StW22 vs StW24 – 組成、熱処理、特性、および用途

はじめに

StW22およびStW24は、機械および構造用途において冷間成形および溶接部品に一般的に考慮される密接に関連した構造炭素鋼です。エンジニア、調達マネージャー、製造プランナーは、これらの選択時にコスト、強度、成形性、溶接性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、深絞り部品、溶接アセンブリ、または成形限界と後処理コストが重要な重荷構造部材のグレード選択が含まれます。

StW22とStW24の主な違いは、その機械的バランスにあります。StW24は、わずかに高い強度と硬化性を達成するために配合および処理されているのに対し、StW22はより高い延性と伸張成形能力を提供するように調整されています。両グレードは同じファミリー内で隣接する位置にあるため、選択はしばしばプロジェクトが高い延性/成形性を優先するか、類似の製造性を持つ強度の控えめな増加を優先するかに依存します。

1. 規格と指定

• 「StW」スタイルの指定が現れる典型的な規格は、古いドイツ/DIN命名規則およびEN/ISOや他の国家システムの同等物から派生した国家および地域の規格です。現代の仕様は、これらのレガシー名を特定のENまたはISO指定にマッピングする場合があります。材料を調達する際には、常に正確な規格版を確認してください。
• 分類:
• StW22 — 冷間成形用の非合金低炭素構造鋼（炭素鋼）。
• StW24 — StW22よりもわずかに高い強度/硬化性を持つ低合金または微合金構造鋼（一般的には依然として炭素/低合金鋼として扱われる）。
• 注意: 調達の際には、レガシーグレード名に依存するのではなく、適用される規格（例: サプライヤーのデータシート、EN規格番号）を確認してください。一部の国家規格や製鋼所は、成分や特性の小さな違いを持つ類似のラベルを使用する場合があります。

2. 化学組成と合金戦略

以下の表は、2つのグレードの通常の合金戦略を定性的に要約しています（正確な値ではなく、元素の存在と役割）。プロジェクトにとって重要な選択の場合は、正確なwt%値のために製鋼所の証明書を要求してください。

元素	目的 / 影響	StW22（典型的）	StW24（典型的）
C（炭素）	強度、硬化性、溶接性のトレードオフ	低 — 成形性に最適化	低からわずかに高い — 強度を控えめに増加
Mn（マンガン）	強度、脱酸、硬化性	中程度	中程度からわずかに高い
Si（シリコン）	脱酸; 強度に影響	低（脱酸）	低（脱酸）
P（リン）	不純物 — 高いと脆化	制御された低	制御された低
S（硫黄）	加工性（硫化物 Inclusion） — 耐衝撃性を低下	低	低
Cr（クロム）	硬化性、耐食性（低レベルではわずか）	微量またはなし	硬化性のための微量から小さな添加
Ni（ニッケル）	低温での靭性（存在する場合）	通常は存在しない	一部のバリアントに微量存在する場合がある
Mo（モリブデン）	硬化性	通常は不在	選択された微合金グレードに非常に低いレベルで存在する場合がある
V、Nb、Ti（微合金化）	粒子の細化、析出による強度	通常は最小	延性を保持しながら強度を高めるために微合金化元素を含む場合がある
B（ホウ素）	硬化性（ppmレベル）	典型的ではない	一部の制御されたグレードに微量添加の可能性
N（窒素）	窒化物による強度; 制御が必要	制御された低	制御された低

説明: - 両グレードは低炭素鋼であり、その機械的挙動は主に炭素とマンガンのレベルを制御し、StW24の微合金化元素の少量によって強度を高めることによって調整されています。過度の延性損失なしに。 - 微合金化（V、Nb、Ti）は、炭素を上げることによって溶接性や成形性を損なうのではなく、析出強化と粒子細化を通じて降伏強度を増加させる一般的な戦略です。

3. 微細構造と熱処理応答

典型的な微細構造は、加工ルート（熱間圧延、冷間圧延、正規化、または熱機械的圧延）に依存します:

• StW22:
• 圧延またはアニーリング状態: 炭素が存在する場合は主にフェライトで、パーライトの島がある; 低炭素のため細かいフェライトが支配的。
• 正規化への応答: わずかに細かくなった粒子を持つより均一なフェライト-パーライト混合物; 高い延性を保持。
• 焼入れおよび焼戻し: このグレードは高い硬化強度よりも成形性に最適化されているため、一般的には適用されない。

• 熱機械的制御加工（TMCP）: 粒子サイズを細化し、延性を失うことなく靭性を改善。

• StW24:

• 圧延状態: 微合金化されている場合や冷却速度が高い場合は、わずかに高いパーライトまたはベイナイト成分を持つ類似のフェライト-パーライト。
• TMCPまたは微合金化は、分散した炭化物/窒化物を持つ細かい粒子のフェライトマトリックスをもたらし、降伏強度と硬化性を増加させる。
• 焼入れおよび焼戻しは、選択されたバリアントで高い強度クラスに達するために使用できるが、基本的な商業用StW24はしばしば熱間圧延または冷間圧延された状態で供給される。

実用的な意味: StW24の組成と加工により、同様の熱処理の複雑さで強度と硬化性の控えめな増加が可能であり、StW22は延性と成形能力を保持する傾向があります。

4. 機械的特性

実際の特性値は正確な化学組成と加工に依存するため、以下の表は典型的な比較挙動を示しています（定性的）。

特性	StW22（典型的）	StW24（典型的）
引張強度	中程度	わずかに高い
降伏強度	中程度	わずかに高い
延性（%）	高い — より良い延性	StW22より低い — 延性が低下
衝撃靭性	良好（特にアニーリング/正規化状態で）	良好、加工に依存; TMCPが最適化されていれば類似する可能性がある
硬度	低い	わずかに高い

説明: - StW24は、引張強度と降伏強度の控えめな増加を提供するように設計されており、しばしば最終的な延性のコストがかかります。ネットの変化は、製造性を維持しながら軽量セクションや小型コンポーネントを可能にするために意図的です。 - 室温での衝撃靭性は、適切に製造および加工された場合、両者にとって一般的に受け入れられます。低温靭性はサプライヤーの試験報告書で確認する必要があります。

5. 溶接性

溶接性は、炭素含有量、硬化性を誘発する元素、および残留物の影響を受けます。2つの一般的な経験的指標は、IIW炭素等価とPcm式です:

• 迅速な評価のためにIIW炭素等価を使用します: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr + Mo + V}{5} + \frac{Ni + Cu}{15}$$

• 厚いセクションおよび構造溶接性評価のために: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn + Cu}{20} + \frac{Cr + Mo + V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

解釈（定性的）: - 両グレードは通常、低炭素および制御された合金化を持ち、一般的な溶接および抵抗溶接手順に対して好ましい溶接性を提供します。 - StW22は、わずかに低い硬化性を誘発する元素を持ち、一般的に最小限の予熱要件で容易な溶接を提供します。

- StW24は、わずかに高いMnおよび可能な微合金化により、より高い硬化性を持つ可能性があります。厚いセクションや高い拘束ジョイントの場合、予熱または制御された熱入力が推奨される場合があります。サプライヤー指定の予熱および溶接後の熱処理ガイダンスを使用し、水素制御および消耗品の選択を確認してください。 - 実用的な推奨: 疑問がある場合は、溶接試験を実施し、製鋼所の溶接性データおよび実際の組成データを使用したCE/Pcm計算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ステンレス鋼ではなく、腐食抵抗は一般的な炭素鋼の特性です。
• 標準的な保護方法:
• 屋外構造露出用の熱浸漬亜鉛メッキ。
• 美観および中程度の腐食環境用の有機コーティング（プライマーおよびトップコート）。
• 適切な場合の保護変換コーティングおよび陰極保護。
• PREN（ピッティング抵抗等価数）は非ステンレス構造鋼には適用されませんが、参考のために: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• この指数はステンレスファミリー（オーステナイト/デュプレックス）に適用され、StW鋼には適用されません。
• 大気中または軽度の腐食環境では、選択は露出クラスおよびライフサイクルコストに依存します: 亜鉛メッキまたは塗装が通常は十分です; 海洋または化学的露出の場合は、ステンレスグレードまたは追加の保護を選択する必要があります。

7. 製造、加工性、および成形性

• 成形性:
• StW22: より高い延性により優れた伸張成形および深絞り性能; 複雑な形状や厳しい成形操作に好まれる。
• StW24: 成形可能だが、真のひずみ能力はより制限される; より高い降伏強度によりスプリングバックが異なる場合がある。
• 加工性:
• 両者は一般的にアニーリングまたは正規化状態で加工可能です。StW24のわずかに高い強度は工具の摩耗を増加させ、より高い切削力を必要とする場合があります。
• 硫黄添加の自由切削バリアントは異なる製品ファミリーです; 標準のStWグレードは加工添加剤よりも成形を優先します。
• 仕上げ:
• 表面品質、酸洗い/清掃、およびコーティングの付着は、両グレードに対して同じ注意が必要です。熱処理または冷間加工は硬度に影響を与え、したがって仕上げパラメータに影響を与える可能性があります。

8. 典型的な用途

StW22 — 典型的な用途	StW24 — 典型的な用途
深絞り部品、自動車内装パネル、軽構造プレス部品	軽から中程度の構造部材、シャーシ部品、より高い強度が断面厚を減少させるブラケット
高い成形性が必要な軽量建設用の管状セクション	溶接アセンブリおよび、溶接可能なままで強度を控えめに増加させる必要がある製造部品
広範な曲げおよび伸張成形を必要とする部品	強度と許容可能な延性を組み合わせるためにTMCPまたは微合金化処理から利益を得る部品

選択の理由: - 成形の複雑さと延性が重要で、荷重レベルが中程度の場合はStW22を選択してください。 - 与えられた荷重に対して断面や質量を減少させる必要があり、成形要件が中程度から軽度である場合はStW24を選択してください。

9. コストと入手可能性

• コスト: StW24は、化学組成の厳密な管理および可能な微合金化またはTMCP処理のため、通常はStW22よりもわずかに高価です。増分コストは製鋼所、注文量、製品形状によって異なります。
• 入手可能性: 両グレードは、主要なサプライヤーから熱間圧延および冷間圧延のコイル/シートおよび構造プレートとして一般的に提供されています。正確な標準化された形状での入手可能性は、地域の供給チェーンおよび現代のEN/ISO同等物が指定されているかどうかに依存します。特定の厚さおよび表面状態のリードタイムを確認してください。

10. まとめと推奨

メトリック	StW22	StW24
溶接性	優れた — 特別な注意なしで一般的な溶接に非常に良好	非常に良好 — わずかに高い硬化性のため、厚いセクションには注意が必要な場合があります
強度–靭性バランス	低い強度、高い延性と成形性	強度が高く、延性が控えめに減少; 正しく加工されていれば靭性は比較可能
コスト	低い	わずかに高い

次の条件に該当する場合はStW22を選択してください: - 設計が最大の成形性、深絞り、または複雑な曲げおよび伸張成形を必要とする場合。 - 溶接アセンブリが簡単で、最小限の予熱で容易な溶接を好む場合。 - コスト感度と製造の容易さが、わずかな強度の増加よりも優先される場合。

次の条件に該当する場合はStW24を選択してください: - 断面サイズを減少させるため、または重量を削減するために、引張強度と降伏強度の控えめな増加が必要な場合。 - 製造および成形要件が中程度であり、わずかに減少した延性を許容できる場合。 - 強度対重量の潜在能力を改善するために、わずかに高い材料コストを受け入れる場合。

最終的な注意: 使用するバッチの正確な化学および機械的認証を製鋼所から常に確認してください。成分の小さな違いや加工ルート（アニーリング、正規化、TMCP）は、成形、溶接、およびサービス性能に材料的な影響を与えます。疑問がある場合は、フル生産にコミットする前に成形、溶接、および機械試験のためのサンプルクーポンを要求してください。