性	SGCD1	SGCD2
溶接性	優れた（低いC、低いCE）	良好から条件付き（高いCE、予熱が必要な場合あり）
強度–靭性バランス	靭性と延性を優先	合理的な靭性を持つより高い強度を優先
コスト	低い	わずかに高い（微合金添加/プロセスによる）

推奨： - 高い冷間成形性、深絞り、優れた穴の拡張、および簡素な溶接手順が必要な場合はSGCD1を選択してください。薄いゲージのパネル、消費者用家電の外殻、および表面仕上げと延性が設計の主要な要因となるコンポーネントに適しています。 - より高い成形後の強度、改善された荷重支持能力、または成形後の硬化/焼戻しのオプションが必要な場合はSGCD2を選択してください。SGCD2は、成形された構造ブラケット、高い使用応力を受けるコンポーネント、または重い合金クラスに移行せずに高い強度のフロアが必要な場合に適しています。

最終的な注意：ここで要約された範囲と挙動は代表的なものです。命名法、組成限界、およびプロセスルートは製鋼所によって異なるため、常に製鋼所の試験証明書（MTC）を要求し、適用される標準を確認し、重要なコンポーネントの製造/溶接試験を行ってから生産にリリースしてください。