ST37 vs ST52 – 成分、熱処理、特性、および用途
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はじめに
ST37およびST52は、ヨーロッパの実務や多くの産業供給チェーンで広く参照される、伝統的なドイツの構造用鋼グレードです。エンジニア、調達マネージャー、製造プランナーは、構造部品や製作部品のコスト、成形性、溶接性、必要な機械的性能のバランスを取る際に、これらの2つの選択肢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、一般建設のために低コストと高延性を優先するか（低強度鋼を好む）、それとも高強度鋼を指定して断面サイズと重量を減らすか（高強度グレードを好む）が含まれます。
ST37とST52の主な実用的な違いは、目標強度レベルとその強度を達成するために使用される合金化/微合金化戦略です：ST52は、ST37よりも高い降伏強度と引張強度を達成するように製造および処理されており、これが靭性、延性、溶接性、成形挙動に影響を与えます。両者は非ステンレス構造鋼であるため、梁、プレート、パイプライン、溶接製品などの用途で頻繁に比較されます。
1. 規格と呼称
- DIN（歴史的）：ST37（しばしばSt37-2と記載される）およびST52（St52-3）は、古いDIN 17100シリーズの構造鋼に由来します。
- EN同等品：ST37はEN 10025グレードS235（例：S235JR/S235J0）と広く比較可能であり、ST52はより高い強度クラスに位置し、しばしば高強度構造鋼（サブグレードや処理に応じてEN S355や他の高強度鋼との重複が存在する）と比較されます。
- その他の規格：ASTM/ASMEは異なる命名法を使用（例：A36 ~ S235のいくつかの文脈）、JISおよびGB（中国）は独自のグレードシステムを使用しています；直接の1対1のマッピングには、特性基準と化学成分の確認が必要です。
- 分類：ST37およびST52は、プレーンカーボン/低合金構造鋼（非ステンレス）です。ST37は従来の低炭素構造鋼として振る舞い、ST52はしばしば微合金元素（Nb、V、Ti）や制御された熱機械処理を含み、重い焼入れ・焼戻し合金化なしで高強度を達成します。
2. 化学組成と合金化戦略
ST37およびST52の化学組成は、性能目標を反映しています：ST37は成形性と溶接性を保持するために最小限の合金化を使用し、ST52はわずかに高い合金化および/または微合金化と制御された処理を使用して降伏強度を引き上げます。
表：典型的な組成範囲（指標；正確な数値については適用される規格または製鋼証明書を参照）
| 元素 | ST37（典型、DIN 17100 / S235類似） | ST52（典型、DIN 17100高強度） |
|---|---|---|
| C (wt%) | 最大約0.17–0.22（低） | 最大約0.20–0.25（低から中程度） |
| Mn (wt%) | 約0.50–1.40 | 約0.60–1.60 |
| Si (wt%) | 最大約0.30–0.40 | 最大約0.30–0.50 |
| P (wt%) | ≤ 約0.035–0.045 | ≤ 約0.035–0.045 |
| S (wt%) | ≤ 約0.035–0.045 | ≤ 約0.035–0.045 |
| Cr (wt%) | 通常微量 | 通常微量（主要な硬化剤ではない） |
| Ni (wt%) | 通常微量 | 通常微量 |
| Mo (wt%) | 通常微量 | 必要に応じて微量の可能性あり |
| V (wt%) | 通常は不在 | 微合金化の可能性あり（約0.01–0.10） |
| Nb (wt%) | 通常は不在 | 微合金化の可能性あり（約0.01–0.06） |
| Ti (wt%) | 通常は不在 | 微合金化の可能性あり（約0.01–0.05） |
| B (wt%) | 典型的ではない | まれに使用される |
| N (wt%) | 微量 | 微量 |
注意： - 上記の値は指標範囲です；DIN 17100シリーズは多くのサブグレードと生産ルートを許可しました。調達の際は、常に正確な規格改訂、サブグレードを指定し、製鋼試験証明書を要求してください。 - ST52の強度は、通常、わずかに高い炭素とマンガンの組み合わせ、微合金化（Nb、V、Ti）および/または熱機械圧延によって達成され、Cr/Mo/Niのような重い合金添加物は使用されません。 - 合金化の効果：CおよびMnは強度と硬化性を増加させますが、高い場合は溶接性と延性を低下させます。微合金化（Nb、V、Ti）は、析出強化とより細かいフェライト-パーライト/粒径を促進し、低炭素レベルでの高い降伏強度を可能にします。
3. 微細構造と熱処理応答
- ST37の微細構造：圧延されたST37は、通常、微合金鋼に対して粗いフェライト-パーライト微細構造を示します。この微細構造は良好な延性とエネルギー吸収を提供します。
- ST52の微細構造：ST52は、生産に応じて、通常、微合金析出物（NbC、VC、TiN）を伴うより細かいフェライト-パーライトマトリックスを示し、粒成長を抑制し、析出強化を提供します。熱機械制御処理（TMCP）は、粒構造を精製し、降伏を向上させるためにしばしば使用されます。
- 熱処理への応答：
- 正規化：両グレードは、精製された粒サイズと適度な強度増加で正規化に応答します；ST52は単純な正規化よりもTMCPからの利益が大きいです。
- 焼入れと焼戻し：標準的な構造用途ではこれらの鋼にとって典型的ではありません；焼入れと焼戻しサイクルははるかに高い強度を生み出しますが、指定された場合のみ使用され、硬化性に適した化学成分が必要です。
- 熱機械処理：ST52は、許容できる靭性と溶接性を維持しながら高い降伏を達成するためにTMCPで一般的に製造されます；ST37は通常TMCPを必要としません。
- 実用的な意味：ST52は、微合金化と処理により高い強度を達成しながら許容できる靭性を維持できますが、ST37は低炭素化学と粗い微細構造から靭性と延性を得ます。
4. 機械的特性
表：典型的な機械的特性範囲（圧延状態/供給者データ；製鋼証明書を参照）
| 特性 | ST37（典型） | ST52（典型） |
|---|---|---|
| 降伏強度 (Rp0.2, MPa) | ≈ 235（S235類似鋼の一般的な最小値） | 高いクラス — サブグレードと処理に応じて通常355–520 MPaの範囲 |
| 引張強度 (MPa) | ≈ 360–510 | ≈ 500–700（サブグレードと処理に応じて変動） |
| 伸び (%) | ≈ 20–30（良好な延性） | ≈ 10–20（ST37に対して延性が低下） |
| 衝撃靭性 | 通常、室温（JR）または指定温度で≥ 27 J | 衝撃要件を満たすように設計可能；低延性は靭性を低下させる可能性があるが、TMCP/微合金化が使用される場合は除く |
| 硬度 (HB) | 低-中程度（加工/成形が容易） | 高い（加工/成形が難しい） |
説明： - ST52はより強いグレードであり、より高い降伏強度と引張強度を達成します。その高い強度は、靭性を保持するために慎重な処理と微合金化が使用されない限り、通常は延性（伸びの低下）を犠牲にします。 - 衝撃靭性は、指定されたサブグレードと納入条件（温度、JまたはJR接尾辞の有無）に大きく依存します。両グレードは特定の衝撃エネルギー要件を満たすように製造できますが、高強度のバリアントはしばしばノッチ靭性に注意が必要です。
5. 溶接性
溶接性は主に炭素含有量、炭素当量、および硬化性や水素割れの感受性に影響を与える微合金元素の存在によって影響を受けます。
一般的な溶接性指数： - IIW炭素当量： $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm式（冷割れ感受性を評価するため）： $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
定性的解釈（ここには数値入力はありません）： - ST37：低炭素および簡素な化学組成は低い炭素当量値を生み出し、一般的に優れた溶接性を提供し、最小限の予熱と簡単なフィラー金属の選択で済みます。典型的な厚さでは水素助長割れのリスクは低いです。 - ST52：高強度と微合金元素の存在の可能性は、実効的な硬化性を増加させ、炭素当量のような指数を引き上げます。その結果、ST52は、硬く脆い熱影響部位や厚いセクションでの冷割れを避けるために、制御された予熱、インターパス温度、および適切なフィラー金属の選択を必要とする場合があります。 - 実用的なガイダンス：ST52の場合、供給者の予熱に関する推奨を遵守し、指定された場合は一致またはややオーバーマッチのフィラーを使用し、水素源を制御し、重要な用途に必要な場合は溶接後熱処理（PWHT）を適用してください。
6. 腐食と表面保護
- ST37およびST52は、炭素/低合金鋼であり、どちらもステンレスではありません。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：熱浸漬亜鉛メッキ、亜鉛メタライゼーション、エポキシ/ポリウレタンコーティング、犠牲的コーティング、または設計における腐食余裕。
- PREN（ピッティング抵抗等価数）は、ステンレス鋼および二相ステンレス鋼にのみ関連します。ST37およびST52にはPRENは適用されません： $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- 腐食性能は、ST37とST52の間のわずかな組成の違いにはほとんど依存せず、両者は露出した環境でコーティングを必要とします。表面処理、コーティングシステム、および環境が、わずかな合金の違いよりもサービス寿命を決定します。
7. 製造、加工性、成形性
- 切断と加工：
- ST37：硬度が低いため、加工と切断が容易；工具寿命と切削力が低い。
- ST52：強度と硬度が高いため、切削力と工具摩耗が増加；加工パラメータを調整する必要があり、工具のアップグレードが必要な場合があります。
- 曲げと成形：
- ST37：与えられた厚さに対してより良い成形性と大きな曲げ半径が許可されており、冷間成形および圧延作業に適しています。
- ST52：延性が低下するため、より厳しい成形には注意が必要；スプリングバックが大きく、特別に処理されない限り最小曲げ半径が大きくなります。
- 表面仕上げ：
- 両者は標準的な仕上げ方法（研削、ショットブラスト、塗装）を受け入れます。ST52の硬い表面は、より堅牢な仕上げ方法を必要とする場合があります。
8. 典型的な用途
表：典型的な使用例
| ST37（典型的な使用例） | ST52（典型的な使用例） |
|---|---|
| 高い延性と溶接性が優先される一般的な構造鋼作業（梁、柱） | 高い強度対重量比が必要な構造部材（断面厚さの減少） |
| 製作フレーム、ブラケット、軽から中程度の荷重構造 | 高ストレスの重機フレーム、クレーン、荷重支持部材 |
| 非圧力用途のためのパイプとチューブ、溶接セクション | 強度が指定された高強度パイプ、圧力部品（溶接管理付き） |
| 土木建設用の一般的なプレートとセクション | 重量削減と高い降伏が必要な用途（適切に処理された車両フレーム、オフショア構造部品） |
選択の理由： - コスト、容易な成形と溶接、高い延性/靭性が主な要因である場合はST37を選択してください。 - 設計が断面厚さを減少させるために高い降伏強度を要求する場合や、より高い静的荷重に耐える必要がある場合はST52を選択してください。ただし、溶接と成形のための製造管理が整っていることが前提です。
9. コストと入手可能性
- コスト：ST37は一般的にST52よりもトンあたりのコストが低く、微合金添加物が少なく、処理が少なくて済みます。ST52は微合金化とTMCPのためにプレミアムがかかることが多いです。
- 入手可能性：両グレードは標準的な製品形態（プレート、シート、熱間圧延コイル、構造セクション）で広く入手可能です。ST37類似材料（S235）は、単純な建設鋼に対しておそらくより普及していますが、ST52の同等品は高強度を必要とする用途のために指定され、在庫されることがあります；認証された高強度サブグレードのリードタイムはわずかに長くなる場合があります。
10. まとめと推奨
表：簡易比較
| 基準 | ST37（低強度） | ST52（高強度） |
|---|---|---|
| 溶接性 | 優れた | 良好から中程度（管理が必要） |
| 強度-靭性バランス | 低強度、高い延性/靭性 | 高強度、TMCP/微合金化がない限り延性が低下する可能性あり |
| コスト | 低い | 高い |
結論と選択ガイダンス： - ST37を選択する場合： - アプリケーションが溶接性、容易な成形、高い延性を優先する場合（例：一般的な構造鋼作業、単純な溶接フレーム）。 - コスト感度と豊富な供給が重要な場合。 - 環境温度での衝撃靭性と加工の容易さが、先進的な処理なしで必要な場合。
- ST52を選択する場合：
- 設計が断面サイズを減少させるために高い降伏強度と引張強度を要求する場合。
- 重量削減または高い荷重容量が設計目標であり、プロジェクトがわずかに高い材料コストと製造管理を受け入れることができる場合。
- 購入者がTMCPまたは微合金化されたサブグレードを指定し、適切な溶接/製造手順が実施される場合。
最終的な注意：ST37およびST52は、化学組成と処理状態のスペクトルをカバーしています。調達文書では、常に正確な規格改訂、納入条件（例：正規化、TMCP）、および必要な機械的および衝撃特性を指定してください。製鋼試験証明書を要求し、適用可能な場合は溶接手順の資格と予熱/PWHTの指示を求めて、サービス性能が設計意図に一致することを確認してください。