SPHC 対 SPHD – 成分、熱処理、特性、および用途
共有
Table Of Content
Table Of Content
はじめに
SPHCおよびSPHDは、構造および成形操作のために一般的に指定される2つのJIS指定の熱間圧延鋼グレードです。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、下流処理要件のバランスを取る際に、しばしばこれらの選択に直面します。典型的な意思決定の文脈には、深絞り性能と厳密な表面品質（成形集約部品）を優先するか、コストと入手可能性が主な要因となる一般的な構造用途を優先するかが含まれます。
主な違いは、SPHDがSPHCに対して成形性と成形特性を改善するために生産および指定されているのに対し、SPHCは一般目的の商業用熱間圧延グレードであることです。両者は類似の部品ファミリーに使用されるため、設計レビューや調達仕様において直接比較されることがよくあります。
1. 規格と指定
- JIS（日本工業規格）：
- SPHC — 一般成形用の熱間圧延鋼板、シート、ストリップ（商業品質）。
- SPHD — 絞り用の熱間圧延鋼板、シート、ストリップ（成形性改善）。
- ASTM/ASME：直接の1対1のASTM同等物は存在しない; 最も近い類似物はASTM A1011 / A1008ファミリーに含まれる一般的な熱間圧延軟鋼（商業品質対絞り品質）ですが、仕様の違いは化学成分と許容公差によって異なります。
- EN：EN 10025ファミリーは構造用鋼をカバーし、他のEN規格は絞り/深絞りグレードをカバーします; 同等性は化学成分と機械的特性をケースバイケースで確認する必要があります。
- GB（中国）：中国の熱間圧延商業用および絞り用鋼（例：一般グレードのQ235シリーズ）は類似の機能を果たす可能性がありますが、クロス比較なしでは直接の同等物ではありません。
分類：SPHCおよびSPHDは、合金鋼、工具鋼、ステンレス鋼、またはHSLA鋼ではなく、炭素（低炭素）鋼です。一部のミルバリアントには、特性制御のために微量の微合金元素が含まれる場合がありますが、両者は主に低炭素の熱間圧延鋼です。
2. 化学組成と合金戦略
| 元素 | SPHC（典型的） | SPHD（典型的） |
|---|---|---|
| C | 低炭素; 一般成形および溶接性に最適化。 | SPHCよりも低い炭素（意図：成形性の改善と応力老化傾向の低減）。 |
| Mn | 強度と脱酸制御のための小から中程度のMn。 | 強度と延性のバランスを取るために制御された同様のMn戦略。 |
| Si | 脱酸剤として存在; 低レベル。 | 深絞り中の表面欠陥を避けるための低Si。 |
| P | 靭性と表面品質を保持するために低く保たれる（不純物制御）。 | 同様に低いレベルに制御される; 深絞りシートのためにより厳密な制御が可能。 |
| S | 最小限に保たれる; 表面および成形性のための硫黄制御が重要。 | 絞り中のシーム/フレーク欠陥を避けるために、SPHCよりも自由Sが低いことが多い。 |
| Cr, Ni, Mo, V, Nb, Ti | 通常は不在または一部のミル特有のグレードで微量/微合金添加物としてのみ存在。 | 一般的に不在; 存在する場合は、良好な成形性を保持するために最小限に抑えられる。 |
| B | 典型的ではない; 特殊なバリアントで硬化性のために使用される場合は微量のみ。 | 典型的ではない。 |
| N | 残留窒素; 成形性を改善するために絞りグレードで厳密に制御されることがある。 | 深絞り性能を向上させるために、しばしば低い/残留N制御が厳密。 |
注記：この表は特定の重量パーセント制限ではなく、定性的な組成戦略を示しています。両グレードは意図的に低合金/低炭素であり、SPHDは表面品質と成形性を劣化させる元素と不純物（P、S、自由N、高C）を最小限に抑えることに強く重点を置いています。
合金が特性に与える影響： - 炭素は強度と硬化性を増加させますが、延性と溶接性を低下させます。SPHDの低炭素は成形性を改善します。 - マンガンは強度と硬化性を高め、脱酸を助けます; 過剰なMnは成形性をわずかに低下させることがあります。 - シリコンは脱酸のために使用されます; 高Siは表面品質とコーティング性を低下させる可能性があります。 - 微合金（V、Nb、Ti）が小量で存在する場合、粒径を細かくし、延性の大きな損失なしに強度を増加させることがありますが、そのような元素は通常深絞りグレードには避けられます。
3. 微細構造と熱処理応答
典型的な微細構造： - SPHC：熱間圧延と制御冷却によって生成されるフェライト-パーライト微細構造。粒径とパーライト比は冷却速度に依存します; 一般的に中程度の強度と延性のためにバランスが取られています。 - SPHD：同様にフェライト-パーライトですが、成形性と均一な伸びを向上させるために、より細かいフェライト粒径と低いパーライト比（または細かい層間隔）を生成するようにプロセス制御が調整されています。
熱処理と加工： - 両グレードは通常、熱間圧延状態で供給されます。これらは、高強度構造鋼に典型的な焼入れおよび焼戻し処理を意図していません。 - 正常化は粒径を細かくし、両グレードの強度と靭性を適度に増加させることができますが、成形性が変わる可能性があるため、SPHDにはめったに適用されません。 - 熱機械制御加工（TMCP）は、商品SPHC/SPHDには一般的ではありませんが、一部のミルでは制御圧延と加速冷却を適用して、特性範囲を狭めることがあります。 - 冷間加工（例：酸洗い、スキンパス）は表面仕上げと機械的特性に影響を与えます; SPHDはしばしば絞り用途のためにより厳密な表面処理を受けます。
4. 機械的特性
| 特性 | SPHC | SPHD | 注記 |
|---|---|---|---|
| 引張強度 | 中程度（商業熱間圧延範囲） | 成形性を優先するために同様またはやや低い | 実際の値は厚さとミル加工に依存します。 |
| 降伏強度 | 中程度 | 同様またはやや低い | SPHDは、絞り性を助けるために、降伏強度が低いか、より均一な降伏対引張比を持つことがあります。 |
| 伸び | 一般的な成形に適している | より高い伸びとより良い均一伸び | SPHDは深絞り中のより高い総伸びと均一伸びのために最適化されています。 |
| 衝撃靭性 | 低炭素熱間圧延鋼に典型的; 特に最適化されていない | 比較可能だが、主要な設計の焦点ではない | 薄いシートには通常指定されない; 厚さと微細構造に依存します。 |
| 硬度 | 適度（柔らかいから中程度） | 比較可能またはやや低い | 低い硬度は、しばしば深絞り性能の改善と相関します。 |
説明：SPHDは優れた延性と一貫した成形挙動を得るために配合および加工されており、SPHCは広範な適用性とコスト競争力を強調しています。機械試験値は厚さおよびミル依存であり、正確な数値が必要な場合は、特定のロットのミル認証またはJIS表を参照してください。
5. 溶接性
低炭素熱間圧延鋼の溶接性は一般的に良好ですが、炭素含有量、合金、そして不純物レベルに依存します。以下に示すのは、一般的に使用される2つの溶接性指数です。
-
炭素等価（IIW）： $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
-
国際/Pcm指数： $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
定性的解釈： - SPHCおよびSPHDは低炭素であるため、一般的に共通のプロセス（MIG/MAG、SMAW、TIG）で溶接が容易です。 - SPHDの低炭素および不純物の厳密な制御は、溶接中にわずかに許容度を高めることが多い（低い冷間割れ感受性および硬いHAZ微細構造を形成する傾向が低い）。 - 一部のバリアントにおける微合金（Nb、V、Ti）は、$CE_{IIW}$および$P_{cm}$をわずかに上昇させ、厚いセクションのために予熱または制御されたインターパス温度を必要とする場合があります。 - 重要な製造物については、メーカーのミル証明書および溶接前後の熱処理ガイドラインに従い、特に厚いセクションおよび多層溶接において水素制御を行ってください。
6. 腐食および表面保護
- SPHCもSPHDもステンレスではなく、腐食抵抗は普通の炭素鋼のものであり、サービスライフのために管理する必要があります。
- 典型的な保護措置：
- 大気腐食保護のための熱浸漬亜鉛メッキ。
- 美観および腐食抵抗を改善するための電気亜鉛メッキ、コイルコーティング、または塗装。
- 接着を助けるための塗装または成形前の変換コーティング（リン酸塩処理）。
- PREN（ピッティング抵抗等価数）はステンレスグレードに適用され、SPHCまたはSPHDには関連しませんが、参考のために： $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ この指数はこれらの非ステンレス鋼には適用されません。
表面仕上げと保護を指定する際には、コーティングに対する成形誘発損傷を考慮してください：深絞り（SPHD）の場合、高応力成形用に設計されたコーティングおよび前処理を選択して、ひび割れや剥離を避けてください。
7. 製造、加工性、および成形性
- 切断：プラズマ、レーザー、または機械的剪断が使用されます。両グレードは容易に切断されます; SPHDの改善された表面品質は二次仕上げを減少させることができます。
- 曲げおよび成形：SPHDは、低炭素、厳密な不純物制御、およびプロセスミル仕上げにより、深絞りおよび高応力成形においてSPHCを上回ります; 通常、より小さな曲げ半径およびより複雑な形状をひび割れなしで許容します。
- 加工性：両グレードは軟鋼として加工可能です; 加工性の要因は主に炭素、硫黄添加物（自由切削バリアント）、および硬度によって影響を受けます。SPHCおよびSPHDは自由切削操作に最適化されていません。
- 仕上げ：SPHDの表面品質はより一貫しており; SPHCは重要な仕上げのために酸洗いやショットブラストを必要とするスケールや表面不規則性を示すことがあります。
8. 典型的な用途
| SPHCの用途 | SPHDの用途 |
|---|---|
| 一般構造パネル、ブラケット、基本的なスタンピング部品、非重要なシャーシコンポーネント | 自動車の内装パネル、深絞りキッチンウェア、飲料および食品缶の蓋（該当する場合）、絞り集約型自動車ボディ部品 |
| 一般目的の溶接製作、軽量構造フレーム | 成形後の厳密な成形性、高い均一伸び、およびより良い表面完全性を必要とするコンポーネント |
| 低コストのエンクロージャ、産業用コンテナ | 表面および寸法の一貫性が重要な高品質のスタンプ部品 |
選択の理由： - コスト、広範な入手可能性、および許容可能な成形性能が十分な場合はSPHCを使用してください。 - 高い絞り性、厳密な表面制御、またはより厳しい成形操作が必要な設計の場合はSPHDを使用してください。
9. コストと入手可能性
- SPHCは通常、厚さ範囲およびサービスセンター全体で、より安価で広く入手可能な商品熱間圧延シートです。
- SPHDは、より厳密な化学成分および表面制御のために適度なプレミアムを要求し、特定の地域や厚さで供給が制約される場合があります。
- 製品形態：コイル、シート、およびブランク; 両者は一般的にコイルとして生産されます。ジャストインタイム製造のために、SPHDのための地元のミル在庫およびリードタイムを確認してください。長い調達リードタイムは材料の利点を相殺する可能性があります。
10. まとめと推奨
| 属性 | SPHC | SPHD |
|---|---|---|
| 溶接性 | 良好 | やや良好（低C/不純物） |
| 強度–靭性のバランス | 一般的な使用に適している | 比較可能で、より高い延性に最適化されている |
| コスト | 低い（商品） | 高い（絞りグレードプレミアム） |
推奨事項： - 極端な成形性が必要ない一般構造、溶接、または軽く成形されたコンポーネントのために、コスト効果が高く、容易に入手可能な熱間圧延鋼が必要な場合はSPHCを選択してください。 - あなたのアプリケーションが優れた深絞り性能、より高い均一伸び、および成形後の厳密な表面品質を要求する場合（例：自動車の内装パネル、複雑なスタンプ部品）には、SPHDを選択し、適度な材料プレミアムと潜在的に長いリードタイムを受け入れる準備をしてください。
最終的な注意：使用するロットの正確なミル化学および機械証明書を常に確認してください。SPHCおよびSPHDは、高合金化学ではなくプロセス意図およびミルプラクティスによって定義されているため、特性のばらつきは供給者や厚さによって異なる可能性があります。材料選択は、仕様レビュー、成形試験、および供給者との協力を組み合わせて、製造における標準的な挙動を確保する必要があります。