大型溶接物の鋼種：A36、A572、S235JR、S355の比較
大型フレームの大半は、4つの鋼種のどれかで作られます。これらは近い親戚で、意図としてはほぼ互換であり、どれを選ぶかは、通常、図面がどの規格に従っているか、追加の降伏強度が必要かの問題です。
比較と、それが実際に設計を変えるケースを示します。
4つの鋼種
| 鋼種 | 規格 | 最小降伏強度 | 引張強さ | 用途 |
|---|---|---|---|---|
| ASTM A36 | ASTM A36/A36M | 250 MPa (36 ksi) | 400–550 MPa | 米国で板材・形鋼の標準 |
| ASTM A572 Gr 50 | ASTM A572/A572M | 345 MPa (50 ksi) | 最小450 MPa | 米国の高張力低合金鋼 |
| S235JR | EN 10025-2 | 235 MPa | 360–510 MPa | 欧州の一般構造用 |
| S355 (JR/J0/J2) | EN 10025-2 | 355 MPa | 470–630 MPa | 欧州の大型構造物の主力 |
実用上の組み合わせは、A36 ≈ S235JR と A572 Gr 50 ≈ S355 です。同一ではありません。化学成分の限度、公差等級、衝撃要件が異なりますが、一般的な溶接物であれば、工場は同等品として扱い、「A36または同等品」と書かれた図面は、地元の製鉄所が在庫しているものでそのまま製作されます。
ベトナムと周辺地域では、S355とA572 Gr 50を容易に入手でき、A36とS235JRも同様です。この一覧に特殊なものはありません。
JR / J0 / J2 の接尾辞の意味
バイヤーが最も見落としやすい部分で、ときに非常に重要になる部分です。
接尾辞は切欠き靭性、つまり鋼材が示さなければならないシャルピーVノッチ衝撃エネルギーと、その温度を定めます。
| 接尾辞 | 衝撃試験温度 | 最小エネルギー |
|---|---|---|
| JR | +20 °C | 27 J |
| J0 | 0 °C | 27 J |
| J2 | −20 °C | 27 J |
| K2 | −20 °C | 40 J |
フレームが寒冷地で荷重を受ける場合、たとえば北欧の屋外プラント、冬の韓国、冷蔵倉庫なら、J2を指定してください。靭性は、小さな欠陥が脆性破壊に進展するのを防ぐもので、あとから付け加えることはできない性質です。
設備が温帯や熱帯のプラントの屋内にあるなら、JRで十分で、より安価です。
失敗のパターン： 図面に接尾辞のない「S355」と書かれ、製鉄所が最も安価な適合鋼種であるS355JRを供給し、そのフレームが−25 °Cになる場所の屋外に置かれます。供給そのものに技術的な誤りはありません。接尾辞を書いてください。
降伏強度の高さが元を取れるのはいつか
A36からA572 Gr 50へ、またはS235からS355へ替えると、わずかな材料の割増、通常はトンあたり数パーセントで、降伏強度がおよそ40–50%高くなります。
設計が強度で決まる場合は元が取れます。 部材の寸法が応力で決まっているなら、上位の鋼種で断面を薄くできます。購入する板材が減り、堆積する溶接金属が減り、吊り上げて輸送する重量が減ります。強度で決まるフレームでは、割増分を上回って回収できることが少なくありません。
設計が剛性で決まる場合は元が取れません。 ヤング率は、これらすべての鋼種でおよそ200 GPaです。強い鋼は、剛い鋼ではありません。部材の寸法がたわみで決まっている場合、機械ベースでよくあるように、許容されるのが破壊ではなく芯出しである場合、S355にしても請求額が上がるだけで、何も得られません。
確認方法： 決め手となった検討が応力だったのか、たわみだったのかを技術者に尋ねてください。たわみなら、安いほうの鋼種のままにして、その分を断面せいに回してください。
溶接性と予熱
4つの鋼種はいずれも容易に溶接できます。関係する数値は**炭素当量（CEまたはCEV）**で、熱影響部の硬化、したがって予熱の要否を予測します。
おおよその目安は次のとおりです。
- CEが0.40未満：中程度の厚さでは、通常、予熱がほとんど、またはまったく不要で溶接可能
- CE 0.40–0.50：より厚い断面では予熱が必要になる可能性が高い
- CEが0.50超：予熱と、パス間温度の管理が必要
A36とS235JRは通常、低い側にあります。A572 Gr 50とS355はやや高くなります。化学成分と同じくらい、厚さも影響します。同じ鋼種でも、20 mmでは不要な予熱が60 mmでは必要になります。周囲の冷たい質量が、継手をより速く焼入れするためです。
実際のCEは、表ではなくミルシートから得てください。証明書に記載されており、WPSが認定されているべき基準もそれです。AWS D1.1をやさしく解説をご覧ください。
耐候性鋼とステンレス鋼：2つの例外
耐候性鋼（ASTM A588、またはS355J0WP）は安定した酸化被膜を形成し、屋外で無塗装で使用できます。橋梁や露出した構造物に向いています。フレームが常に濡れたものに触れる場所、流れ出た水が汚れを残す場所、異種金属で何かをボルト締めする場所では不適切です。
ステンレス鋼(304/316)は、食品、医薬、船舶用途のスキッドに使われます。価格は炭素鋼の数倍で、溶接のしかたが異なり、熱膨張が大きく熱伝導率が低いため変形が大きく、溶接後に酸洗と不動態化が必要です。外観のためではなく、プロセスが求める場合に指定してください。
ミルシート
どの鋼種を指定する場合でも、製鉄所自身の検査部門が発行し、ヒート番号までトレースでき、化学成分と機械的性質が記載されたEN 10204 3.1証明書を求めてください。
2.2証明書は、お客様のヒートに関する試験結果のない、適合の表明にすぎません。荷重を受けるフレームには、3.1を求めてください。費用はかからず、3年後に品質保証部門が見たがる書類です。
図面に書くこと
4行です。
- 鋼種と規格：「板材および形鋼：S355J2、EN 10025-2準拠」または「ASTM A572 Grade 50」
- 靭性の接尾辞：最低使用温度に応じて選択
- 証明書：「EN 10204 3.1に準拠するミルシートを要求」
- 代替条項：「事前の書面承認を得た同等鋼種は可」。工場がすぐ調達できるものを使うことを認めるなら、納期が短縮されることが多いです
フレームが強度で決まるのか剛性で決まるのか、あるいはお客様の納期でこの地域が実際に供給できる鋼種がどれか、確信がありませんか。図面をお送りください。24営業時間以内にご返信します。