S355鋼：特性と主要用途の説明
共有
Table Of Content
Table Of Content
S355鋼は、S355構造鋼としても知られ、建設やエンジニアリング用途で一般的に使用される低炭素高強度鋼グレードです。 中炭素合金鋼に分類されるS355は、その優れた溶接性、切削加工性、および高い引張強度が特徴です。 S355の主要な合金元素には、炭素(C)、マンガン(Mn)、およびシリコン(Si)が含まれ、これらはその機械的特性と全体的な性能に寄与します。
包括的概要
S355鋼は、EN 10025という欧州標準の一部であり、熱間圧延構造鋼製品を指定しています。 グレードの名称「S355」は、鋼が355 MPa（51.5 ksi）の最小降伏強度を有することを示しています。 マンガンの添加は鋼の強度と靭性を高め、シリコンは鋼製造プロセス中の酸化および脱酸に対する耐性を改善します。
主な特性：
- 高強度：S355は高い降伏強度を示し、荷重を支える用途に適しています。
- 良好な溶接性：この鋼はさまざまな溶接技術を用いて簡単に溶接できるため、構造用途において重要です。
- 多用途性：S355は橋から建物、重機まで広範な用途で使用されます。
利点（長所）：
- 高強度や靭性を含む優れた機械的特性。
- 良好な溶接性と切削性により、簡単な加工が可能です。
- その入手可能性と性能により、構造用途に対してコスト効果が高いです。
制限（短所）：
- ステンレス鋼と比較して腐食抵抗が限られており、厳しい環境下では保護コーティングが必要です。
- 適切な熱処理なしでは高温用途には適していません。
S355鋼は強力な市場存在感を持ち、ヨーロッパやそれ以外の地域で広く使われ、現代構造工学の発展において歴史的な重要性を持っています。
代替名、規格、および同等物
| 標準機関 | 指定/グレード | 原産国/地域 | 注記/備考 |
|---|---|---|---|
| UNS | K02001 | アメリカ | S355に最も近い同等物 |
| ASTM | A572 Grade 50 | アメリカ | 類似の機械的特性だが、異なる化学組成 |
| EN | S355 | ヨーロッパ | 構造鋼の標準的な指定 |
| DIN | St52-3 | ドイツ | 小さな組成の違いを持つ同等グレード |
| JIS | SM490 | 日本 | 類似の特性で、しばしば日本の建設で使用される |
| ISO | 355 | 国際 | 一般的な同等の指定 |
上の表は、S355鋼のさまざまな標準と同等物を強調しています。 特に、ASTM A572 Grade 50は似た機械的特性を提供しますが、特定の用途での性能に影響を与える可能性のある異なる化学組成を持つ場合があります。 これらのニュアンスを理解することは、材料選定にとって重要です。
主要特性
化学組成
| 元素（記号と名称） | 割合範囲（％） |
|---|---|
| C (炭素) | 0.17 - 0.24 |
| Mn (マンガン) | 1.0 - 1.6 |
| Si (シリコン) | 0.0 - 0.5 |
| P (リン) | ≤ 0.035 |
| S (硫黄) | ≤ 0.035 |
S355鋼の主要な合金元素は重要な役割を果たします：
- 炭素 (C)：強度と硬度を増加させますが、延性を低下させる可能性があります。
- マンガン (Mn)：靭性と硬化性を向上させ、鋼の性能をストレス下で改善します。
- シリコン (Si)：脱酸剤として作用し、酸化に対する耐性を改善します。
機械的特性
| 特性 | 状態/温度 | 試験温度 | 典型的な値/範囲（メートル法） | 典型的な値/範囲（インペリアル） | 試験方法のための参照標準 |
|---|---|---|---|---|---|
| 引張強度 | 熱間圧延 | 常温 | 470 - 630 MPa | 68 - 91 ksi | ASTM E8 |
| 降伏強度 (0.2％オフセット) | 熱間圧延 | 常温 | 355 MPa | 51.5 ksi | ASTM E8 |
| 伸び | 熱間圧延 | 常温 | 21％ | 21％ | ASTM E8 |
| 硬度（ブリネル） | 熱間圧延 | 常温 | 130 - 190 HB | 130 - 190 HB | ASTM E10 |
| 衝撃強度 | シャルピーVノッチ | -20°C | 27 J | 20 ft-lbf | ASTM E23 |
S355鋼の機械的特性は、さまざまな構造用途に適しています。 高い降伏強度は、重大な荷重に耐えることを可能にし、その伸びはストレス下での構造的完全性に不可欠な良好な延性を示しています。 低温での衝撃強度は、寒冷環境での性能を保証します。
物理的特性
| 特性 | 状態/温度 | 値（メートル法） | 値（インペリアル） |
|---|---|---|---|
| 密度 | 常温 | 7850 kg/m³ | 0.284 lb/in³ |
| 融点 | - | 1420 - 1540 °C | 2590 - 2810 °F |
| 熱伝導率 | 常温 | 50 W/m·K | 34.5 BTU·in/h·ft²·°F |
| 比熱容量 | 常温 | 460 J/kg·K | 0.11 BTU/lb·°F |
| 熱膨張係数 | 常温 | 12 x 10⁻⁶ /K | 6.67 x 10⁻⁶ /°F |
S355鋼の密度はその重さに寄与し、構造設計において重要な要因です。 熱伝導率と比熱容量は、熱的な用途における挙動を示し、熱膨張係数は温度変動を伴う用途に不可欠です。
腐食抵抗
| 腐食性物質 | 濃度（％） | 温度（°C/°F） | 耐性評価 | 注記 |
|---|---|---|---|---|
| 大気 | 変動 | 常温 | 普通 | 保護コーティングが必要です |
| 塩素化合物 | 変動 | 常温 | 不良 | ピッティング腐食に影響されやすい |
| 酸 | 変動 | 常温 | 不良 | 酸性環境での使用は推奨されません |
| アルカリ | 変動 | 常温 | 普通 | 中程度の耐性 |
S355鋼は大気腐食に対する普通の耐性を示しますが、塩素環境ではピッティングに影響されやすいです。 酸性または高度にアルカリ性の条件での使用は、保護措置なしには推奨されません。 S304のようなステンレス鋼と比較すると、S355の腐食抵抗は著しく低く、海洋や化学用途には不向きです。
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 | 中程度の温度に適しています |
| 最大間欠使用温度 | 500 °C | 932 °F | 短期間の露出のみ |
| スケーリング温度 | 600 °C | 1112 °F | 高温でのスケーリングのリスク |
高温で、S355鋼は約400 °C（752 °F）までその強度を維持しますが、それ以上では機械的特性が低下する可能性があります。 高温を伴う用途では、酸化が発生し、材料の劣化が生じる可能性があるため、注意が必要です。
加工特性
溶接性
| 溶接プロセス | 推奨されるフィラー金属（AWS分類） | 典型的なシールドガス/フラックス | 注記 |
|---|---|---|---|
| MIG | ER70S-6 | アルゴン/CO2 | 薄いセクションに良好 |
| TIG | ER70S-2 | アルゴン | 高品質の溶接 |
| スティック | E7018 | - | 屋外作業に適しています |
S355鋼は優れた溶接性で知られており、さまざまな溶接プロセスに適しています。 厚い部分では亀裂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、溶接の機械的特性を向上させることができます。
切削加工性
| 切削加工パラメータ | [S355鋼] | AISI 1212 | 注記/ヒント |
|---|---|---|---|
| 相対的切削加工性指数 | 70％ | 100％ | 中程度の切削加工性 |
| 典型的な切削速度（旋盤） | 40 m/min | 60 m/min | 最良の結果を得るためにカーバイド工具を使用してください |
S355鋼は中程度の切削加工性を持ち、適切な工具および切削条件によって改善される可能性があります。 切削作業には高速度鋼またはカーバイド工具を使用することが推奨されます。
成形性
S355鋼は良好な成形性を示し、冷間および熱間形成プロセスを可能にします。 過度の加工硬化を避けるために注意を払いつつ、重要な亀裂のリスクなく曲げたり形を整えたりできます。
熱処理
| 処理プロセス | 温度範囲（°C/°F） | 典型的な浸漬時間 | 冷却方法 | 主な目的/期待される結果 |
|---|---|---|---|---|
| アニーリング | 600 - 700 °C / 1112 - 1292 °F | 1 - 2時間 | 空気または水 | 延性を改善し、硬度を低下させる |
| 正規化 | 850 - 900 °C / 1562 - 1652 °F | 1 - 2時間 | 空気 | 結晶構造を細かくする |
| 焼入れおよびテンパリング | 850 - 900 °C / 1562 - 1652 °F | 1時間 | 油または水 | 強度と靭性を向上させる |
正規化や焼入れなどの熱処理プロセスは、S355鋼の微細構造を大きく変化させ、機械的特性を高めることができます。 正規化は結晶構造を細かくし、焼入れの後にテンパリングを行うことで強度と靭性が向上します。
典型的な用途と最終用途
| 業界/セクター | 具体的な用途例 | この用途で利用される主な鋼の特性 | 選択理由 |
|---|---|---|---|
| 建設 | 橋 | 高強度、溶接性 | 荷重支持能力 |
| 重機 | クレーン | 靭性、衝撃抵抗 | 構造的完全性 |
| 自動車 | シャーシ | 延性、成形性 | 加工の容易さ |
| オフショア | 油田プラットフォーム | 強度、腐食抵抗 | 厳しい環境での耐久性 |
S355鋼は、その高い強度と多様性により、建設、重機、自動車、オフショアの用途で広く使用されています。 その溶接性と切削性は、構造部品のための好ましい選択としています。
重要な考慮事項、選定基準、およびさらなる洞察
| 特性/特性 | [S355鋼] | [代替グレード1] | [代替グレード2] | 簡易な長所/短所やトレードオフの注記 |
|---|---|---|---|---|
| 主要な機械的特性 | 高降伏強度 | 中程度の降伏強度 | 高い腐食抵抗 | S355は強度が優れており、代替品はより良い腐食抵抗を提供する可能性があります |
| 主要な腐食側面 | 普通の耐性 | 優れた耐性 | 不良な耐性 | S355は腐食環境で保護コーティングが必要です |
| 溶接性 | 優れた | 良好 | 普通 | S355は多くの代替品よりも溶接が容易です |
| 切削加工性 | 中程度 | 高い | 低い | S355は一部のグレードよりも切削加工性が劣りますが、他のグレードよりは良好です |
| 成形性 | 良好 | 優れた | 普通 | S355は成形操作において多用途です |
| おおよその相対コスト | 中程度 | 高い | 低い | 構造用途に対してコスト効果が高い |
| 典型的な入手可能性 | 高い | 中程度 | 低い | S355はさまざまな形態で広く入手可能です |
S355鋼を選定する際は、その機械的特性、溶接性、コスト効果を考慮する必要があります。 ステンレス鋼と同じ腐食抵抗は提供しないかもしれませんが、その強度と多様性は構造用途での人気のある選択肢とします。 代替グレードとのトレードオフを理解することが、最適な材料選定にとって必須です。