St 52鋼：特性と主要な用途
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St 52鋼は、S355JRとしても知られ、建設や工学の用途で一般的に使用される構造用鋼のグレードです。これは低炭素構造用鋼のカテゴリに分類され、良好な溶接性と機械加工性を特徴としています。St 52鋼の主な合金元素には、強度、延性、およびさまざまな用途でのパフォーマンスに寄与する炭素 (C)、マンガン (Mn)、シリコン (Si) が含まれます。
包括的な概要
St 52鋼は低炭素構造鋼に分類され、通常、炭素含有量は約0.20%から0.23%です。この低炭素含有量は、その延性および溶接性を高め、さまざまな構造用途に適しています。主な合金元素、特にマンガンは、鋼の引張強度と靭性を向上させる上で重要な役割を果たします。シリコンの存在は、鋼製造プロセス中の脱酸を助け、鋼の全体的な質を向上させます。
主な特性:
- 高強度: St 52は355 MPaの最小降伏強度を示し、荷重支持用途に適しています。
- 良好な溶接性: 低炭素含有量により、亀裂のリスクなく容易に溶接できます。
- 延性: 鋼の組成は優れた伸長特性を提供し、さまざまな成形プロセスに適応可能です。
利点:
- 高強度と良好な靭性を含む優れた機械特性。
- 建設、機械、自動車産業での多用途な用途。
- 幅広く入手可能で、加工が容易なためコスト効果が高い。
制限:
- より高い合金鋼と比べて腐食抵抗が限られている。
- 適切な処理なしでは高温用途に適していない。
歴史的に、St 52鋼は建設業界の定番であり、特にヨーロッパでは、構造部品、橋、および重機に広く使用されています。
代替名称、規格、および同等品
| 標準組織 | 指定/グレード | 原産国/地域 | 注記/備考 |
|---|---|---|---|
| UNS | K03504 | アメリカ | S355JRに最も近い同等品 |
| AISI/SAE | - | アメリカ | - |
| ASTM | A572 グレード50 | アメリカ | 類似の機械特性 |
| EN | S355JR | ヨーロッパ | 標準的なヨーロッパ構造鋼 |
| DIN | St 52 | ドイツ | 歴史的呼称 |
| JIS | SM490A | 日本 | 小さな違いのある類似グレード |
| ISO | 10025 S355 | 国際規格 | 一般的な構造鋼規格 |
St 52鋼は、S355やSM490Aのような他の構造鋼グレードと比較されることが多いです。これらのグレードは似たような機械特性を持つかもしれませんが、化学組成の微妙な違いが特定の用途での性能に影響を与える可能性があります。たとえば、S355は低温でわずかに優れた靭性を提供する可能性があり、SM490Aは溶接性が向上しているかもしれません。
主要特性
化学組成
| 元素（記号および名称） | 割合範囲（%） |
|---|---|
| C (炭素) | 0.20 - 0.23 |
| Mn (マンガン) | 1.20 - 1.60 |
| Si (シリコン) | 0.10 - 0.40 |
| P (リン) | ≤ 0.035 |
| S (硫黄) | ≤ 0.035 |
| N (窒素) | ≤ 0.012 |
St 52鋼の主要な合金元素は:
- マンガン (Mn): 強度と靭性を向上させ、焼入れ性を改善します。
- 炭素 (C): 強度を提供しますが、延性を維持するために低い量です。
- シリコン (Si): 脱酸剤として機能し、鋼の全体的な品質を向上させます。
機械的特性
| 特性 | 条件/温度 | 試験温度 | 典型的な値/範囲（メトリック - SI単位） | 典型的な値/範囲（インペリアル単位） | 試験方法の参考標準 |
|---|---|---|---|---|---|
| 引張強度 | 正規化 | 室温 | 470 - 630 MPa | 68 - 91 ksi | ASTM E8 |
| 降伏強度 (0.2%オフセット) | 正規化 | 室温 | ≥ 355 MPa | ≥ 51.5 ksi | ASTM E8 |
| 伸び | 正規化 | 室温 | ≥ 21% | ≥ 21% | ASTM E8 |
| 面積の減少 | 正規化 | 室温 | ≥ 15% | ≥ 15% | ASTM E8 |
| 硬度 (ブリネル) | 正規化 | 室温 | ≤ 200 HB | ≤ 200 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 |
St 52鋼の機械的特性は、高強度と良好な延性が要求されるさまざまな構造用途に適しています。その降伏強度は、かなりの荷重に耐えることを可能にし、伸び特性は、破損せずに複雑な形状に成形できることを保証します。
物理的特性
| 特性 | 条件/温度 | 値（メトリック - SI単位） | 値（インペリアル単位） |
|---|---|---|---|
| 密度 | - | 7.85 g/cm³ | 490 lb/ft³ |
| 融点/範囲 | - | 1420 - 1540 °C | 2590 - 2800 °F |
| 熱伝導率 | 20 °C | 50 W/m·K | 34.5 BTU·in/h·ft²·°F |
| 比熱容量 | 20 °C | 0.49 kJ/kg·K | 0.12 BTU/lb·°F |
| 電気抵抗率 | 20 °C | 0.000017 Ω·m | 0.000010 Ω·in |
| 線膨張係数 | 20 °C | 11.5 x 10⁻⁶ /K | 6.4 x 10⁻⁶ /°F |
St 52鋼の密度は、構造用途において堅牢な選択肢となり、熱伝導率と比熱容量は熱移動に関与する用途において重要です。線膨張係数は温度変動が予想される用途で重要であり、材料が熱応力を故障なく受け入れられることを保証します。
腐食抵抗
| 腐食性物質 | 濃度 (%) | 温度 (°C/°F) | 抵抗評価 | 注記 |
|---|---|---|---|---|
| 大気 | - | - | 普通 | 錆に対して感受性がある |
| 塩化物 | 3-5 | 20-60 °C (68-140 °F) | 悪い | ピッティングのリスク |
| 酸 | 10-20 | 20-40 °C (68-104 °F) | 悪い | 推奨されません |
| アルカリ | 5-10 | 20-40 °C (68-104 °F) | 普通 | 中程度の抵抗 |
St 52鋼は大気条件において中程度の腐食抵抗を示します。しかし、塩化物環境での錆やピッティングに対して感受性があるため、保護コーティングなしでは海洋用途には適していません。ステンレス鋼と比較すると、St 52の腐食抵抗は著しく低く、腐食環境での保護対策が必要です。
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ます |
| 最大断続使用温度 | 500 °C | 932 °F | 短期的な露出のみ |
| スケーリング温度 | 600 °C | 1112 °F | 高温での酸化リスク |
| クリープ強度の考慮 | 400 °C | 752 °F | 長時間の露出でクリープが発生する可能性があります |
St 52鋼は高温での性能が良く、高温露出が予想される環境での構造用途に適しています。しかし、400 °C以上の温度に長時間露出することは、機械的特性の低下やクリープの可能性があるため、注意が必要です。
加工特性
溶接性
| 溶接プロセス | 推奨フィラーメタル (AWS分類) | 一般的なシールドガス/フラックス | 注記 |
|---|---|---|---|
| MIG溶接 | ER70S-6 | アルゴン + CO2混合 | 薄いセクションに適しています |
| TIG溶接 | ER70S-2 | アルゴン | 精密作業に優れています |
| 手溶接 | E7018 | - | 厚いセクションには予熱が必要です |
St 52鋼は非常に溶接性が高く、さまざまな溶接プロセスに適しています。亀裂を避けるためには、厚いセクションには予熱が必要です。溶接後の熱処理は、溶接部の機械的特性を向上させることができます。
機械加工性
| 加工パラメータ | St 52鋼 | AISI 1212 | 注記/ヒント |
|---|---|---|---|
| 相対加工性指数 | 70 | 100 | 良好な加工性 |
| 典型的な切削速度 (旋削) | 80 m/min | 120 m/min | 工具の摩耗に応じて調整 |
St 52鋼は良好な加工性を示し、効率的な切断と成形が可能です。最適な条件には、鋭い工具と適切な切削速度を使用して摩耗を最小限に抑えることが含まれます。
成形性
St 52鋼は優れた成形性を示し、冷間および熱間成形プロセスの両方に適しています。低炭素含有量により、亀裂なく大きな変形が可能であり、複雑な形状が要求される用途に理想的です。ただし、作業硬化を避けるために曲げ半径には注意が必要です。
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 | 主目的 / 期待される結果 |
|---|---|---|---|---|
| 退火 | 600 - 700 °C / 1112 - 1292 °F | 1 - 2時間 | 空気 | 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 | 粒構造を精製する |
| 鍛造 | 800 - 850 °C / 1472 - 1562 °F | 30分 | 水/油 | 硬度を上げる |
正規化や退火などの熱処理プロセスは、St 52鋼の微細構造を大きく変化させ、その機械的特性を向上させることができます。正規化は粒構造を精製し、退火は延性を改善し、硬度を低下させ、鋼の加工のしやすさを向上させます。
一般的な用途と最終使用
| 業界/部門 | 具体的な応用例 | この応用で利用される鋼の主要特性 | 選択の理由（簡潔に） |
|---|---|---|---|
| 建設 | 構造ビーム | 高強度、良好な溶接性 | 荷重支持構造に必須 |
| 自動車 | シャーシ部品 | 延性、機械加工性 | 複雑な形状とフォームを許可 |
| 機械 | 重機フレーム | 靭性、衝撃抵抗 | ストレス下での耐久性が必要 |
| 造船 | 船体構造 | 腐食抵抗、強度 | 海洋用途に必須 |
St 52鋼は構造ビームや柱の用途で建設に一般的に使用され、高強度と良好な溶接性が重要です。自動車産業では、シャーシ部品に利用され、その延性と機械加工性により、複雑な形状が可能になります。また、重機や造船でも使用され、靭性と衝撃抵抗が要求されます。
重要な考慮事項、選択基準、およびさらなる洞察
| 特徴/特性 | St 52鋼 | S355鋼 | SM490A鋼 | 簡潔な利点/欠点またはトレードオフのメモ |
|---|---|---|---|---|
| 主要機械特性 | 高強度 | より高い靭性 | 類似の強度 | S355は低温での性能が向上します |
| 主要腐食特性 | 中程度 | 中程度 | 良好 | SM490Aは腐食抵抗が優れています |
| 溶接性 | 優れています | 優れています | 良好です | すべてのグレードは溶接に適しています |
| 機械加工性 | 良好 | 良好 | 優れています | SM490Aは加工が容易です |
| 成形性 | 優れています | 良好 | 良好 | St 52は複雑な形状に適しています |
| おおよその相対コスト | 中程度 | 中程度 | 高い | 市場条件によりコストが変動します |
| 一般的な供給状況 | 高い | 高い | 中程度 | St 52はヨーロッパで広く入手可能です |
St 52鋼を選定する際、機械的特性、腐食抵抗、加工特性などを考慮する必要があります。優れた溶接性と成形性を提供しながらも、腐食抵抗には特定の環境で保護コーティングが必要となる場合があります。S355やSM490Aのような代替グレードと比較して、St 52は強度と延性のバランスが取れた選択肢として好まれることが多く、さまざまな工学用途に適しています。
結論として、St 52鋼は非常に丈夫で多用途な構造用鋼のグレードであり、幅広い用途に適しています。その機械的特性、良好な溶接性、機械加工性により、建設および工学セクターで選ばれることが多いです。しかし、腐食抵抗や特定の用途条件に関する考慮事項が材料選択をガイドし、最適な性能を確保する必要があります。