SS400 vs Q235 – 成分、熱処理、特性、および用途
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はじめに
SS400とQ235は、一般的な製造、建設、機械に世界中で使用される最も一般的に指定されるプレーンカーボン構造鋼の2つです。エンジニア、調達マネージャー、製造プランナーは、これらの選択肢の間でコスト対機械的性能の確保、溶接性対強度、地域の入手可能性対標準遵守などのトレードオフを頻繁に考慮します。典型的な意思決定の文脈には、予測可能な降伏強度と合理的な延性が求められる構造フレーム、溶接製品、一般的な機械部品が含まれます。
両グレードは広く似た用途を持つ低炭素構造鋼ですが、異なる国家標準システムから派生しているため、保証される化学成分範囲や特性限界がわずかに異なります。この標準と試験の実践の違いは、根本的な冶金学的な違いではなく、これらの2つのグレードが設計や調達の会話でしばしば比較される理由です。
1. 標準と指定
- SS400: 一般構造鋼に一般的に使用される日本工業規格（JIS）指定（歴史的にはJIS G3101 / JIS G3131ファミリー）。プレーンカーボン構造鋼に分類されます。
- Q235: 炭素構造鋼のための中国GB/T 700シリーズ指定（いくつかのサブグレードQ235A/B/C/D/E）。プレーンカーボン構造鋼に分類されます。
- 比較可能な国際的な同等品:
- ASTM/ASME: ASTM A36（一般的な構造用途のための粗い西洋の同等品として一般的に使用されますが、同一ではありません）。
- EN: S235（類似の用途空間を持つ欧州構造鋼; 異なる保証値と試験）。
- カテゴリ: SS400とQ235はどちらもプレーンカーボン（低炭素）構造鋼であり、ステンレス鋼でも工具鋼でも高強度低合金（HSLA）鋼でもありません。一部の製品形状には微合金化されたり熱機械的に処理されたバリエーションが含まれる場合がありますが、グレード自体は炭素構造鋼として定義されています。
2. 化学組成と合金戦略
以下は代表的な組成範囲（wt%）です。値はそれぞれの標準と一般的な実践からの典型的な最大値と一般的な範囲を反映しています; 正確な値は各ミル証明書で確認する必要があります。サブグレードや厚さの制限が限界を変更する可能性があります。
| 元素 | SS400（代表的、wt%） | Q235（代表的、wt%） |
|---|---|---|
| C | ≤ 0.25（典型的範囲0.05–0.25） | ≤ 0.22（典型的範囲0.05–0.22） |
| Mn | ≤ 1.60（一般的に0.3–1.6） | ≤ 1.40（一般的に0.3–1.4） |
| Si | ≤ 0.50（しばしば≤ 0.35） | ≤ 0.35 |
| P | ≤ 0.050 | ≤ 0.045 |
| S | ≤ 0.050 | ≤ 0.045 |
| Cr | 微量/指定なし（≤0.30典型的な不純物） | 微量/指定なし |
| Ni | 微量/指定なし | 微量/指定なし |
| Mo | 微量/指定なし | 微量/指定なし |
| V, Nb, Ti, B, N | 一般的に微量/指定なし | 一般的に微量/指定なし |
注意: - 標準は最大濃度と受け入れ基準を定義します; 両グレードは意図的に硬化性合金元素が低いです。Cr、Ni、Mo、V、またはNbの重要な添加は、典型的なSS400/Q235の組成には含まれません。 - 主な強化元素は炭素とマンガンです; シリコンは脱酸のために制御され、高い量が存在する場合には靭性に影響を与える可能性があります。 - 最大値の小さな違い（例: SS400での許容MnまたはSiがわずかに高い）は、SS400が一部のミルロットでわずかに異なるように見えることを意味しますが、両者は溶接可能で延性のある構造鋼として設計されています。
合金が性能に与える影響: - 炭素は強度と硬化性を増加させますが、上昇するにつれて溶接性と延性を低下させます。 - マンガンは強度と硬化性を増加させ、脱酸を助けます; 適度なMnは靭性を改善します。 - シリコンは脱酸剤であり、わずかに強度を増加させますが、溶接ビードの特性に影響を与える可能性があります。 - リンと硫黄は靭性を低下させ、高いレベルで脆化や加工問題を引き起こすため、制御されています。
3. 微細構造と熱処理応答
- 典型的な微細構造: 通常の熱間圧延または再結晶条件下で、SS400とQ235はフェライト-パーライト微細構造を示します。粒子サイズとパーライトの形態は圧延および冷却速度に依存します。
- 通常の処理: 熱間圧延後に制御冷却を行うと、強度と延性のバランスを提供する細かいフェライト-パーライト構造が得られます。
- 熱処理への応答:
- アニーリング/正規化: 両鋼はアニーリングと正規化に応じて粒子サイズを精製し、靭性を改善します。正規化は、機械的特性を改善するために微細構造を均一化し、精製するために使用されます。
- 焼入れと焼戻し: これらのグレードは焼入れと焼戻しによる硬化を目的としていません; 過度の亀裂リスクなしに高硬化マルテンサイトを発展させるための合金成分が不足しています。積極的に熱処理を行うと、薄い部分でマルテンサイトが形成される可能性がありますが、引張および靭性の挙動は予測不可能になります。
- 熱機械的処理: 両鋼において、圧延と加速冷却の厳密な制御は強度と靭性をわずかに増加させる可能性があります; ただし、HSLAや焼入れ・焼戻し鋼と比較して、依然として低中強度の範囲に留まります。
4. 機械的特性
代表的な機械的特性範囲（材料証明書で確認; 特性は厚さ、試験方法、サブグレードに依存）:
| 特性 | SS400（典型的） | Q235（典型的） |
|---|---|---|
| 引張強度（MPa） | 400–510（厚さに依存） | 370–500 |
| 降伏強度（MPa） | ≈ 245（多くの厚さで一般的に報告される） | 235（名目設計降伏 — 「Q235」指定） |
| 伸び（% 50 mmまたは65 mmで） | 20–26% | 20–26% |
| シャルピー衝撃靭性 | 普遍的に指定されていない; サブグレードは値を指定する場合があります（正規化により改善） | 普遍的に指定されていない; 一部のサブグレード/試験条件は値を指定します |
| 硬度（HB） | ~120–170 HB（熱間圧延条件で典型的） | ~120–170 HB |
解釈: - Q235は235 MPaの名目最小降伏にちなんで名付けられています; SS400は厚さや製品によっては同様またはわずかに高い保証降伏を持つことがよくあります。多くの製品形状では、実際の強度の違いは控えめです。 - 両者の延性と靭性は一般的な構造用途に十分であり、靭性を改善するためには正規化または試験された衝撃特性を指定することが必要です。 - どちらのグレードも高硬度や高温サービス用に設計されていません。
5. 溶接性
溶接性は主に炭素含有量、炭素当量（硬化性）、および合金元素の残留物によって決まります。
溶接性を評価するために使用される一般的な炭素当量の公式: - IIW炭素当量: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - 国際Pcm: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
定性的解釈: - SS400とQ235はどちらも低炭素であり、硬化性元素の濃度が低いため、$CE_{IIW}$および$P_{cm}$の値は合金鋼や高強度鋼と比較して低いです。これは、一般的なアークプロセス（SMAW、MIG/MAG、TIG）で良好な溶接性を意味します。 - Q235はしばしばわずかに低い最大炭素を持つため、予熱なしで溶接しやすい場合があります; ただし、実際の溶接手順の資格は、ミル証明書の化学成分、セクションの厚さ、およびジョイント設計を使用して予熱/インターパス温度を設定する必要があります。 - 特定のミルロットでの微合金化や高いMn/Siは硬化性をわずかに増加させる可能性があります; 厚い部分の場合、冷間亀裂や水素亀裂を避けるために予熱と制御されたインターパス温度が賢明です。
6. 腐食と表面保護
- SS400とQ235はどちらも非ステンレスの炭素鋼であり、腐食抵抗は限られており、環境や露出に依存します。
- 保護戦略:
- バリアコーティング（塗料）、熱浸漬亜鉛メッキ、亜鉛電気メッキ、およびポリマーコーティングは、屋外または腐食性環境の標準的な保護です。
- 陰極保護は埋設または水中構造物に使用されます。
- PREN（ピッティング抵抗等価数）は、これらの非ステンレス鋼には適用されません。参考のために: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ はステンレス合金に適用され、SS400やQ235のようなプレーンカーボン鋼には意味がありません。
7. 製造、加工性、および成形性
- 成形性/曲げ性: 両グレードは熱間圧延状態で良好に成形および曲げられます。最小曲げ半径は厚さと指定された延性に依存し、Q235とSS400は類似の挙動を示します。
- 切断と加工: 加工性は中程度です。低炭素のバリエーションと制御された硫黄は加工性を改善します; どちらのグレードも高速加工に最適化されていません。
- 表面仕上げ: 熱間圧延された表面は多くの構造用途に受け入れられます; 塗装や溶接の前にショットブラスト、研削、または酸洗いが適用されます。
- 冷間成形: 両者は冷間成形可能です; バネ戻りと残留応力は厚さと正確な化学成分に依存します。
8. 典型的な用途
| SS400の典型的な用途 | Q235の典型的な用途 |
|---|---|
| JIS要件に従って製造された構造ビーム、柱、ガーダー; 建物のフレーム用の建設鋼 | 中国の一般的な構造部品、溶接組立およびプロファイル; 建設および軽機械 |
| JIS準拠が必要な機械製造用の圧延形状、板、シート | GB標準に基づく一般的な製造用の板、コイル、バー、およびセクション |
| JIS標準の受け入れと試験が指定された場合の溶接橋、クレーン、およびプラットフォーム | コストと地域の入手可能性が重要な一般目的のフレーム、サポート、コンテナおよび商業構造 |
選択の理由: - 必要な設計コード、契約で指定された標準、地域のサプライチェーン、および指定された機械的または衝撃試験要件に基づいて選択します。たとえば、JIS標準を指定するプロジェクトは通常SS400を呼び出し、GB標準を使用するプロジェクトはQ235を呼び出します。
9. コストと入手可能性
- 相対コスト: 両グレードは商品炭素鋼であり、価格はほぼ同じです; 地元の市場のダイナミクス、関税、および物流が最終コストを決定します。Q235は、中国のミル供給が強い地域では安価である可能性があります; SS400は、JIS製品ラインが確立されている場所でより容易に調達できるかもしれません。
- 製品形状による入手可能性: 両者は板、コイル、シート、バー、および構造形状で広く入手可能です。標準サイズのリードタイムは一般的に短いです; 特殊な厚さや認定ミル試験報告はリードタイムを延ばす可能性があります。
10. 要約と推奨
要約表（定性的）:
| 属性 | SS400 | Q235 |
|---|---|---|
| 溶接性 | 非常に良好（低C、低合金） | 非常に良好（わずかに低いC; 低合金） |
| 強度–靭性のバランス | 良好; 一部の製品形状で保証された引張/降伏がわずかに高いことがよくあります | 良好; 235 MPaの名目降伏用に設計されています |
| コストと入手可能性 | JIS製品が在庫されている場所で広く入手可能; 価格は地域によって異なります | 中国および中国供給の地域で広く入手可能; しばしばコスト競争力があります |
結論: - Q235を選択する場合: - プロジェクトがGB/T標準を指定するか、地元の中国材料供給に調達制約がある場合。 - 名目降伏が約235 MPaで、一般的な溶接製品に対して良好な溶接性を持つコスト競争力のある一般構造鋼が必要な場合。 - SS400を選択する場合: - 設計、契約、またはクライアントがJIS標準を指定する場合、またはJIS準拠に関連する特定の製品形状や試験実践が必要な場合。 - 特定の厚さに対してJISの下で提供されるわずかに異なる保証された機械的限界が必要な場合、またはJISエコシステムに関連するサプライヤーや証明書を好む場合。
最終的な注意: SS400とQ235は多くの一般的な構造用途において広く互換性がありますが、異なる標準に従っています。最終選択の前に、特定のミル証明書、厚さ依存の保証、および必要な衝撃試験や特別な処理を常に確認してください。