St12 vs St13 – 成分、熱処理、特性、および用途
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はじめに
St12およびSt13は、特に冷間圧延シートおよびストリップ製品ラインにおいて、ヨーロッパの産業実践で頻繁に遭遇する伝統的な低炭素鋼グレードです。エンジニア、調達マネージャー、製造プランナーは、最低コスト対わずかに高い強度、または最大成形性対わずかに改善された耐摩耗性など、競合する目的の最適化の際に、これらのグレードの選択に関するジレンマに直面することが一般的です。典型的な意思決定の文脈には、深絞り対軽構造部品、溶接組立対消費者向け露出パネル、低温衝撃要件対一般的な製造が含まれます。
St12とSt13の主な実用的な違いは、冷間圧延性能に向けた組成と焼きなましの履歴の小さな意図的な調整です：一方のグレードは成形操作のために最大の延性と表面仕上げを強調し、もう一方はわずかに高い降伏/引張特性と寸法安定性に調整されています。これらの2つのグレードは低炭素鋼スペクトルの隣接する位置を占めているため、特性のわずかなトレードオフが重要な材料選択の際に一般的に比較されます。
1. 規格と指定
- 起源とマッピング：
- St12およびSt13の名称は、非合金冷間圧延軟鋼のための伝統的なドイツ/DIN命名法に由来しています。
- 現代の仕様と供給は、EN（ヨーロッパ）、JIS（日本）、GB（中国）および国のバリアントなどの広範な規格によって管理されており、正確な同等物は材料証明書および現在の規格改訂に対して確認する必要があります。
- 分類：
- St12およびSt13は、プレーンカーボンスチール（非合金/軟鋼）です。
- これらは現代の意味でのステンレス、工具、またはHSLAグレードではなく、成形および表面品質のために最適化された低炭素軟鋼として最もよく説明されます。
2. 化学組成と合金戦略
以下の表は、特定の数値制限を発明することなく、これらのグレードの特徴的な合金傾向を要約しています — 正確な割合については常に製鋼所の証明書および適用される標準文書を参照してください。
| 元素 | St12（典型的な仕様の焦点） | St13（典型的な仕様の焦点） |
|---|---|---|
| C（炭素） | 延性と冷間成形性を最大化するための非常に低い炭素 | 非常に低い炭素、St12とわずかに類似またはわずかに高い強度を増加させるため |
| Mn（マンガン） | 製造性と脱酸制御のための低マンガン | 低マンガン；強度と硬化性を最適化するために制御される場合があります |
| Si（シリコン） | 微量から低（脱酸） | 微量から低 |
| P（リン） | 意図的に低く保たれる（表面品質と脆化制御） | 低く保たれ、同様に厳しい制限があります |
| S（硫黄） | 低い；表面品質と成形性を改善するために制御される | 低い；一部のロットで機械加工性を改善するために制御される |
| Cr, Ni, Mo, V, Nb, Ti, B, N | 意図的に合金化されていない；存在する場合は、製品/生産者に応じて微量またはマイクロ合金濃度で | 同様 — 一般的に非合金化されているが、特殊コイルや機械的目標を満たすためにマイクロ合金化が存在する場合があります |
合金戦略が特性に与える影響： - 低炭素含有量は延性を保持し、冷間成形性を改善し、溶接熱影響部（HAZ）亀裂のリスクを低減します。 - 低マンガンおよび強い合金元素の不在は、限られた硬化性を意味します；強度の増加は合金含有量ではなく、冷間加工および焼きなましによって達成されます。 - 一部の生産ルートでの微量マイクロ合金化は、粒子サイズを精製し、成形性を損なうことなく降伏強度をわずかに改善することができます。
3. 微細構造と熱処理応答
典型的な微細構造： - 両方のグレードは、正確な炭素および冷却履歴に応じて、多角形フェライトおよび少量のパーライトを伴うフェライトマトリックスを示します。冷間圧延および焼きなましされた製品の場合、構造は微細なフェライトで、わずかに高い炭素を含む鋼に分散した炭化物があります。 - St12（成形性重視）は、最小限のパーライトでより柔らかく均一なフェライト微細構造を生成するために焼きなましされる傾向があります。 - St13（わずかに高い強度）は、制御冷却またはマイクロ合金添加で生産された場合、わずかに高いパーライトの割合またはより細かいフェライト粒子サイズを持つ可能性があります。
一般的な加工ルートに対する応答： - 焼きなまし（冷間圧延コイルの再結晶焼きなまし）：両方のグレードは延性を回復します；St12は非常に高い伸び値に回復し、St13は延性を回復しますが、わずかに高い降伏強度を保持する可能性があります。 - 正常化：冷間圧延用途には一般的ではありませんが、比較的均一なフェライト-パーライト微細構造を生成します；これらは低炭素鋼であるため、限られた利点があります。 - 突然冷却および焼きなまし：これらの低炭素グレードにはほとんど適用できません。炭素含有量が十分でないため、重要なマルテンサイト形成はありません；このルートによる強度の増加は最小限です。 - 熱機械加工：上流（熱間圧延またはマイクロ合金鋼）で適用される場合、粒子精製は降伏強度を高めながら延性を保持できます；それでも、名目上の化学組成が達成可能な硬化性を制限します。
4. 機械的特性
以下は定性的な比較です。特定の数値は製鋼所の試験証明書または購入仕様から取得する必要があります。
| 機械的特性 | St12 | St13 |
|---|---|---|
| 引張強度 | 低から中程度（成形に最適化） | St12よりわずかに高い |
| 降伏強度 | 低い（深絞りに適している） | 中程度に高い（寸法安定性が改善される） |
| 伸び（延性） | 高い（成形性が良い） | わずかに低いが、成形にはまだ良好 |
| 衝撃靭性 | 常温で良好；両方とも一般的な使用に適している | St12と同様；小さな違いは加工に依存する |
| 硬度 | 低い（柔らかく、加工/成形が容易） | わずかに高いが、まだ軟鋼の範囲内 |
これらの違いが生じる理由： - 炭素、マンガン、およびプロセス誘発粒子サイズの小さな調整が観察された変化をもたらします。合金の違いがわずかであるため、特性の大部分の変動は化学組成ではなく、熱機械的履歴および冷間加工によるものです。
5. 溶接性
両方のグレードの溶接性は、低炭素等価物のため一般的に優れています。溶接性を評価するのに役立つ2つの一般的に使用される炭素等価式を以下に示します；これらはHAZ硬化および冷間亀裂の傾向を定量化します。
-
IIW炭素等価： $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
-
国際Pcm： $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
解釈： - $CE_{IIW}$および$P_{cm}$の低い値は、HAZ硬度および冷間亀裂に対する低い感受性を示します；St12およびSt13は、低炭素で非合金化されているため、通常は好ましい（低い）値を示します。 - St13は、わずかに高い強度を持つため、正確な化学組成に応じてわずかに高い炭素等価を示す可能性がありますが、ほとんどの実用的なロットでは、両方のグレードは一般的なフィラー金属で容易に溶接でき、薄い部分に対しては通常、標準的な予熱/中間パス制御は不要です。 - 重要な溶接構造物の場合、サービス条件が要求する場合は、実際の化学組成から$CE_{IIW}$または$P_{cm}$を確認し、溶接手順の資格を遵守してください。
6. 腐食および表面保護
- St12およびSt13は非ステンレスの低炭素鋼であり、したがって腐食抵抗のために表面保護に依存しています。
- 典型的な保護戦略：
- 屋外露出および犠牲的腐食保護を必要とする部品のための熱浸漬亜鉛メッキ。
- 制御された表面外観およびその後の塗装のための電気亜鉛メッキ。
- 美観およびバリア保護のための有機コーティング（コイルコーティング、粉体コーティング、または塗装システム）。
- 塗料の接着性を改善するための変換コーティング（リン酸塩、パッシベーション層）。
- PREN（ピッティング抵抗等価数）はステンレス合金に使用されます；これらの非ステンレスグレードには適用されません。参考までに、PRENは： $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- 表面処理を指定する際は、成形および溶接の順序（成形後の亜鉛メッキまたは溶接後の局所再亜鉛メッキ）およびコーティングがその後の加工に与える影響を考慮してください。
7. 製造、機械加工性、および成形性
- 成形性：
- St12は深絞りおよび積極的な成形操作（高い伸び、低い降伏強度）に最適化されています。
- St13は良好な成形性を保持しますが、極端な絞りにはやや許容度が低くなる可能性があります；工具設計には小さな調整が必要な場合があります。
- 機械加工性：
- 両方のグレードは良好に加工されます；柔らかいSt12は一般的にわずかに良い工具寿命と低い切削力を提供します。
- 潤滑、工具形状、および送り/速度は、化学組成のわずかな違いよりも機械加工の挙動に影響を与えます。
- 曲げおよびスタンピング：
- 高強度のSt13ではスプリングバックがわずかに高くなるため、工具や曲げ許容値の補償が必要になる場合があります。
- 表面仕上げおよびスタンピング品質：
- 両方のグレードの冷間圧延焼きなましコイルは高い表面品質を提供します；St12は、優れた表面の連続性と最小限の微細亀裂が要求される場合によく指定されます。
8. 典型的な用途
| St12 — 典型的な用途 | St13 — 典型的な用途 |
|---|---|
| 深絞りされた自動車の内装パネル、家庭用機器の外殻、成形された家具部品 | わずかに高い負荷要件を持つ軽構造パネル、寸法安定性が改善されたスタンプ部品 |
| 優れた表面仕上げと塗装性を必要とする装飾的または目に見えるパネル | わずかに高い強度が部品の厚さ/コストを削減する製造部品 |
| 一般的な冷間成形部品、軽いブラケットおよびエンクロージャ | わずかに高い降伏が有益な軽負荷構造セクション、溶接組立 |
選択の理由： - 成形性、表面仕上げ、最小限のスプリングバックが主な要件である場合はSt12を選択してください。 - 強度または寸法制御のわずかな増加が、成形性を大幅に犠牲にすることなく製造またはサービスの利点をもたらす場合はSt13を選択してください。
9. コストと入手可能性
- コスト：
- 両方のグレードはプレーンな低炭素鋼であり、材料コストの中で通常最も安価な鋼の一つです。
- それらの間の価格差は通常無視できるものですが、生産量、表面処理（亜鉛メッキ/コーティング）、および供給業者の在庫が単位コストに影響を与え、グレード名よりも重要です。
- 入手可能性：
- 冷間圧延されたSt12およびSt13のコイルおよびシートは、伝統的なDIN/EN指定が使用されている地域の製鋼所およびサービスセンターから広く入手可能です。
- 製品形態（コイル、切断、ブランク）による入手可能性は一般的に強いですが、特殊な表面処理のリードタイムを確認してください。
10. 概要と推奨
| 基準 | St12 | St13 |
|---|---|---|
| 溶接性 | 優れた（非常に良い） | 優れた（非常に良い） |
| 強度–靭性バランス | 高い延性 / 低い強度 | わずかに高い強度で比較可能な靭性 |
| コスト | 非常に低い / 経済的 | 非常に低い / 経済的（比較可能） |
推奨： - 最大の冷間成形性、最小限のスプリングバック、塗装または目に見えるパネルのための優れた表面仕上げ、そして可能な限り低い加工力が主なニーズである場合はSt12を選択してください。 - 降伏または引張強度および寸法安定性の小さなが有用な増加が必要で、良好な成形性と溶接性を保持する必要がある場合はSt13を選択してください — たとえば、軽構造性能が要求される場合や、重量/コストを節約するために適度な厚さ削減が望ましい場合です。
最終的な注意：St12およびSt13は低炭素スペクトルの隣接するグレードであり、実用的な違いは化学組成だけでなく、加工履歴（焼きなまし、テンパー圧延、表面処理）や供給業者の慣行によっても影響を受けることがよくあります。常に製鋼所の証明書を要求し、代表的な材料でプロセストライアルを実施し、調達文書に必要な機械的および表面基準を指定することが重要です。グレード名だけに依存しないでください。