グレード80鋼:特性と主要な応用

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グレード80スチールは、高強度構造鋼として分類され、主に重要な降伏強度を必要とする用途で使用されます。この鋼グレードは、約550 MPa(80 ksi)の降伏強度を特徴としており、要求されるエンジニアリング用途に適しています。グレード80スチールの主な合金元素には、炭素(C)、マンガン(Mn)、シリコン(Si)が含まれ、全体の強度、延性、靭性に寄与しています。

包括的概要

グレード80スチールは、橋、建物、および高い強度対重量比が重要なその他の構造用途の建設でよく利用されます。その顕著な特性には、優れた溶接性、低温での良好な靭性、永久変形なしに高い応力に耐える能力が含まれます。この鋼グレードの固有の特性により、建設および製造分野で好まれる選択肢となっています。

利点:
- 高い降伏強度: 優れた荷重支持能力を提供し、必要な材料の量を削減します。
- 溶接性: 標準的な技術を使用して簡単に溶接でき、さまざまな用途に対応できます。
- 延性: 動的な荷重条件で重要な靭性と柔軟性を維持します。

制限事項:
- コスト: 高強度鋼は、低グレードの代替品よりも高価になる可能性があります。
- 耐腐食性: 腐食環境では劣化を防ぐために保護コーティングが必要な場合があります。
- 入手可能性: 低グレードの鋼材よりも一般的には在庫が少なく、プロジェクトのタイムラインに影響を与える場合があります。

歴史的に、グレード80スチールは現代のエンジニアリングにおいて重要な役割を果たしてきました。特に、高層ビルや極端な荷重に耐える堅牢な材料が必要なインフラプロジェクトの開発においてです。

代替名、標準、同等品

標準組織 指定/グレード 国/地域の起源 ノート/備考
UNS S46000 アメリカ グレード80スチールに最も近い同等品
ASTM A992 アメリカ 構造鋼に一般的に使用; 成分の違いはわずか
EN S355 ヨーロッパ 強度は似ているが合金元素が異なる
JIS SM490 日本 比較可能な降伏強度だが靭性特性が異なる
ISO 460 国際 成分にばらつきのある一般的な同等品

上記の表は、グレード80スチールに関するさまざまな標準および同等品を示しています。特に、これらのグレードは似た降伏強度を示す場合がありますが、合金元素の違いは溶接性や耐腐食性などの特定の用途における性能に影響を与える可能性があります。

主要特性

化学組成

元素(記号と名称) 割合範囲(%)
C(炭素) 0.18 - 0.23
Mn(マンガン) 1.00 - 1.35
Si(シリコン) 0.15 - 0.40
P(リン) ≤ 0.025
S(硫黄) ≤ 0.025

グレード80スチールの主な合金元素には炭素、マンガン、シリコンがあります。炭素は強度と硬度を高め、マンガンは靭性と硬化能力を向上させます。シリコンは製鋼中の脱酸に寄与し、強度を高めます。

機械的特性

特性 状態/温度 標準的な値/範囲(メートル法) 標準的な値/範囲(帝国単位) 試験方法の参考標準
降伏強度(0.2%オフセット) 焼なまし 550 MPa 80 ksi ASTM E8
引張強度 焼なまし 690 - 750 MPa 100 - 110 ksi ASTM E8
延性 焼なまし 20% 20% ASTM E8
面積の減少 焼なまし 50% 50% ASTM E8
硬度(ブリネル硬度) 焼なまし 200 - 250 HB 200 - 250 HB ASTM E10

グレード80スチールの機械的特性は、高い機械的荷重が関与する用途に特に適しています。その高降伏強度により、構造部品の断面積を削減でき、安全性を損なわずに軽量構造が実現されます。

物理的特性

特性 状態/温度 値(メートル法) 値(帝国単位)
密度 室温 7850 kg/m³ 490 lb/ft³
融点 - 1425 - 1540 °C 2600 - 2800 °F
熱伝導率 室温 50 W/m·K 34.5 BTU·in/h·ft²·°F
比熱容量 室温 0.46 kJ/kg·K 0.11 BTU/lb·°F

グレード80スチールの物理的特性は、密度や融点などが高温および構造的完全性を要する用途にとって重要です。熱伝導率は中程度で、熱拡散が求められる用途に適しています。

耐腐食性

腐食性物質 濃度(%) 温度(°C) 耐性評価 ノート
塩化物 3% 25 °C 普通 ピッティング腐食のリスク
硫酸 10% 30 °C 不良 推奨されない
海水 - 20 °C 普通 保護コーティングが必要

グレード80スチールは、特に塩化物を含む環境で中程度の耐腐食性を示します。攻撃的な環境では、ピッティングや応力腐食割れ(SCC)に対して脆弱です。ステンレス鋼などの他のグレードと比較して、グレード80スチールは腐食環境でも保護策が必要です。

耐熱性

特性/制限 温度(°C) 温度(°F) 備考
最大連続使用温度 400 °C 752 °F 構造用途に適している
最大間欠使用温度 450 °C 842 °F 短期的な露出のみ
スケーリング温度 600 °C 1112 °F この点を超えると酸化のリスクがある

高温下では、グレード80スチールは一定の限界までその機械的特性を維持します。ただし、高温への長期間の露出は酸化やスケーリングにつながる可能性があるため、熱が関与する用途では慎重な考慮が必要です。

加工特性

溶接性

溶接プロセス 推奨充填金属(AWS分類) 標準的なシールドガス/フラックス ノート
SMAW E7018 アルゴン/CO2 予熱が必要な場合があります
GMAW ER70S-6 アルゴン/CO2 薄い部材に適している

グレード80スチールは、SMAWやGMAWなどの標準的なプロセスを使用して一般的に溶接可能です。特に厚い部分では割れを避けるために予熱が必要な場合があります。溶接後の熱処理は、溶接部の特性を向上させることができます。

加工性

加工パラメータ グレード80スチール AISI 1212 ノート/ヒント
相対加工性指数 60% 100% 遅い切断速度が必要です
標準的な切削速度(旋削) 30 m/min 50 m/min 最良の結果にはカーバイド工具を使用してください

グレード80スチールの加工性は中程度で、最適な結果を得るためには特定の工具と切削速度が必要です。効果的な加工のためにカーバイド工具の使用が推奨されます。

成形性

グレード80スチールは、冷間および熱間成形プロセスにおいて良好な成形性を示します。ただし、曲げ加工時にひび割れを引き起こす過度の加工硬化を避けるために注意が必要です。

熱処理

処理プロセス 温度範囲(°C) 典型的な浸漬時間 冷却方法 主な目的 / 期待される結果
焼なまし 600 - 700 1 - 2時間 空気 延性を向上させ硬度を減少させる
急冷 800 - 900 30分 水/油 硬度と強度を増加させる
テンパリング 400 - 600 1時間 空気 脆さを減少させ靭性を向上させる

焼なまし、急冷、テンパリングなどの熱処理プロセスは、グレード80スチールの微細構造や特性に大きく影響します。これらの処理により、強度、延性、靭性が向上し、さまざまな用途に適した鋼が得られます。

典型的な用途と最終利用

産業/部門 特定の用途の例 この用途で利用される主要な鋼特性 選定理由
建設 橋の主桁 高い降伏強度、溶接性 荷重支持能力
石油とガス パイプライン支持構造 靭性、耐腐食性 厳しい環境での耐久性
自動車 シャーシ部品 強度対重量比 軽量設計

グレード80スチールは、建設、石油およびガス、自動車産業で一般的に使用されており、その高い強度と汎用性が特徴です。大きな荷重に耐えつつ軽量のプロファイルを維持できるため、構造用用途に最適です。

重要な考慮事項、選定基準、およびさらなる洞察

特徴/特性 グレード80スチール A572グレード50 S355 簡単な利点/欠点またはトレードオフノート
降伏強度 80 ksi 50 ksi 50 ksi より高い強度により、軽量の構造が可能
耐腐食性 普通 良好 良好 腐食環境での保護策が必要
溶接性 良好 優れた 良好 似たような溶接特性だが、予熱が必要な場合がある
加工性 中程度 良好 良好 最適な結果を得るには特定の工具が必要
概ね相対コスト 高い 中程度 中程度 コストが選定に影響を及ぼす場合がある
典型的な入手可能性 中程度 高い 高い より一般的に入手可能な代替品が存在します

グレード80スチールを選定する際には、コスト、入手可能性、および特定の用途の要件などを評価する必要があります。優れた強度を提供しますが、他のグレードと比べて高いコストと中程度の入手可能性が意思決定に影響を与える可能性があります。さらに、特定の機械的および耐腐食特性を理解することで、エンジニアはプロジェクトに最も適した材料を選択することができます。

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