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鋌材の玍入条件ず補造工皋

鋌皮の分類

鋌材の玍入条件ず補造工皋

鋌皮、圢状、溶解方法、凊理、衚面状態、詊隓が、玍入および芏栌適合性にどのような圱響を䞎えるかを孊びたす。

鋌材の玍入状態が実際に意味するもの

鋌材の玍入状態には化孊成分だけでなく、補品圢状、補造履歎、熱凊理、衚面状態、寞法、機械的芁求事項および詊隓も含たれる。 Strong evidence

鋌材の玍入状態ずは、補品が䟛絊される際の、芏栌によっお定矩された状態をいう。これは䟛絊者による非公匏な説明ではなく、化孊成分の同矩語でもない。この状態には、補品圢状、補造履歎、熱凊理状態、衚面状態、寞法、機械的芁求事項、ならびに指定された怜査たたは詊隓が関連付けられおいる。これらの詳现によっお、材料をどのように解釈すべきか、たた適合を䞻匵するこずが実際に䜕を意味するのかが決たる。

補品圢状、仕䞊げ経路および熱凊理状態は、それぞれ異なる芏栌䞊の問いに答える。
玍入時の蚘茉識別できる事項識別できない事項
熱間圧延鋌板平鋌補品および熱間加工履歎完党な溶解経路たたは最終熱凊理ぞの適合性
焌ならし鋌板焌ならし熱凊理状態衚面仕䞊げたたは炉の経路
冷間仕䞊げ棒鋌仕䞊げ経路、寞法および衚面状態合金鋌皮たたは熱的状態
焌入れ・焌戻し鍛造品熱的状態が芏定された鍛造補品芏栌が芁求しない限り、䞻な溶解経路

溶解番号ず鋌皮蚘号は、材料の識別情報の重芁な郚分を瀺すが、䟛絊された補品党䜓を説明するものではない。同じ倧たかな鋌皮矀に属する鋌でも、熱間圧延鋌板、焌ならし鋌板、焌入れ焌戻し鋌板、冷間仕䞊げ棒鋌、たたは鍛造郚品ずしお䟛絊されるこずがある。これらの補品は䞻芁な合金元玠を共有しおいる堎合がある䞀方で、降䌏匷さ、靭性、硬さ、残留応力、寞法公差および溶接性は倧きく異なる可胜性がある。

玍入状態ず鋌皮の違い

鋌皮は通垞、化孊成分の範囲ず、満たすべき䞀連の特性を定める。芏栌によっおは、蚱容される補品圢状、厚さ範囲、衝撃詊隓枩床、脱酞方法、たたは玍入状態も芏定するこずがある。それでも、その鋌皮蚘号を付したすべおの補品が、同じ補造工皋を経おいるこずを意味するわけではない。

EN 10025シリヌズに基づく構造甚鋌を考えおみよう。BS EN 10025-3:2019は、焌ならし状態たたは焌ならし圧延状態で䟛絊される、溶接可胜な现粒構造甚熱間圧延鋌補品を察象ずしおいる。したがっお、S355Nずいう蚘号は、単なる公称355 MPa玚の降䌏匷さ以䞊の情報を䌝えおいる。「N」の蚘号は、芏栌で指定された焌ならし状態たたは焌ならし圧延状態ず結び付いおいる。DIN EN 10025-6:2023-06は、別の補品矀、すなわち焌入れ焌戻し状態で䟛絊される高降䌏匷さ構造甚鋌を扱っおいる。このパヌトの鋌皮を、単に焌ならし補品の高匷床版であるかのように解釈するこずはできない。[1] Standard Specification for Steel Forgings, Carbon and Alloy, for General Industrial Use. ASTM International. ASTM A668/A668M-16, 2016.

この区別は、ASTMの鍛造品芏栌でも同様に明確である。ASTM A668/A668M-16は、焌なたし、焌ならし、焌ならし焌戻し、焌入れ焌戻し、焌ならし・焌入れ焌戻しなど、玍入時の熱凊理によっお炭玠鋌および合金鋌の鍛造品を分類しおいる。したがっお、「炭玠鋌鍛造品」だけでは、䟛絊された状態を十分に説明できない。鍛造工皋は補品圢状ず倉圢履歎を決定し、指定された熱凊理は、その技術的状態の別の郚分を決定する。

ASTM A434/A434M-24は、熱間加工および冷間仕䞊げされた焌入れ焌戻し合金鋌棒を察象ずしおいる。ここで「冷間仕䞊げ」は補品の補造経路ならびに衚面状態たたは寞法状態を瀺し、「焌入れ焌戻し」は冶金孊的状態を瀺す。いずれの甚語も、合金鋌皮に取っお代わるものではない。棒鋌は、化孊成分が芁求された鋌皮範囲内にあっおも、誀った玍入状態で䟛絊された堎合、誀った衚面状態であった堎合、たたは芁求された機械詊隓が実斜されおいない堎合には、玍入仕様を満たさないこずがある。

玍入状態 芏栌によっお定矩された、鋌補品が䟛絊される際の状態。圢状、熱凊理、衚面状態、寞法および必芁な怜蚌を含む。

二぀の䞻芁な補鋌経路は、装入原料ず䞀次溶解方法が異なる。
経路䞻な金属原料たたは䟛絊原料䞻工皋
高炉・転炉法鉄鉱石、冶金甚石炭、石灰石および再生鋌高炉補銑に続いお転炉で粟錬する工皋
電気炉法䞻ずしお再生鋌、盎接還元鉄たたは溶銑、ならびに電力電気溶解に続いお粟錬および鋳造を行う工皋

補造経路は、さらに別の芁玠を加える。World Steel Associationは2024幎、䞻芁な補鋌経路は高炉・転炉BF-BOF法ず電気アヌク炉EAF法の2぀であるずしおいる。同協䌚の原料に関する指針では、鉄鉱石、冶金甚石炭、石灰石および再生鋌を䜿甚する䞀貫補鉄経路ず、䞻ずしお再生鋌、盎接還元鉄たたは溶銑、ならびに電力を䜿甚するEAF経路を区別しおいる。U.S. Environmental Protection Agencyは1995幎、転炉法を、スクラップを甚いお高炉銑鉄を粟錬する方法ずしお説明する䞀方、電気アヌク炉法を別個の補鋌経路ずしお扱った。

米囜材料詊隓協䌚芏栌 A434/A434M-24では、察象ずする焌入れ・焌戻し合金鋌棒に぀いお、耇数の溶解凊理経路を認めおいる。 Strong evidence

[2] Standard Specification for Quenched and Tempered Alloy Steel Forgings for Pressure Vessel Components. ASTM International. ASTM A508/A508M-16, 2016.

これらの溶解経路は、残留元玠、枅浄床、介圚物の分垃および工皋管理に圱響を及がし埗るが、経路だけで最終補品が焌ならし、焌なたし、たたは焌入れ焌戻しのいずれであるかが決たるわけではない。ASTM A434/A434M-24は、察象ずなる棒鋌に぀いお、芏栌の芁求事項を満たすこずを条件に、平炉、転炉および電気炉による補造を認めおいる。ASTM A508/A508M-16は、圧力容噚郚品甚の真空凊理された焌入れ焌戻し炭玠鋌および合金鋌鍛造品に぀いお、より具䜓的な立堎を取っおいる。同芏栌は、二次粟錬たたは再溶解を甚いる堎合を陀き、電気炉による補造を芁求しおいる。この経路に関する芁求事項は、その補品仕様の䞀郚であり、すべおの焌入れ焌戻し鋌に共通する䞀般的な定矩ではない。

鋌材の玍入条件ず補造工皋
Product form and surface condition describe different parts of a steel product’s history.

補品圢状、衚面状態および熱凊理状態

補品圢状は、鋌材がどのように成圢されたか、たたどのような欠陥、応力および異方性のある特性が重芁になり埗るかを巊右する。World Steel Associationの2024幎の工皋説明によれば、連続鋳造によっお溶鋌はスラブ、ビレットおよびブルヌムに倉換され、その埌、平鋌補品や長尺補品ぞ圧延される。スラブは鋌板たたは薄板になり、ビレットは棒鋌たたは線材になり、ブルヌムは倧型断面材たたは鍛造甚玠材になるこずがある。その埌の圧延、䌞線、機械加工たたは鍛造によっお、圢状ず機械的応答は倉化する。

熱間圧延材ずしお䟛絊される平鋌補品は、冷間圧䞋埌に焌なたしされた補品ずは、衚面および寞法の履歎が異なる。冷間仕䞊げず蚘茉された棒鋌は、匕抜き、皮むき、研削たたは旋削によっお仕䞊げられおいる堎合があり、より厳しい寞法管理ず独自の衚面状態を有する。鍛造品は、化孊分析が類䌌しおいる堎合でも、圧延鋌板ずは異なる圢で局郚的たたは党䜓的な塑性倉圢を受けおいる。

熱凊理は埮现組織を倉化させる。焌なたしは䞀般に、硬さず残留応力を䜎枛するずずもに、延性ず被削性を向䞊させる。焌ならしでは、該圓する倉態枩床範囲を超えお加熱した埌、空冷するこずで、埮现化されたフェラむト・パヌラむト組織を圢成する。焌ならし圧延では、最終圧延パスが、指定された点においお焌ならし材に盞圓する状態を生じるよう、管理された圧延スケゞュヌルを甚いる。これは単なる通垞の熱間圧延ずいう衚瀺ではない。焌入れは、より硬い倉態組織を生成し、焌戻しは、その脆性の䞀郚を䜎枛するずずもに、匷床ず靭性を調敎する。したがっお、「焌入れ焌戻し」は、単なる匷床の結果ではなく、管理された䞀連の凊理を瀺す。[3] Heat-treatable steels, alloy steels and stainless steels — Part 1. International Organization for Standardization. ISO 683-1:2016, 2016.

衚面状態は、バルクの熱凊理ずは分けお読み取らなければならない。熱間圧延材にはスケヌルが残っおいるこずがあり、ショットブラスト、酞掗い、たたはその他の脱スケヌル凊理によっお陀去されるこずもある。冷間仕䞊げ面たたは機械加工面は、鋌皮の化孊成分を倉えるこずなく、寞法公差、粗さおよび衚面に開口する欠陥の䜍眮に圱響を及がし埗る。ISO 683-1:2016は、焌入れ焌戻し甚非合金鋌から補造される半補品、棒鋌、線材、平鋌補品および鍛造品に぀いお、定められた熱凊理状態および衚面状態を含む技術的玍入芁求事項を芏定しおいる。この構成からも、「鋌皮」は技術的説明の䞀構成芁玠にすぎないこずが分かる。

芁求される詊隓によっお、玍入状態の定矩は完成する。匕匵特性は、特定の厚さおよび方向に぀いお芏定される堎合がある。衝撃詊隓は、指定された品質たたは枩床に察しおのみ適甚されるこずがある。硬さ、超音波探傷、結晶粒床の評䟡、脱炭局の限床、衚面怜査および寞法公差も、必須ずなる堎合がある。化孊成分だけを報告した蚌明曞では、これらの远加管理を芁求する玍入状態ぞの適合性を立蚌できない。

蚘号が解釈を巊右する理由

混同しおはならない甚語

焌ならし
オヌステナむト化しお空冷するこずによっお埗られる熱凊理状態。
焌ならし圧延
焌ならし材に類䌌した組織を埗るこずを目的ずした制埡圧延状態。
冷間仕䞊げ
匕抜き、皮むき、旋削、研削たたはこれらに類する仕䞊げ䜜業を䌎う補品経路。
焌入れ・焌戻し
オヌステナむト化、急冷および焌戻しからなる䞀連の凊理。

蚘号は、どの芏栌の芏則が適甚され、どの状態が泚文され、どの比范が有効であるかを䜿甚者に瀺す。「焌ならし」、「焌ならし圧延」、「焌なたし」、「冷間仕䞊げ」および「焌入れ焌戻し」は、眮き換えお䜿甚できる圢容語ではない。これらは、埮现組織、特性、加工䞊の制限および受入詊隓に぀いお、それぞれ異なる前提を生じさせる。

SAE AMSH6875Cは、航空宇宙分野の熱凊理の芳点から同じ原則を瀺しおいる。同芏栌は4぀の鋌皮区分に぀いお芁求事項を定め、炉蚭備、手順、枩床および詊隓方法を芏定しおいる。したがっお、芁求される凊理は、材料がある時点で加熱されたずいう蚘述ではなく、文曞化された工皋管理ず結び付いおいる。

このため、完党な材料蚘述には、芏栌、鋌皮、補品圢状、寞法、玍入状態、衚面状態および芁求詊隓を明蚘すべきである。「S355鋌」、「4140棒鋌」たたは「合金鋌鍛造品」では、材料に関する疑問が残る。芏栌に適合する蚘号衚瀺は、それらの疑問を絞り蟌む。それは、補品が䜕であるか、その䟛絊状態がどのように確立されたか、そしおその䞻匵にどのような蚌拠を添付すべきかを瀺す。

原料から半補品鋌材たでの補造経路

[4] Steelmaking process. World Steel Association. World Steel Association technical resource, 2024.

鋌の補造は、単䞀の炉内操䜜ではない。それは、鉄を含む原料が鉄になり、鉄が粗鋌になり、さらに溶鋌が圧延たたは鍛造甚の鋳造圢状になるたでの、盞互に連結した工皋の連続である。World Steel Associationは䞻芁な経路ずしお、高炉・転炉法通垞BF-BOFず衚蚘ず電気アヌク炉法EAF法を挙げおいる。[^1] これらの経路は、金属装入物がどのように還元、溶解および粟錬されるかを瀺すものである。それだけで最終的な玍入状態を定矩するものではない。

完成品の呌称には、特定の化孊組成、冷华方法、衚面状態、結晶粒構造、匕匵匷さ、衝撃じん性、たたは熱凊理が求められる堎合もある。䟋えば ISO 683-1:2016 は、芏定された熱凊理および衚面状態で䟛絊される半補品、棒鋌、線材、平鋌補品および鍛造品の技術的受枡し芁件を芏定しおいる。[^2] したがっお、補造ルヌトは補造履歎の䞀郚であっお、補品芏栌の代替ではない。

高炉および転炉

BF-BOF ルヌトでは、補鉄ず補鋌が分けられる。補鉄では、高炉においお炭玠を倚く含む液状鉄である銑鉄を補造する。続く補鋌では、転炉においお炭玠量を䜎枛し、化孊組成を調敎する。

高炉には、䞊郚から鉄鉱石、冶金甚コヌクス、石灰石などのフラックスが装入される。鉄鉱石は酞化鉄を䟛絊する。コヌクスは熱を䟛絊するずずもに還元剀ずしお䜜甚し、装入物が降䞋する過皋で、その䞀酞化炭玠が鉄鉱石から酞玠を取り陀く。石灰石は脈石その他の䞍芁な成分ず反応しおスラグを圢成する。䞀般に「熱颚」ず呌ばれる加熱空気は、高炉䞋郚付近の矜口から吹き蟌たれる。生成した銑鉄はスラグの䞋に集たり、出銑されお BOF ぞ移送される。

高炉補銑ず補鋌は、別個の工皋である。
容噚たたは工皋段階補造たたは凊理される材料機胜
高炉溶銑酞化鉄を還元し、炭玠に富む液状鉄を補造する
転炉粗鋌酞玠ずスクラップを甚いお溶銑を粟錬する
電気アヌク炉溶鋌電気゚ネルギヌを甚いお金属装入物を溶解する
取鍋粟錬粟錬枈み溶鋌化孊成分、枩床、ガスおよび介圚物を調敎する

したがっお、高炉は補鉄蚭備であり、補鋌蚭備ではない。この区別は、American Iron and Steel Institute および U.S. Environmental Protection Agency の説明にも瀺されおいる。EPA は、酞玠転炉法が溶銑をスクラップずずもに粟錬する工皋である䞀方、電気アヌク炉法は別個の補鋌ルヌトであるず述べおいる。[^3] この衚珟は重芁である。高炉は䞭間的な鉄補品を生成するのに察し、BOF は粗鋌を補造するからである。

BOF では、氎冷ランスから溶銑䞭ぞ高玔床酞玠を吹き蟌む。酞玠は炭玠、ケむ玠、マンガンおよびリンず結合する。炭玠は䞻ずしお䞀酞化炭玠および二酞化炭玠ずしお陀去され、酞化された䞍玔物はスラグに移行する。スクラップ鋌は、冷华材および金属原料ずしお䞀般的に加えられる。これにより、材料をリサむクルしながら熱収支を制埡できる。フラックスは塩基性スラグを圢成し、リンその他の酞化物を取り蟌む。

BOF からの出鋌によっお粗鋌が埗られるが、出鋌時の組成が最終組成になるずは限らない。取鍋凊理では、溶存ガスの陀去、合金添加量の調敎、介圚物の改質、鋳造枩床の蚭定などを行うこずができる。真空凊理によっお、鋌皮および工皋仕様に応じお、氎玠、窒玠たたは炭玠を䜎枛できる堎合がある。適切な組成では、カルシりム凊理によっお介圚物の圢状を倉えるこずができる。これらは冶金孊的な制埡工皋であり、同じ BF-BOF ルヌトで補造された二぀の溶鋌であっおも、粟錬履歎および熱履歎が異なる堎合がある。

したがっお、䞀貫補鉄ルヌトで䜿甚される原料は、鉄鉱石ずコヌクスだけではない。World Steel Association は、䞻芁な投入原料ずしお、鉄鉱石、冶金甚石炭、石灰石およびリサむクル鋌を挙げおいる。[^4] それぞれの䜿甚割合は、蚭備蚭蚈、高炉操業、スクラップ品質および必芁な鋌の化孊組成によっお異なる。

電気アヌク炉、盎接還元鉄および溶銑

EAF は、電極ず装入物に電流を流しお金属装入物を溶解する。炉には䞻ずしおリサむクル鋌を装入できるが、盎接還元鉄DRI、ホットブリケットアむアン、銑鉄たたは溶銑を投入するこずもできる。World Steel Association は、EAF ルヌトが䞻にリサむクル鋌、DRI たたは溶銑ず電力を䜿甚するず説明しおいる。[^4]

リサむクル鋌はすでに金属鉄であるため、高炉での還元工皋を必芁ずしない。その残留合金成分、汚染レベル、物理的圢態および装入割合は、炉の操業および埗られる化孊組成に圱響する。DRI は、通垞、還元ガスを甚いお鉄鉱石を固䜓状態で還元するこずによっお補造される。高炉の溶銑ずは異なり、還元䞭に溶解しおおらず、倚孔質構造を保持しおいる。EAF に䟛絊される溶銑は、液状の鉄、たたは還元炉で補造された埌の鉄であり、溶鋌に炭玠ず熱゚ネルギヌをもたらす。

EAF では、装入物を溶解するずずもに、酞化、スラグ圢成および枩床制埡を行う。酞玠吹蟌み、炭玠添加、泡状スラグ操業および電力投入を調敎し、目暙ずする溶鋌を埗る。出鋌埌の取鍋粟錬には、脱酞、合金添加、真空脱ガス、介圚物改質および枩床調敎が含たれる堎合がある。したがっお、EAF の溶鋌も厳栌な芁求仕様に合わせお粟錬できる。䞀方、䞀貫補鉄所でも、化孊組成、鋳造、圧延および熱凊理を倉曎するこずによっお、特性の倧きく異なる鋌を補造できる。

補造ルヌトだけで、匷床、じん性、溶接性たたは疲劎特性が決たるわけではない。EAF で補造した䜎合金構造甚鋌皮ず、BOF で補造した同じ鋌皮は、芏定された化孊的芁件、機械的芁件、枅浄床および加工芁件を満たしおいれば、同䞀の補品芏栌に適合できる。反察に、同じ EAF から埗られた二぀の補品でも、䞀方が焌ならし、他方が焌入れ焌戻しである堎合、たたは補品厚さず冷华速床が異なる堎合には、特性が倧きく異なるこずがある。

芏栌によっおは、補造ルヌトに関する芁件が課されるこずもある。ASTM A434/A434M-24 は、熱間加工および冷間仕䞊げを斜した焌入れ焌戻し合金鋌棒を察象ずし、蚱容される溶解・補造ルヌトずしお、平炉、酞玠転炉および電気炉による補造を瀺しおいる。ASTM A508/A508M-16 は、圧力容噚郚品甚の真空凊理を斜した焌入れ焌戻し炭玠鋌および合金鋌鍛造品に぀いお、より具䜓的な立堎を取り、二次粟錬たたは再溶解を甚いる堎合を陀き、基本的な電気炉による補造を芁求しおいる。[^5] このような芁件は適合性を瀺す条件であっお、すべおの EAF 補品たたは BOF 補品が同じ性胜を有するこずの蚌拠ではない。

鋌材の玍入条件ず補造工皋
Continuous casting turns liquid steel into the semi-finished shapes used for rolling and forging.

粗鋌、鋳造および䞋流加工

粗鋌ずは、䞀次補鋌埌、鋳造半補品になる前の液䜓鋌である。粗鋌は取鍋ぞ移され、二次粟錬によっお化孊組成、枅浄床および鋳造枩床が確立される。取鍋からタンディッシュぞ鋌を䟛絊する堎合があり、タンディッシュは溶鋌の貯留槜ずしお機胜し、連続鋳造機の鋳型ぞ鋌を分配する。[5] Steelmaking process. World Steel Association. World Steel Association technical resource, 2024.

連続鋳造では、溶鋌をスラブ、ビレットたたはブルヌムに倉える。[^1] 鋳型は氎冷匏で、䞊郚ず䞋郚が開攟されおいる。鋳型壁に接しお凝固殻が圢成される䞀方、内郚には液䜓鋌が残る。ロヌルが鋳片を支持しお匕き抜き、鋳型䞋方ではスプレヌによっお冷华を匷め、断面が十分に凝固するたで冷华する。酞玠燃料バヌナヌたたは機械蚭備によっお鋳片を所定の長さに切断する。

スラブは䞀般に平鋌補品甚の圧延蚭備ぞ送られ、厚板、垯鋌たたは薄板に圧延される。ビレットは通垞、棒鋌および線材の圧延蚭備ぞ送られる。より倧きな断面を持぀ブルヌムは、構造甚圢鋌、レヌルたたは倧圢棒鋌の補造に䜿甚される堎合があるが、甚語および寞法範囲は蚭備ず芏栌によっお異なる。鋳造方法は、偏析、気孔、介圚物および衚面欠陥に圱響する。これらの特城は、埌工皋の再加熱、圧延、切断、衚面手入れたたは鍛造によっお䜎枛できる堎合があるが、自動的に消倱するわけではない。

䞋流加工は、熱間圧延が必芁な堎合には再加熱から始たる。圧延では、鋳造断面をロヌル間で圧瞮し、厚さたたは断面を枛少させるずずもに、圢状および内郚組織を倉化させる。制埡圧延および加速冷华によっお、別途完党な焌ならし凊理を行わずに結晶粒を埮现化し、必芁な匷床を発珟させるこずができる。その埌、厚板、棒鋌、線材および構造甚圢鋌には、矯正、スケヌル陀去、ピヌリング、研削、切断その他の衚面凊理が斜される堎合がある。

ASTM A668は、熱履歎によっお鍛造品の玍入状態を区別しおいる。
鍛造区分冷华たたは凊理の蚘茉兞型的な目的たたは意味
焌なたし制埡された埐冷硬さの䜎䞋および被削性の向䞊
焌ならし倉態枩床域を超えお加熱した埌の空冷より埮现なフェラむト・パヌラむト組織
焌ならし・焌戻し焌ならしに続く焌戻し硬さ、靭性および残留応力の調敎
焌入れ・焌戻し急冷に続く焌戻し焌入れ脆性を䜎枛した高匷床
焌ならし・焌入れ・焌戻し硬化および焌戻しの前に行う焌ならし焌入れ前の初期組織を制埡する

鍛造では、異なる倉圢経路をたどる。ビレット、ブルヌムたたは鋌塊を加熱し、金型間たたはプレスの䞋で圧瞮するこずで、方向性を持぀金属流動を生じさせるずずもに、圧延には適さない圢状を成圢できる。ASTM A668/A668M-16 は、鍛造品を受枡し時の熱凊理によっお分類しおおり、焌なたし、焌ならし、焌ならし焌戻し、焌入れ焌戻し、および焌ならし・焌入れ・焌戻しの各状態を含んでいる。[^6] これらは受枡し状態を瀺すものであり、BF-BOF たたは EAF による補造の名称ではない。

鋌は金属原料から粟錬および鋳造を経お、成圢補品ずなる。A timeline chart. Steps: 鉱石たたは再生鋌, 粗鋌, 連続鋳造スラブ、ビレットたたはブルヌム, 圧延補品たたは鍛造補品.鉱石たたは再生鋌粗鋌連続鋳造スラブ、ビレットたたはブルヌム圧延補品たたは鍛造補品
鋌は金属原料から粟錬および鋳造を経お、成圢補品ずなる。

したがっお、最終的な補造ルヌトは䞀連の工皋である。すなわち、鉄鉱石たたはリサむクル鋌が補鉄たたは溶解工皋に入り、溶融金属が粟錬されお粗鋌ずなり、液䜓鋌が鋳造され、指定された最終熱凊理および衚面凊理を行う前に、半補品断面が圧延たたは鍛造される。BS EN 10025-3:2019 は、焌ならし状態たたは焌ならし圧延状態で䟛絊される熱間圧延溶接甚现粒構造甚鋌補品を察象ずし、DIN EN 10025-6:2023-06 は、焌入れ焌戻し状態で䟛絊される熱間圧延高降䌏匷さ構造甚鋌を察象ずしおいる。[^7] したがっお、同じ広範な鋌皮矀に属する補品であっおも、鋳造埌の加工ルヌトおよび芏定された受枡し状態が異なるため、補造埌に負う芁件が異なる堎合がある。

[^1]: World Steel Association, “Steelmaking process,” 2024. [^2]: ISO 683-1:2016. [^3]: U.S. Environmental Protection Agency, AP-42, “Iron and Steel Production,” 1995. [^4]: World Steel Association, “Raw materials,” 2024. [^5]: ASTM A434/A434M-24; ASTM A508/A508M-16. [^6]: ASTM A668/A668M-16. [^7]: BS EN 10025-3:2019; DIN EN 10025-6:2023-06.

溶解ルヌトず二次粟錬が補品に及がす圱響

䞀次補鋌ず二次粟錬の比范

炉の工皋は、鉄を含む原料がどのように溶鋌になるかを決定するが、それだけで最終補品の特性が決たるわけではない。World Steel Associationは、䞻芁な補造ルヌトずしお、高炉–転炉BF–BOFルヌトず電気アヌク炉EAFルヌトの2぀を挙げおいるWorld Steel Association, 2024。䞀貫補鉄ルヌトでは、鉄鉱石、補鉄甚石炭、石灰石およびリサむクル鋌が䜿甚される。高炉は鉄分に富む溶銑を生成し、その埌、転炉が酞玠ず鉄スクラップを甚いおこの溶銑を粟錬する。U.S. Environmental Protection Agencyも1995幎に同じ区別を瀺しおおり、転炉法は鉄スクラップを甚いお高炉溶銑を粟錬する䞀方、電気アヌク炉法は独立した補鋌ルヌトであるず説明しおいる。

EAFでは、䞻ずしおリサむクル鋌、盎接還元鉄たたは溶銑から成る装入物を、電気゚ネルギヌによっお溶解する。この説明が瀺すのは䞀次溶解方法であっお、最終的な枅浄床、介圚物の分垃、結晶粒組織たたは機械的性胜ではない。EAFで補造された2぀の溶解鋌は、スクラップたたは盎接還元鉄の原料、酞化操䜜、スラグ管理、合金添加、出鋌枩床および埌工皋の凊理が異なるため、倧きく異なる堎合がある。2぀のBOF溶解鋌に぀いおも同様である。

二次粟錬の工皋 sequence

  1. 取鍋炉凊理 枩床ず化孊成分を調敎し、脱硫を促進する。
  2. アルゎン撹拌 溶湯を混合し、介圚物がスラグ䞭ぞ浮䞊するのを促す。
  3. 真空凊理 溶存ガスを䜎枛し、介圚物の制埡を支揎できる。
  4. カルシりム凊理 適切な成分の鋌では、介圚物の圢状を倉化させるこずができる。
  5. 鋳造 粟錬枈み鋌をタンディッシュを通しお連続鋳造甚鋳型ぞ移送する。

䞀次補鋌の埌、溶鋌は取鍋内で二次粟錬を受ける堎合がある。取鍋粟錬では、枩床ず化孊成分を調敎し、脱硫を促進し、カルシりムなどの添加によっお介圚物を改質するずずもに、䞻たる溶解操䜜䞭よりも粟密に合金元玠を調敎できる。アルゎン攪拌は溶鋌を混合するのに圹立ち、非金属介圚物がスラグ䞭ぞ浮䞊するのを促す。これらの操䜜は、その埌に鋳造、鍛造たたは圧延される鋌に圱響を及がすが、鋌の炉工皋䞊の区分は䟝然ずしお「BOF」たたは「EAF」である。

鋳造ず加工も、さらに補造履歎を加える。World Steel Associationによれば、連続鋳造は溶鋌をスラブ、ビレットおよびブルヌムに倉え、これらはその埌、平鋌補品および条鋌補品に圧延される。鍛造は、特に局郚的な塑性倉圢ず鋳造時の気孔の圧着を通じお、圧延ずは異なる圢状および内郚組織の倉化をもたらす。したがっお、玍入状態は炉の名称だけで決たるものではない。䟋えばISO 683-1:2016は、芏定された熱凊理状態および衚面状態にある半補品、棒鋌、線材、平鋌補品および鍛造品に぀いお、技術的な玍入芁件を芏定しおいる。

熱凊理は、この連鎖における別個の工皋である。ASTM A668/A668M-16は、炭玠鋌および合金鋌の鍛造品を、焌なたし、焌ならし、焌ならし焌戻し、焌入れ焌戻し、ならびに焌ならし・焌入れ・焌戻しなど、玍入時の熱凊理状態によっお分類しおいる。「焌入れ焌戻し」は熱的状態を瀺すものであり、炉の工皋を瀺すものではない。EAF溶解鋌から鍛造された鋌ず、BOF溶解鋌から鍛造された鋌は、いずれも焌入れ焌戻し状態で䟛絊される堎合があるが、残留元玠、介圚物およびガス含有量が同䞀であるずは限らない。

真空凊理、枅浄床および溶存ガス

真空凊理は、溶存ガスを制埡し、工皋によっおは介圚物も制埡するための二次工皋である。枛圧䞋では、溶存氎玠および窒玠の溶鋌䞭における溶解床が䜎䞋し、攪拌ず溶鋌を真空にさらすこずによっお、それらの陀去が促進される。氎玠の管理が重芁なのは、過剰な氎玠が、圱響を受けやすい倧断面郚材においお、癜点、内郚割れたたは遅れ砎壊に寄䞎する可胜性があるためである。酞玠の管理が重芁である理由は別にある。溶存酞玠は脱酞剀ずしお添加された元玠ず反応し、酞化物系介圚物の生成に寄䞎する。真空凊理を行ったからずいっお、すべおの介圚物が消倱するわけではなく、原料、スラグの巻蟌み、鋳造および再加熱の管理に取っお代わるものでもない。

真空脱ガスず真空アヌク再溶解は、異なる操䜜である。真空脱ガスは、通垞、鋳造前に取鍋たたは真空容噚内で溶鋌を凊理する。真空誘導溶解では、真空たたは制埡雰囲気䞋で装入物を溶解・粟錬する。これに察しお、真空アヌク再溶解VARは、消耗電極を真空䞋で再溶解し、凝固を制埡した新たなむンゎットを補造する。゚レクトロスラグ再溶解ESRは、導電性スラグを甚いお電極を再溶解するもので、介圚物の制埡および凝固組織を改善できる。これらの再溶解ルヌトは、EAF溶解を単に匷化したものではなく、それぞれ固有の管理項目ず限界を有する远加工皋である。

したがっお、「枅浄鋌」は特定の炉を意味する同矩語ではなく、枬定された冶金孊的状態ずしお理解しなければならない。関連する蚌拠には、氎玠、酞玠および窒玠の分析結果、党酞玠量、硫黄、リン、介圚物評䟡、マクロ゚ッチング結果、超音波探傷、ならびに長手方向たたは暪方向の機械詊隓結果などが含たれる。必芁な蚌拠は、補品芏栌および賌入仕様によっお異なる。真空凊理を行った溶解鋌であっおも、偏析、鍛造時の䞍連続郚たたは䞍適切な熱凊理が原因で䞍合栌ずなる堎合がある。反察に、再溶解を行っおいない補品でも、認められた工皋管理ず詊隓を満たせば、芏定芁件に適合できる。

圧力容噚甚鍛造品は、なぜ工皋ルヌトの芁件が明瀺される堎合があるのかを瀺しおいる。ASTM A508/A508M-16は、圧力容噚郚品甚の焌入れ焌戻し真空凊理炭玠鋌および合金鋌鍛造品を察象ずしおいる。この芏栌は、二次粟錬たたは再溶解を甚いる堎合を陀き、基本的な電気炉による補造を芁求しおいる。この蚘述は、すべおのEAF補品が真空凊理されおいる、たたは圧力容噚に適しおいるこずを意味しない。意味するずころは、この特定の仕様が認められる䞀次工皋ルヌトを定め、その芁件の範囲内で二次粟錬たたは再溶解を代替ルヌトずしお認めおいるずいうこずである。補品はなお、芏定された化孊成分、鍛造、熱凊理、機械的性質および怜査に関する芏定を満たさなければならない。

工皋ルヌト情報から蚌明できるこずず、蚌明できないこず

工皋ルヌトの衚瀺から蚌明できるのは、適甚される芏栌、蚌明曞たたは補造蚘録に蚘茉されおいる内容だけである。「EAF」は䞀次溶解炉を瀺す堎合があるが、远加情報がなければ、真空脱ガス、ESR、VAR、特定の介圚物評䟡、氎玠含有量、結晶粒床たたは鍛造比を蚌明するものではない。「BOF」は枅浄床が劣るこずを蚌明しない。同様に、「真空凊理枈み」は、すべおの内郚欠陥が陀去されたこずを蚌明するものではない。工皋ルヌトに関する䞻匵は、詊隓結果に関する䞻匵ず分けお扱わなければならない。

䞀郚の芏栌では、䞀次溶解ルヌトを限定しおいない。ASTM A434/A434M-24は、熱間加工および冷間仕䞊げを斜した焌入れ焌戻し合金鋌棒に぀いお、平炉、転炉および電気炉による補造を認めおいる。この堎合、玍入区分は、特定の炉を必須ずするのではなく、補品圢状、仕䞊げ、化孊成分、熱凊理および芁求特性に重点を眮いおいる。BS EN 10025-3:2019は、溶接可胜な现粒構造甚鋌補品に぀いお、焌ならしたたは焌ならし圧延の玍入状態を定矩しおいる。䞀方、DIN EN 10025-6:2023-06は、焌入れ焌戻し状態で䟛絊される熱間圧延平鋌補品を察象ずしおいる。いずれの玍入状態も、それ自䜓で完党な溶解履歎を瀺すものではない。

ASTM A508/A508M-16のように、工皋ルヌトを管理する芏栌もある。SAE AMSH6875Cも、4皮類の鋌に぀いお熱凊理蚭備、手順、枩床および詊隓方法を芏定しおおり、工皋ぞの適合性が炉の衚瀺をはるかに超える範囲に及ぶこずを瀺しおいる。実務䞊の読み方は明快である。玍入状態は、技術的に定矩された状態ず、それに付随する芁件を蚘録する。䞀方、補造ルヌトは、その状態がどのように䜜られたかを蚘録する。䞡者には重なりがあるが、互換的なものではない。実際にどの工皋ルヌトが取られたかを確定できるのは、適甚される芏栌、材料蚌明曞、そしお必芁に応じお远跡可胜な工皋文曞だけである。

正芏化および正芏化圧延による玍入状態

「正芏化」および「正芏化圧延」は、単に補造所が奜んで甚いる生産ラベルではなく、冶金孊的な状態を衚す。それぞれ、鋌のオヌステナむト組織がどのように埮现化され、完成品がどのように芏定の機械的性質に到達したかを瀺す。この呌称は補品芏栌の枠内でも甚いられる。寞法、化孊成分、衝撃靭性、匕匵特性、衚面状態、詊隓方法および蚱容偏差は、すべお圓該芏栌によっお管理される堎合がある。

補造ルヌトは、これずは別の問題である。World Steel Associationは2024幎、䞻芁な補鉄ルヌトは高炉–転炉BF–BOFルヌトず電気アヌク炉EAFルヌトの2぀であるず述べおいる。同協䌚の原料に関する指針では、鉄鉱石、補鉄甚石炭、石灰石およびリサむクル鋌を䜿甚する䞀貫補鉄ルヌトず、䞻ずしおリサむクル鋌、盎接還元鉄たたは溶銑、ならびに電力を䜿甚するEAFルヌトを区別しおいる。いずれのルヌトでも、必芁な化孊成分、枅浄床および工皋管理が達成されおいれば、その埌に鋳造・圧延され、正芏化たたは正芏化圧延による補品ずなる鋌を䟛絊できる。

World Steel Association2024によれば、連続鋳造では溶鋌をスラブ、ビレットたたはブルヌムに倉換し、これらを平鋌補品たたは長尺補品ぞず圧延する。鋳造方法、再加熱条件、圧䞋スケゞュヌルおよび冷华履歎は初期の埮现組織に圱響を及がすが、それらだけで最終的な玍入状態が決たるわけではない。EAF鋌から補造した鋌板を正芏化するこずもでき、高炉–転炉ルヌトで補造した鋌板を正芏化圧延するこずもできる。この呌称が瀺すのは補品の最終的な冶金状態であり、どの炉を起源ずするかではない。

熱凊理ずしおの正芏化

正芏化は、熱間成圢埌、たたは圧延によっお䞍適切もしくは䞍均䞀な組織が生じた埌に実斜される、独立した熱凊理工皋である。鋌をオヌステナむト化枩床域、通垞は察象断面党䜓にオヌステナむトを生成させるために必芁な臚界倉態枩床を超える枩床たで加熱し、組織が均䞀化するのに十分な時間保持した埌、静止空気䞭で冷华する。正確な加熱枩床および保持時間は、鋌皮、断面厚さおよび炉の操業条件によっお異なる。

加熱䞭には、それたで存圚しおいたフェラむト、パヌラむトおよび加工組織がオヌステナむトに眮き換わる。この倉態によっお䞀郚の盞が溶解たたは再分配され、鋳造、鍛造たたはそれ以前の圧延によっお生じた差異が䜎枛される堎合がある。その埌の空冷により、倚くの非合金構造甚鋌および䜎合金構造甚鋌では、オヌステナむトが比范的埮现なフェラむト–パヌラむト組織ぞず倉態する。その結果、管理されおいない圧延たたの状態ず比べ、通垞は断面党䜓でより均䞀な組織ずなる。

結晶粒の埮现化は䞭心的な芁玠である。倉態前のオヌステナむト結晶粒を小さくするず、冷华䞭に生成するフェラむト結晶粒も䞀般に埮现になる。より埮现なフェラむト結晶粒組織は、炭玠量の増加だけに䟝存するこずなく、降䌏匷床を高め、靭性を向䞊させる傟向がある。このバランスは溶接可胜な構造甚鋌においお重芁である。過剰な炭玠量や合金による焌入れ性の増倧は、硬質な熱圱響郚や氎玠助長割れのリスクを高める可胜性があるためである。

正芏化によっお、厚肉補品におけるバンド状組織や衚面ず䞭心郚ずの盞違を䜎枛できる堎合もあるが、均質化の皋床は、元の偏析、断面寞法および熱サむクルに巊右される。すべおの化孊的たたは埮现組織䞊の倉動が消倱するこずを保蚌するものではない。䟋えば、倧芏暡な鋳造起因の偏析は、空冷だけでは陀去できない。

したがっお「正芏化」ずは、補品が正芏化熱凊理を受けたこず、たたは適甚される補品芏栌がその解釈を認める堎合に、これず同等の冶金状態に到達したこずを意味する。焌入れ焌戻しを意味するものではない。焌入れでは急速冷华によっお硬い組織を生成し、その埌、焌戻しによっお脆性を䜎枛し、匷床を調敎する。DIN EN 10025-6:2023-06は、焌入れ焌戻し状態で䟛絊される熱間圧延平鋌補品を察象ずしおおり、これはBS EN 10025-3:2019が察象ずする正芏化補品ずは異なる玍入状態である。

他の芏栌を芋るず、文蚀を正確に読たなければならない理由が分かる。ISO 683-1:2016は、焌入れ焌戻し甚非合金鋌から補造される半補品、棒鋌、線材、平鋌補品および鍛造品に぀いお、芏定された熱凊理状態および衚面状態を含む技術的玍入芁件を定めおいる。ASTM A668/A668M-16は、鍛造品を、焌なたし、正芏化、正芏化焌戻し、焌入れ焌戻し、たたは正芏化焌入れ焌戻しに区分しおいる。「正芏化焌戻し」は「正芏化」ず同矩ではない。远加された焌戻し凊理によっお組織が倉化し、必芁な怜蚌も倉わるためである。

管理圧延条件ずしおの正芏化圧延

正芏化圧延では、圧延埌に別個の完党な正芏化炉サむクルを行うのではなく、管理された熱間圧延によっお正芏化に盞圓する最終組織を埗る。圧延スケゞュヌルでは、再加熱、各パスの圧䞋量、パス間時間および仕䞊げ枩床を管理し、倉態前のオヌステナむトを加工によっお埮现化する。最終パスの埌、補品を芏定された条件で冷华し、芏栌䞊、正芏化によっお埗られるものず同等の組織を圢成させる。

枩床は決定的に重芁である。圧延終了枩床が過床に高い堎合、オヌステナむトはパス間で再結晶しお粗倧化し、結晶粒埮现化の効果が匱たる可胜性がある。オヌステナむト域内のより䜎い管理枩床で加工するず、未再結晶オヌステナむト、たたは繰り返し埮现化されたオヌステナむトが、冷华䞭に埮现なフェラむトを生成するための倚数の栞生成サむトを提䟛できる。最終的な性質には、加工ず倉態の双方が反映される。

正芏化圧延を熱機械圧延ず同䞀芖しおはならない。熱機械圧延では、意図的により䜎い枩床で加工を完了し、再結晶が抑制される枩床域にたで加工を及がす堎合がある。その結果埗られる状態は、関連芏栌においお通垞、TMたたはMず衚瀺される。これに察し、正芏化圧延は正芏化材ず同等の状態を目暙ずする。䞡者の境界は、鋌が「冷間圧延された」たたは「管理䞋で圧延された」ずいう䞀般的な䞻匵ではなく、適甚される芏栌および工皋認定によっお定矩される。

この区別は再珟性にも圱響する。別個の正芏化凊理によっお、圧延から匕き継いだばら぀きの䞀郚を是正できる䞀方、远加の炉時間を芁し、寞法、酞化および衚面状態を倉化させる可胜性がある。正芏化圧延は、熱間加工スケゞュヌルそのものの䞭で必芁な組織を埗ようずするものである。いずれの方法が自動的に優れおいるわけでもない。芏定された鋌皮、厚さ、断面圢状、靭性芁件および受入詊隓によっお、玍入材が適合するかどうかが決たる。

BS EN 10025-3:2019ず现粒構造甚鋌

BS EN 10025-3:2019は、正芏化たたは正芏化圧延状態で䟛絊される溶接可胜な现粒構造甚鋌から補造された熱間圧延平鋌補品および長尺補品に぀いお、技術的玍入条件を定めおいる。察象ずなる厚さは250 mm以䞋である。これは単に補造者の工皋順序を説明するものではなく、補品芏栌䞊の矩務である。

英囜芏栌・欧州芏栌 EN 10025-3:2019では、NおよびNLの接尟蟞を甚いお焌ならし玍入ず品質を区別しおいる。
鋌皮蚘号の系列玍入状態品質䞊の意味
S275N / S275NL焌ならしたたは焌ならし圧延NLは䜎枩衝撃靭性品質を瀺す
S355N / S355NL焌ならしたたは焌ならし圧延NLは䜎枩衝撃靭性品質を瀺す
S420N / S420NL焌ならしたたは焌ならし圧延NLは䜎枩衝撃靭性品質を瀺す
S460N / S460NL焌ならしたたは焌ならし圧延NLは䜎枩衝撃靭性品質を瀺す

芏定されおいる匷床鋌皮は、S275N、S275NL、S355N、S355NL、S420N、S420NL、S460NおよびS460NLである。文字Nは、正芏化たたは正芏化圧延による玍入状態を瀺す。接尟蟞Lは、䜎枩衝撃靭性品質を瀺す。実務䞊、N品質ずNL品質には異なるシャルピヌ衝撃芁件が課され、NLはNよりも䜎い詊隓枩床での性胜を芁求する。正確な詊隓枩床、吞収゚ネルギヌ、採取䜍眮および受入芏則に぀いおは、適甚する芏栌の版および補品圢状に基づいお確認しなければならない。

この芏栌の鋌皮は、公称降䌏匷床だけで定矩されるものではない。芏定降䌏倀には厚さが圱響し、匕匵匷床範囲、䌞び、化孊成分の䞊限、溶接性に関係する成分管理および衝撃特性も適合性の䞀郚を構成する。したがっお、厚いS460NL鋌板ず薄いS460NL鋌板は同じ鋌皮衚瀺を共有しながら、厚さに応じた芁件の察象ずなる。

したがっお、玍入蚌明曞には、芏栌、鋌皮、品質、補品圢状、寞法、溶鋌たたは鋳造番号の参照情報、玍入状態および詊隓結果を蚘茉すべきである。接尟蟞および芏栌を䌎わない「S355」は䞍完党である。BS EN 10025-3:2019に埓っお䟛絊されるS355Nは、䞀般的なS355補品ずいう蚘述ず同じ技術的意味を持たず、たた、デフォルトでS355NL、焌入れ焌戻しS355、たたは熱機械圧延鋌皮ず同等でもない。

このため、正芏化および正芏化圧延による状態は、䟛絊者の非公匏な説明ではなく、仕様曞に蚘茉されるべきものである。補造ルヌトは組織がどのように生成されたかを定め、芏栌は玍入補品が䜕を実蚌しなければならないかを定める。

焌入れ・焌戻し鋌オヌステナむトから䜿甚状態たで

焌入れ・焌戻し鋌は、順序づけられた䞀連の熱凊理によっお定矩される。A timeline chart. Steps: オヌステナむト化, 焌入れ, マルテンサむト倉態, 焌戻し, 䜿甚状態.オヌステナむト化焌入れマルテンサむト倉態焌戻し䜿甚状態
焌入れ・焌戻し鋌は、順序づけられた䞀連の熱凊理によっお定矩される。

焌入れ・焌戻し鋌Q&Tは、補品が単に「熱凊理された」ずいう曖昧な説明ではなく、䞀連の凊理工皋によっお定矩される。たず鋌をオヌステナむト域たで加熱し、必芁な倉態ず化孊的均質化が生じるのに十分な時間保持する。次いで急冷しおマルテンサむトを生成させ、その埌、焌戻しのために䞋郚臚界倉態枩床未満たで再加熱する。最終状態は、鋌の化孊成分、断面寞法、炉の操業条件、焌入れの厳しさ、焌戻し条件、衚面状態、および補品芏栌に付随する芁求事項によっお決たる。

この区別が重芁なのは、補造ルヌトず冶金的凊理が生産工皋の異なる郚分を瀺すからである。World Steel Associationは、2024幎版においお、高炉・転炉法ず電気アヌク炉法を䞻芁な二぀の補鋌ルヌトずしお䜍眮付けおいる。連続鋳造によっおスラブ、ビレットたたはブルヌムが補造され、その埌、これらを圧延しお薄鋌板などの平鋌補品や長尺補品にするこずができる。Q&T凊理はどちらの補鋌ルヌトの埌にも適甚でき、EAF鋌、合金鋌、たたは特定の補品圢状を意味する同矩語ではない。芏栌で定矩された玍入状態は、䟛絊者が䜕を玍入し、䜕を実蚌しなければならないかを芏定するこずで、さらに別の偎面を加える。

鋌材の玍入条件ず補造工皋
Quenched-and-tempered steel is defined by a controlled sequence of transformations.

オヌステナむト化、焌入れおよびマルテンサむト倉態

オヌステナむト化では、フェラむト、パヌラむトなどの初期組織が、フェラむトよりもはるかに倚量の炭玠を固溶できる面心立方構造の盞であるオヌステナむトぞ倉態する。鋌は適切な枩床に到達し、管理された時間その枩床に保持されなければならない。加熱たたは保持が䞍十分であるず、未溶解炭化物や化孊的な䞍均䞀性が残る可胜性がある。枩床が過床に高い堎合、たたは長時間さらされた堎合には、オヌステナむト結晶粒が粗倧化し、倉圢が増倧するずずもに、靭性が䜎䞋する可胜性がある。

したがっお、炉の管理は事務的な现目ではなく、冶金孊的凊理の䞀郚である。装入物は、呚囲の雰囲気が炉の蚭定枩床に達するのず同時に蚭定枩床ぞ到達するずは限らず、厚い断面は薄い断面よりもゆっくり加熱される。熱電察の配眮、炉内枩床の均䞀性、装入物間の間隔、炉から焌入れ槜ぞ移すたでの時間は、いずれも熱サむクルに圱響を及がす。䟋えばSAE AMSH6875Cは、4皮類の鋌皮に぀いお熱凊理芁求事項を定め、炉蚭備、手順、枩床および詊隓方法を扱っおいる。郚品が「オヌステナむト化された」ずいう説明だけでは、適甚される仕様曞がこれらの倉数を管理しおいない限り、有甚な保蚌にはならない。

焌入れでは、粗倧パヌラむトなどの拡散倉態生成物の圢成を抑制するのに十分な速さでオヌステナむトを冷华し、適切な枩床域ではベむナむトの圢成も抑制する。その埌、オヌステナむトは䞻ずしお無拡散倉態によっおマルテンサむトぞ倉態する。炭玠は、歪んだ䜓心正方栌子䞭に閉じ蟌められるため、焌入れ状態では高い硬さず匷床が埗られる䞀方、倧きな内郚応力ず限られた延性も生じる。特に、鋌の化孊成分によっおマルテンサむト開始枩床が䜎䞋しおいる堎合や、冷华経路が倉態を完了させるのに䞍十分な堎合には、䞀郚のオヌステナむトが未倉態のたた残るこずがある。

焌入性 芏定された冷华条件䞋で、所定の深さたで硬い倉態組織を圢成する鋌の胜力。最倧衚面硬さず同じものではない。

結果は公称炭玠含有量だけで決たるものではない。焌入性ずは、芏定された冷华条件䞋で、鋌が所定の深さたでマルテンサむトを圢成する胜力を衚すものであり、衚面で埗られる最倧硬さずは異なる。マンガン、クロム、モリブデン、ニッケルなどの合金元玠は、䞀般に拡散倉態を遅らせるが、その効果は濃床、炭玠および他の合金元玠ずの盞互䜜甚によっお異なる。焌入性の高い鋌皮は、炭玠含有量が同皋床で焌入性の䜎い鋌皮よりも、焌入れ衚面から遠い䜍眮たでマルテンサむト組織を圢成できる。

焌入れは機械的な問題も匕き起こす。衚面は内郚より先に冷华・収瞮し、䞀方で倉態そのものも䜓積を倉化させる。その結果生じる熱応力および倉態応力によっお、倉圢、残留応力、たたは割れが発生する可胜性がある。したがっお焌入れは、芏定された組織を圢成できる十分な厳しさを備え぀぀、䞍必芁な応力を生じさせないものでなければならない。氎、ポリマヌ溶液、油、ガスなどの冷华媒䜓は、それぞれ異なる熱抜出履歎をもたらす。同じ鋌皮に同じ公称凊理を斜した堎合でも、媒䜓、枩床たたは埪環条件が倉われば結果は異なり埗る。

焌戻しず匷床・靭性のバランス

焌戻しでは、オヌステナむトが再圢成される枩床未満の管理された枩床たで、焌入れ鋌を再加熱する。時間ず枩床によっお、過飜和マルテンサむトから炭玠が移動し、炭化物の析出が進行するずずもに、焌入れによっお生じた栌子歪みず残留応力が䜎枛する。組織は焌戻しマルテンサむトずなるが、炭化物の分垃状態ず母盞の状態は、鋌の組成および焌戻しサむクルによっお異なる。

兞型的な焌戻しの効果

  • 硬さ 䞀般に、焌入れ盎埌の氎準から䜎䞋する。
  • 匕匵匷さ 䞀般に、焌戻しが厳しくなるほど䜎䞋する。
  • 延性 䞀般に向䞊する。
  • 衝撃靭性 䞀般に向䞊するが、成分および焌戻し脆化の圱響を受ける。
  • 残留応力 焌戻しサむクルによっお䜎枛する。

焌戻し枩床たたは時間が増加するず、硬さず匕匵匷さは䞀般に焌入れ状態の氎準から䜎䞋する䞀方、延性、衝撃靭性および寞法安定性は向䞊する。ただし、これはすべおの特性が同じ割合で倉化する単玔なトレヌドオフではない。合金元玠の添加によっお軟化が遅延したり、合金炭化物の圢成が促進されたり、焌戻し抵抗性が倉化したりするこずがある。たた、䞀郚の鋌では特定の枩床・時間域ぞの暎露によっお焌戻し脆化が生じるため、芏定されたサむクルに冷华条件の制限や、特定の焌戻し枩床域の䜿甚制限が含たれる堎合がある。

したがっお、遞択される状態は䜿甚条件に関わる刀断である。軞、圧力容噚甚鍛造品、構造甚鋌板は、いずれもQ&Tず蚘述できるが、芁求される匷床、衝撃゚ネルギヌ、厚さ範囲、衚面品質および詊隓䜍眮はそれぞれ異なり埗る。補品の呌び方は、芏栌、鋌皮、寞法および品質区分ず䜵せお読たなければならない。ISO 683-1:2016は、焌入れ・焌戻し甚非合金鋌から補造される半補品、棒鋌、線材、平鋌補品および鍛造品に぀いお、定矩された熱凊理状態および衚面状態を含む技術的玍入芁求事項を芏定しおいる。ただし、熱凊理されたすべおの鋌がISO 683-1補品になるわけではない。

ASTM A668/A668M-16は、鍛造品においお文蚀が重芁である理由を瀺しおいる。同芏栌は、焌なたし、焌ならし、焌ならし・焌戻し、焌入れ・焌戻し、および焌ならし・焌入れ・焌戻しの玍入状態を区別しおいる。「焌ならし・焌戻し」は「焌入れ・焌戻し」ず互換的に䜿甚できない。焌ならしでは異なる初期組織ず冷华履歎が生じるため、その埌に焌戻し工皋を甚いた堎合でも、埗られる特性は異なる可胜性がある。[6] Hot rolled products of structural steels — Part 6. DIN Media. DIN EN 10025-6:2023-06, 2023.

DIN EN 10025-6:2023-06は、焌入れ・焌戻し状態で䟛絊される高降䌏匷床構造甚鋌の熱間圧延平鋌補品を察象ずしおいる。この玍入状態は、単に炉を通過する補造ルヌトだけでなく、芏定された機械的性質およびその怜蚌にも関わる。衚面状態、寞法蚱容差、衝撃芁求事項および詊隓矩務は、匕き続き補品仕様の䞀郚である。

断面寞法ず冷华条件が重芁な理由

鋌板や鍛造品は、単䞀の均䞀な物䜓ずしお冷华されるわけではない。衚面は冷华媒䜓ず盎接接觊する䞀方、熱は䞭心郚から衚面ぞ移動しなければならない。断面が厚いほど、䞭心郚が高枩にずどたる時間は長くなり、䞭心郚での実効冷华速床は䜎くなる可胜性がある。そのため、鋌皮ず焌入れ条件によっおは、衚面が䞻ずしおマルテンサむト組織になる䞀方、䞭心郚にはより倚くのベむナむト、パヌラむト、たたは焌戻し倉態生成物が含たれるこずがある。

焌入性はマルテンサむト域がどこたで広がるかを決定するが、補品の厚さは内郚を十分な速さで冷华する難しさを決定する。この二぀の芁因は䜵せお怜蚎しなければならない。䞭皋床の焌入性を持぀鋌の现い棒材では、断面党䜓に比范的均䞀な組織を埗られる堎合があるのに察し、同じ溶解材から補造した倧型鍛造品では、硬い衚面ず軟らかい䞭心郚が生じるこずがある。衚面付近で枬定した機械的性質が、䞭心郚を自動的に代衚するずは限らない。

撹拌は、高枩の鋌ず冷华媒䜓ずの間にある境界局を倉化させる。匷く均䞀な埪環によっお熱抜出を増倧させ、均䞀化できる䞀方、停滞領域では冷华が遅くなったり䞍均䞀になったりする。冷华媒䜓の枩床、濃床、汚染状態、郚品の向き、装入パタヌン、移送遅延も、同様の実甚的圱響を及がす。これらの倉数は、材料蚌明曞に蚘茉された公称鋌皮を倉曎するこずなく、硬さ募配、倉圢および残留応力を倉化させる可胜性がある。

焌入れの前埌においおも、炉の操業条件は重芁である。オヌステナむト化枩床が䞍均䞀であるず、結晶粒埄が䞍均䞀になったり、倉態が䞍完党になったりする可胜性がある。たた、焌戻し時間が䞍十分であるず、過倧な残留応力が残るこずがある。特定の芏栌たたは手順によっお耇数回の焌戻しが芁求される堎合もあるが、その回数ず条件を「Q&T」ずいう衚珟だけから掚定しおはならない。

補造ルヌトには、なお別個の圹割がある。ASTM A434/A434M-24は、熱間加工および冷間仕䞊げを斜した焌入れ・焌戻し合金鋌棒を察象ずし、蚱容される溶解・補鋌凊理ルヌトずしお、平炉、転炉および電気炉を挙げおいる。ASTM A508/A508M-16は、圧力容噚郚品甚の真空凊理を斜した焌入れ・焌戻し炭玠鋌および合金鋌鍛造品を察象ずし、二次粟錬たたは再溶解を甚いる堎合を陀き、基本的な電気炉による補造を芁求しおいる。これらの芁求事項は、仕様曞によっお補鋌ルヌト、熱凊理および玍入状態が関連付けられる堎合があるこずを瀺しおいるが、これらは互換的な説明ではない。信頌できる解釈では、芏栌が芁求する堎合、䞉぀すべおを明瀺する必芁がある。すなわち、鋌がどのように補造されたか、組織がどのように倉化させられたか、そしおどの状態で玍入されたかである。

ISO 683-1:2016および焌入れ・焌戻し甚非合金鋌

ISO 683-1:2016は、焌入れおよび焌戻しを目的ずする非合金鋌の技術的玍入芁件を定めた芏栌です。この芏栌は、単䞀の工堎工皋や単䞀の完成状態を蚘述するものではありたせん。むしろ、鋌皮を、補品圢状、熱凊理状態、衚面状態、化孊成分、機械的性質、ならびに芏定されおいる堎合には焌入性の芁件ず結び付けおいたす。

この区別は重芁です。たずえばC45ずいう鋌皮蚘号だけでは、その材料が熱間圧延棒鋌ずしお䟛絊されたのか、焌ならしを斜した鍛造品ずしお䟛絊されたのか、あるいは機械加工面を有する焌入れ・焌戻し材ずしお䟛絊されたのかは分かりたせん。これらの詳现は、完党な発泚仕様および怜査蚘述に含める事項です。

ISO 683-1の察象補品

囜際暙準化機構芏栌 683-1は、耇数の補品圢状にわたっお玍入芁求事項を適甚する。
補品圢状玍入に関する事項
半補品埌工皋の圧延たたは鍛造ぞ進む堎合がある
棒鋌寞法、補品経路、衚面状態および熱凊理
線材さらなる匕抜き、成圢たたは熱凊理
平鋌補品厚さ、衚面状態、圧延履歎および機械詊隓
鍛造品倉圢履歎、断面寞法、熱凊理および詊料採取䜍眮

ISO 683-1:2016は、焌入れおよび焌戻し甚の非合金鋌から補造される半補品、棒鋌、線材、平鋌補品および鍛造品を察象ずしおいたす。補品圢状は単なる事務䞊の现目ではありたせん。適甚される寞法公差、詊隓芏定、衚面の合吊基準、さらに倚くの堎合には機械詊隓に甚いる断面寞法を巊右したす。

半補品は、その埌の鍛造たたは圧延工皋に進むこずができたす。棒鋌は、補品仕様に応じお、熱間圧延、鍛造、たたはその埌に機械加工を斜した状態で䟛絊されたす。線材は、二次䌞線、成圢たたは熱凊理を目的ずしお補造されたす。平鋌補品ず鍛造品では断面圢状および冷华履歎が異なるため、同じ公称組成であっおも、すべおの圢状で同䞀の性質が埗られるずは限りたせん。

この鋌皮矀には、C22E、C35E、C45E、C55およびC60などの蚘号で瀺される、よく知られた非合金鋌皮が含たれたす。ただし、適甚する版の正確な鋌皮衚および蚘号芏則に埓う必芁がありたす。数字は䞀般に、癟分率の100分の1で衚した公称炭玠含有量に関連し、文字Eは、特定の鋌皮に甚いられる蚘号䜓系においお、硫黄含有量の指定䞊限を瀺したす。この鋌皮蚘号が瀺すのは化孊的な識別情報だけです。完党な玍入状態を瀺すものではありたせん。

補造ルヌトは、この芏栌よりも䞀段䞊流に䜍眮する事項です。World Steel Associationは2024幎、䞻芁な補鋌ルヌトずしお、高炉・転炉ルヌトず電気アヌク炉EAFルヌトの2぀を挙げたした。同協䌚の原料に関する指針では、䞀貫補鉄ルヌトの原料ずしお鉄鉱石、原料炭、石灰石および鉄スクラップを挙げる䞀方、EAFルヌトでは䞻ずしお鉄スクラップ、盎接還元鉄たたは溶銑、ならびに電力を䜿甚するずしおいたす。U.S. Environmental Protection Agencyは1995幎、転炉法を、スクラップを加えた高炉溶銑を粟錬する工皋ずしお説明し、EAFによる補鋌を別個の補鋌ルヌトずしお扱いたした。

いずれのルヌト名も、ISOにおける玍入状態の代わりにはなりたせん。World Steel Associationが説明しおいるように、補鋌埌の連続鋳造によっおスラブ、ビレットたたはブルヌムが補造され、それらが平鋌補品たたは長尺補品に圧延されたす。したがっお、ISO 683-1を指定する賌入者は、必芁な補品、鋌皮、凊理および衚面状態を特定しなければなりたせん。溶解ルヌトが別の仕様たたは契玄によっお制限される堎合はありたすが、「焌ならし」たたは「焌入れ・焌戻し」ずいう衚珟から溶解ルヌトを掚定すべきではありたせん。

芏定された熱凊理状態および衚面状態

ISO 683-1では、芏定された冶金状態を基準ずしお玍入状態を定めおいたす。焌ならし材は、臚界倉態域を超える枩床に加熱し、管理された条件䞋で空冷したす。この凊理により、圧延、鍛造たたはその他の熱間加工埌の組織が埮现化され、均䞀化されたす。これらの炭玠鋌では通垞、フェラむト・パヌラむト組織が圢成されたすが、埗られる結晶粒床および機械的性質は、化孊成分、断面寞法および冷华条件によっお異なりたす。

焌入れ・焌戻し材には、2段階の凊理が斜されたす。焌入れでは、オヌステナむト化した鋌を、適切な断面においお䞀般にマルテンサむトなどの硬質倉態生成物が圢成されるのに十分な速床で急冷したす。その埌、焌戻しでは、鋌を䞋郚臚界倉態枩床未満に再加熱し、焌入れ応力を䜎枛するずずもに、匷床、延性および靭性を調敎したす。したがっお、最終的な性質は炭玠含有量だけでは衚せたせん。

この芏栌では、圓該状態が指定されおいる堎合、焌ならし・焌戻し玍入も区別しおいたす。焌ならし埌の焌戻しは、残留応力を䜎枛し、匷床ず延性のバランスを調敎できたすが、盎接焌入れず同じ倉態経路を甚いるものではありたせん。補品および鋌皮に぀いお認められおいる堎合には、焌なたし状態や未凊理状態など、その他の玍入状態もありたす。これらは、硬さ、被削性および玍入時の匷床に倧きな違いをもたらすこずがありたす。

衚面状態は、熱凊理状態ず䜵せお芏定しなければなりたせん。熱間加工面には、ミルスケヌルや脱炭した材料が残っおいる堎合がありたす。陀スケヌル面ではスケヌルが陀去されおいたす。䞀方、ピヌリング、旋削、研削たたはその他の機械加工を斜した面では、倖局の䞀郚たたは党郚が陀去され、より厳しい寞法芁件および欠陥芁件が適甚されるこずがありたす。正確に認められる衚面の蚘述および合吊芏則は、補品圢状ず関連するISOの衚によっお異なりたす。

このため、「C45鋌」ずいう衚珟だけでは、工孊䞊の情報ずしお䞍十分です。熱間圧延のたた未凊理で䟛絊されたC45は、䜿甚時の挙動や加工応答においお、焌入れ・焌戻し材ずしお䟛絊されたC45ず同等ではありたせん。脱炭によっお倉化した衚面局も、疲劎、接觊応力たたは寞法粟床が重芁な堎合には圱響を及がしたす。化孊的な鋌皮は同䞀でも、玍入された材料は同䞀ではありたせん。

他の芏栌にも同じ原則が芋られたす。BS EN 10025-3:2019は、焌ならしたたは焌ならし圧延状態で䟛絊される溶接性埮现粒構造甚鋌補品を察象ずしおいたす。䞀方、DIN EN 10025-6:2023-06は、焌入れ・焌戻し状態で䟛絊される熱間圧延平鋌補品を察象ずしおいたす。ASTM A668/A668M-16は、鍛造品の状態ずしお、焌なたし、焌ならし、焌ならし・焌戻し、焌入れ・焌戻し、ならびに焌ならし・焌入れ・焌戻しを挙げおいたす。これらは玍入分類であり、補鋌炉に぀いおの盞互に眮き換え可胜な蚘述ではありたせん。

鋌皮蚘号ず䜵せお芁件を読む

適合する材料蚘述は、芏栌、鋌皮、補品圢状、玍入時の熱凊理、衚面状態、寞法および怜査芁件ずいう䞀連の情報ずしお読むべきです。たずえば、「ISO 683-1、C45E、棒鋌、焌入れ・焌戻し、機械加工面」ずいう蚘述は、「C45」だけの堎合よりもはるかに倚くの情報を䌝えたす。発泚時には、適甚する機械的性質の衚、詊隓方向たたは詊隓䜍眮、断面寞法、ならびに焌入性芁件の有無も特定する必芁がありたす。

玍入芏栌における機械的性質の倀には、適甚条件がありたす。匕匵匷さ、降䌏匷さ、䌞び、絞り、芏定されおいる堎合の衝撃特性および硬さは、盎埄たたは厚さによっお倉化するこずがありたす。これは、倧断面材では䞭心郚が衚面よりもゆっくり冷华されるためです。したがっお、焌入れ・焌戻し棒鋌を評䟡する際には、関連する寞法範囲を確認せずに、小断面材の倀を適甚するこずはできたせん。焌ならし材にも同様の問題がありたすが、その冷华経路は焌入れほど苛酷ではありたせん。

化孊分析は鋌皮を確認したすが、熱凊理が行われたこずを確認するものではありたせん。機械詊隓は玍入状態の確認に圹立ちたすが、それだけで補鋌炉のルヌトを確定するこずはできたせん。衚面怜査および寞法怜査は、適合性のさらに別の偎面を扱いたす。これらの蚘録は、それぞれ異なる問いに答えるものです。

ASTM芏栌ずの察比は有甚です。ASTM A434/A434M-24は、熱間加工および冷間仕䞊げを斜した焌入れ・焌戻し合金鋌棒を察象ずし、平炉、転炉および電気炉による溶解ルヌトを認めおいたす。これに察し、ASTM A508/A508M-16は、圧力容噚郚品甚の真空凊理を斜した焌入れ・焌戻し炭玠鋌および合金鋌鍛造品を察象ずし、二次粟錬たたは再溶解を甚いる堎合を陀き、基本的に電気炉による補造を芁求しおいたす。この芁件が明瀺されおいるのは、その仕様においお補造ルヌトが関連事項ずされおいるためです。ISO 683-1を、同じ制限を黙瀺的に課しおいるものずしお解釈すべきではありたせん。

したがっお、ISO 683-1における玍入状態は、管理された技術的パッケヌゞです。鋌皮の化孊成分はどのような鋌が補造されたかを瀺し、補品圢状はどのような圢で䟛絊されるかを蚘録し、熱凊理は冶金状態を定め、衚面状態は倖局材料ず仕䞊げを芏定し、機械的性質および怜査芁件はその出荷品が適合しおいるかどうかを確認したす。これらの芁玠のいずれかを明蚘しないず、䞀芋正確に芋える鋌皮指定が、䞍完党な仕様になっおしたう可胜性がありたす。

EN 10025に基づく構造甚鋌の玍入条件

玍入条件は、鋌材がどのように補造されたかに぀いおの補鉄所の説明にすぎないものではない。EN 10025では、玍入条件は、補品圢状、芏定された鋌皮および品質、厚さ範囲、熱凊理状態、衚面芁件、機械的性質ならびに怜査䞊の矩務を結び付ける。したがっお、その名称が技術的な意味を持぀のは、該圓する補品芏栌の範囲内においおのみである。

この制限が重芁なのは、「構造甚鋌」が耇数の異なる補品矀を含むためである。BS EN 10025-3:2019に基づく正芏化现粒鋌板は、䞡者が溶接構造物に䜿甚され、類䌌した合金元玠を含んでいる堎合であっおも、DIN EN 10025-6:2023-06に基づく焌入れ・焌戻し高降䌏匷床鋌板ず互換性があるわけではない。たた、いずれの名称も、それだけで補鋌経路を特定するものではない。

World Steel Associationは、䞻な補鋌経路ずしお、高炉―塩基性酞玠炉BF-BOF経路ず電気アヌク炉EAF経路の2぀を挙げおいる。高炉䞀貫補鉄経路では、鉄鉱石、冶金甚石炭、石灰石およびリサむクル鋌を䜿甚する。EAF経路では、䞻ずしおリサむクル鋌、盎接還元鉄たたは溶銑、ならびに電力を䜿甚する。米囜環境保護庁も同様に、溶銑高炉鉄をスクラップずずもに粟錬する塩基性酞玠法ず、EAFによる補鋌ずを区別しおいる。これらは溶鋌の補造経路である。その埌、連続鋳造によっお溶鋌はスラブ、ビレットたたはブルヌムに成圢され、さらに圧延されお平鋌補品たたは長尺補品ずなる。

補品芏栌は、最終的な玍入条件を芏定しながら、耇数の溶鋌補造経路を認める堎合がある。逆に、特定の溶鋌補造経路を採甚したからずいっお、特定の熱凊理条件が保蚌されるわけではない。

BS EN 10025-3:2019ず正芏化玍入

BS EN 10025-3:2019は、溶接可胜な现粒構造甚鋌から補造され、正芏化状態たたは正芏化圧延状態で䟛絊される熱間圧延平鋌補品および長尺補品を察象ずする。その適甚範囲には、補品厚さ250 mmたでの、芏定された鋌皮および品質区分が含たれる。代衚的な名称には、S275N、S275NL、S355N、S355NL、S420N、S420NL、S460NおよびS460NLがある。ただし、適甚される補品、厚さおよび品質芁件は、同芏栌に定められた条件に埓う。

文字 N は、正芏化たたは正芏化圧延の玍入条件を瀺す。品質区分 L は、察応するLなしの品質区分ずは異なる、芏定された䜎枩衝撃芁件を瀺す。これらの添字は装食的な付加ではない。調達曞類、詊隓および蚭蚈怜蚌に圱響する芁件を特定するものである。

正芏化ずは、鋌をオヌステナむト域たで加熱し、管理された条件䞋で空冷する熱凊理である。この凊理により、圧延埌のフェラむト・パヌラむト組織が埮现化され、均䞀化される。正芏化圧延では、最終倉圢が同等の組織状態を生じさせる枩床範囲で行われるよう圧延スケゞュヌルを管理するため、別個の炉内正芏化凊理が必ずしも実斜されるわけではない。したがっお、䞡者は関連する加工履歎ではあるが、同䞀ではない。

冶金孊的な目的は、芏定された厚さ範囲党䜓にわたっお、降䌏匷床、匕匵匷さ、䌞びおよび衝撃特性を予枬可胜にする、比范的均䞀な埮现粒組織を埗るこずである。炭玠および合金元玠の含有量、ニオブ、バナゞりムたたはチタンなどの結晶粒埮现化元玠の添加、圧延方法ならびに冷华履歎が、いずれも結果に寄䞎する。正芏化玍入は焌なたし玍入ず同じではなく、蚭蚈䞊Q条件に䌎う高い匷床が必芁な堎合に、焌入れ・焌戻しの代替ずなるものでもない。

溶接に぀いおは、芏栌における现粒および溶接性に関する芁件を、厚さならびに炭玠圓量の管理ず䜵せお解釈しなければならない。S355NLず衚瀺された鋌板は、呌び降䌏匷床区分だけで評䟡されるものではない。その品質区分、衝撃詊隓枩床、補品厚さ、怜査蚌明曞および適甚される化孊成分限界も、適合性蚘録の䞀郚を構成する。EN 10025-3は補品カテゎリヌを定矩するものであり、「正芏化構造甚鋌」ずしお販売されるすべおの鋌板を蚌明するものではない。

DIN EN 10025-6:2023-06ず焌入れ・焌戻し玍入

DIN EN 10025-6:2023-06は、焌入れ・焌戻し状態で䟛絊される高降䌏匷床構造甚鋌の熱間圧延平鋌補品を察象ずする。補品圢状の範囲はEN 10025-3より狭い。この郚は平鋌補品を察象ずし、正芏化现粒鋌を察象ずする郚で扱われる平鋌補品および長尺補品の党組合せを察象ずするものではない。

玍入蚘号では、焌入れ・焌戻し鋌を Q で瀺す。芏定される衝撃芁件に応じお、S460Q、S460QLおよびS460QL1などの名称があり、芏栌および該圓する厚さ制限の察象ずなる堎合には、S500、S550、S620、S690、S890およびS960など、より高い匷床区分たで察応する鋌皮矀が存圚する。正確な鋌皮、品質区分および厚さは、珟行版の芏栌ならびに泚文曞類に照らしお確認しなければならない。「Q鋌」ずいう䞀般的な蚀及だけでは䞍十分である。

焌入れでは、オヌステナむト化した鋌を急冷するこずにより、硬く、䞻ずしおマルテンサむト、たたはマルテンサむトを含む組織ぞ倉態させる。この状態は高い匷床をもたらす䞀方、溶接管理が䞍十分な堎合には、硬さ、残留応力および氎玠助長割れの感受性を高める可胜性がある。焌入れの埌には焌戻しを行う。焌戻しでは、倉態枩床範囲未満で鋌を再加熱し、過床の脆性を䜎枛するずずもに、匷床、靭性および残留応力の氎準を調敎する。

この経路は、正芏化玍入ずの倧きな違いを説明する。正芏化鋌皮では通垞、成分ず管理圧延たたは空冷によっお、匷床ず靭性の芏定されたバランスを埗る。Q鋌皮では、焌入れ埌に焌戻しを行うこずにより、厚さに察しおより高い匷床性胜を埗る。この凊理は、補造埌に付けられる単なる衚瀺ではない。機械詊隓が瀺すこずを意図する組織を決定するものである。

焌入れ・焌戻し鋌板の堎合、蚌明曞には、鋌皮および品質区分、厚さ、ヒヌト番号、化孊分析結果、匕匵詊隓結果、必芁な堎合の衝撃詊隓結果、ならびに芁求された熱凊理が適甚されたこずを瀺す蚌拠を蚘茉する必芁がある。加工業者が行う远加の成圢、溶接たたは応力陀去加熱によっお、䟛絊時の状態が倉化する可胜性がある。したがっお、溶接斜工芁領には、圓該Q鋌皮および厚さに適合した入熱、予熱、パス間枩床および氎玠管理の限界倀を定める必芁がある。

平鋌補品、厚さおよび溶接可胜な现粒鋌

厚さは単なる寞法䞊の詳现ではなく、技術的定矩の䞀郚である。厚さが増すず、厚い断面内では冷华、倉態および結晶粒の発達が均䞀でなくなるため、降䌏匷床が䜎䞋するこずがある。そのため、EN 10025の衚では、厚さ区間ごずに機械的芁件を割り圓おおいる。厚さを䌎わない鋌皮名では、完党な特性仕様を瀺すこずができない。

補品圢状の区別も同様に重芁である。BS EN 10025-3:2019は熱間圧延平鋌補品および長尺補品を含むのに察し、DIN EN 10025-6:2023-06は熱間圧延平鋌補品を察象ずする。「EN 10025構造甚鋌」ずだけ蚘茉された賌入曞類たたは補䜜曞類では、どの郚が適甚されるのか、材料が鋌板なのか長尺補品なのか、たた芁求される状態がN、NL、Q、QLその他の定矩された品質区分のいずれなのかが䞍明なたたである。

衚面状態も玍入仕様に含たれる。スケヌル、手入れ、局郚補修、蚱容される䞍完党郚および合意された衚面芁件は、特に超音波探傷、疲劎性胜たたは溶接継手の開先準備が関係する堎合、怜査および補䜜に圱響する可胜性がある。状態の蚘号は、これらの芁件に取っお代わるものではない。

このような構成は、芏栌党般に共通しおいる。ISO 683-1:2016は、定矩された熱凊理状態および衚面状態で䟛絊される半補品、棒鋌、線材、平鋌補品および鍛造品に関する技術的玍入芁件を芏定しおいる。ASTM A668/A668M-16も同様に、焌なたし、正芏化、正芏化・焌戻し、焌入れ・焌戻し、ならびに正芏化・焌入れ・焌戻し状態を含む、玍入時の凊理によっお鍛造品を分類しおいる。ASTM A508/A508M-16は、芏定された圧力容噚甚鍛造品に぀いお、二次粟錬たたは再溶解を甚いる堎合を陀き、基本的に電気炉による補造を芁求するなど、さらに螏み蟌んだ芏定を蚭けおいる。

これらの䟋は、䞭心的な点を裏付けおいる。すなわち、補造経路、冶金凊理および芏栌で定矩された玍入条件は盞互に関連しおいるが、互いに眮き換えられるものではない。EN 10025の構造甚補品に぀いおは、芏栌の郚、鋌皮、品質区分、補品圢状、厚さおよび玍入条件をすべお技術蚘述に含めなければならない。この組合せがなければ、「正芏化鋌」たたは「焌入れ・焌戻し構造甚鋌」ずいう衚珟は、信頌できる特性評䟡たたは適合性刀断を行うには曖昧すぎる。

棒鋌、冷間仕䞊げおよび ASTM A434/A434M-24

熱間加工棒鋌ず冷間仕䞊げ棒鋌

棒鋌の仕䞊げず熱的状態は、別個の蚘茉事項である。
蚘茉䞻な意味考えられる圱響
熱間加工高枩での圧延たたは鍛造圢状、加工床および倧たかな結晶粒流動履歎
冷間仕䞊げ匕抜き、旋削、皮むき、研削たたはこれらの組合せより厳しい寞法公差、衚面状態の倉化および加工硬化の可胜性
機械加工芏定された圢状を埗るために材料を陀去するこず衚面の陀去、寞法の管理および残留応力の可胜性
焌入れ・焌戻しオヌステナむト化、焌入れおよび焌戻し匷床、硬さ、延性および靭性の制埡

棒鋌の補造経路ず仕䞊げ経路は、その履歎における異なる段階を瀺す。熱間加工では、高枩で行う圧延、鍛造、その他の塑性加工によっお、鋳片たたは半補品の断面を棒鋌に成圢する。この倉圢により、鋳造組織が䜎枛され、実甚䞊問題ずなる偏析が分断され、䞀郚の内郚䞍連続郚が閉鎖され、芁求される䞞圢、正方圢、六角圢などの断面が圢成される。たた、補品に䌎う倧たかな結晶粒流動パタヌンず加工枛面率も確立される。

仕䞊げ経路はその埌に行われる工皋であり、少なくずも補品の別個の状態を衚す。熱間加工棒鋌には、熱間圧延たたは鍛造によっお圢成された衚面が、これらの工皋に䌎うスケヌルおよび寞法公差ずずもに残る堎合がある。冷間仕䞊げ棒鋌は、鋌が通垞の熱間加工再結晶を起こさない皋床の䜎い枩床で、さらに匕抜き、旋削、研削、皮むき加工、たたはこれらの組合せを斜したものである。これらの工皋によっお盎埄たたは断面圢状が倉曎され、寞法管理が向䞊し、より枅浄たたは平滑な衚面を埗るこずができる。

この区別が重芁なのは、冷間仕䞊げが単なる倖芳䞊の凊理ではないためである。匕抜きその他の冷間倉圢は、加工硬化によっお降䌏匷さおよび硬さを高める䞀方、埌続の熱凊理によっお状態が倉化しない限り、延性を䜎䞋させる可胜性がある。最終匕匵匷さが焌入れおよび焌戻しによっお管理される堎合でも、冷間加工は残留応力、真盎床、硬さ分垃、ならびに埌工皋で機械加工郚品がどのように倉圢するかに圱響を及がし埗る。旋削たたは研削によっお、匕抜きず同じようなバルク倉圢を生じさせるこずなく、脱炭局たたはスケヌルの付着した材料を陀去するこずもできる。したがっお、「冷間仕䞊げ」は単䞀の冶金孊的状態を瀺すものではない。

ASTM A434/A434M-24は、焌入れ焌戻しを斜した合金鋌棒に぀いお、熱間加工棒鋌ず冷間仕䞊げ棒鋌の䞡方を察象ずしおいる。これらの補品蚘述を鋌皮だけに集玄しおはならない。公称合金鋌皮の指定が同じでも、䞀方は特定の衚面状態および公差範囲を有する熱間加工棒鋌ずしお、他方は異なる衚面状態、寞法芁件および残留応力履歎を有する冷間仕䞊げ棒鋌ずしお玍入されるこずがある。玍入状態は、補品圢状、加工、熱凊理、衚面状態、寞法および芏定された機械詊隓の組合せによっお決たる。

ISO 683-1:2016も、より広い補品分野においお同様の䞀般的な区分を蚭けおいる。同芏栌の技術的玍入芁件は、芏定された熱凊理および衚面状態で䟛絊される半補品、棒鋌、線材、平鋌補品および鍛造品を察象ずしおいる。焌入れ焌戻しず蚘述された棒鋌は、単に熱間圧延、焌ならし、たたは冷間匕抜きず蚘述された棒鋌ず同等ではない。これらの甚語は、それぞれ異なる技術的事項に答えるものである。

焌入れ焌戻し合金鋌棒の芁件

焌入れおよび焌戻しは冶金孊的な熱凊理工皋であり、棒鋌が圧延、鍛造、匕抜き、たたは研削によっお補造されたかどうかを瀺すものではない。焌入れでは、オヌステナむト化した鋌を急冷しお硬質組織を圢成する。適切な合金鋌皮および断面では、䞀般にマルテンサむトが圢成される。その埌、焌戻しによっお鋌を䞋郚臚界倉態枩床域未満に再加熱し、過床のぜい性を䜎枛するずずもに、匷床、靭性および延性の所芁バランスを確立する。合金元玠は焌入性に圱響するため、断面寞法および冷华方法によっお、芏定された組織および特性が棒鋌の衚面だけでなく䞭心郚にも達するかどうかが巊右される。

ASTM A434/A434M-24は、この焌入れ焌戻し状態を合金鋌棒の芁件の基瀎ずしおいる。熱凊理の名称だけでは、適合性を蚌明できない。適甚される鋌皮、棒鋌寞法、補品皮別、熱凊理方法、機械詊隓および受入れ芁件が、芏栌ならびにそれを匕甚する泚文曞たたは仕様曞ず䞀臎しおいなければならない。匕匵匷さ、降䌏匷さ、䌞び、絞りおよび硬さは、それぞれ結果の異なる偎面を瀺し埗る。硬さの倀だけでは、芁求されるすべおの機械的性質を確定するこずはできない。

棒鋌の寞法は特に重芁である。倧埄䞞棒は衚面よりも䞭心郚の冷华が遅く、その差が倉態、硬さ、残留応力および靭性に圱響する。そのため䟛絊者は、小埄棒に甚いる凊理スケゞュヌルを単玔に適甚するのではなく、適切なオヌステナむト化枩床、保持時間、焌入れ媒䜓、撹拌条件および焌戻しサむクルを蚭定する必芁がある堎合がある。芏栌に定められた詊隓および受入れ限界は適合性の枠組みを瀺すものであり、すべおの鋌皮および盎埄に぀いお䞀埋の熱凊理レシピを定めるものではない。

「焌入れ焌戻し合金鋌棒」ずいう衚珟は、鍛造品に甚いられる分類ずも混同しおはならない。ASTM A668/A668M-16は、焌なたし、焌ならし、焌ならし焌戻し、焌入れ焌戻し、および焌ならし焌入れ焌戻しを含め、玍入時の熱凊理によっお炭玠鋌および合金鋌鍛造品を分類しおいる。鍛造品の仕様ず棒鋌の仕様は、同様の熱凊理名称を甚いる堎合があるが、補品、詊隓および寞法に関しお異なる芁件を課すこずがある。補品圢状が決定的な芁玠である。

蚱容される溶解・補鋌経路

ASTM A434/A434M-24は、察象ずなる合金鋌棒に぀いお、蚱容される溶解・補鋌経路ずしお平炉、塩基性酞玠炉および電気炉による補造を挙げおいる。ここで重芁なのは「蚱容される」ずいう点である。これは仕様曞が認める経路を瀺すものであり、すべおの棒鋌が䞉぀すべおの経路で補造されるこずを意味しない。たた、別途の芁件で定められおいない限り、いずれか䞀぀の経路が玍入䞊必須の特性ずなるわけでもない。

経路の区別は、棒鋌の圧延より前に始たる。World Steel Associationは2024幎、䞻芁な二぀の補鋌経路ずしお、高炉・塩基性酞玠炉経路ず電気アヌク炉経路を瀺した。同協䌚の原料に関する説明では、鉄鉱石、冶金甚石炭、石灰石およびリサむクル鋌を䜿甚する䞀貫補鉄経路ず、䞻ずしおリサむクル鋌、盎接還元鉄たたは溶銑、ならびに電力を䜿甚する電気アヌク炉経路を区別しおいる。U.S. Environmental Protection Agencyも同様に、塩基性酞玠法をスクラップずずもに高炉溶銑を粟錬する方法ずしお説明し、電気アヌク炉補鋌を別個の経路ずしお扱っおいる。

平炉補鋌はより叀い経路であり、塩基性酞玠法たたは電気炉溶解ず同じ工皋ではない。したがっお、ASTM A434/A434M-24が䞉぀の経路すべおを含めおいるこずは、仕様䞊の境界を瀺すものであっお、それらの操業詳现たたは原料構成が盞互に眮換可胜であるず䞻匵するものではない。化孊成分の管理、残留元玠、枅浄床、氎玠管理、凝固方法および埌続の調敎工皋は、芏栌が課す芁件の範囲内で、なお補品に圱響を及がす。

溶解および粟錬の埌、連続鋳造によっおスラブ、ビレットたたはブルヌムを補造できる。World Steel Associationはこれらを、埌に平鋌補品および長尺補品に圧延される半補品ずしお説明しおいる。棒鋌の鋳造起源、熱間枛面、熱凊理および仕䞊げ工皋は盞互に関連しおいるが、それぞれ別個の蚘述事項である。溶解経路は、棒鋌が熱間加工品か冷間仕䞊げ品かを芏定しない。冷間仕䞊げによっお、その鋌が電気炉で補造されたか塩基性酞玠法で補造されたかが明らかになるわけでもない。たた、焌入れ焌戻しは、鋌を補造した炉ではなく、熱凊理状態を瀺すものである。

この区分により、よくある適合性䞊の誀り、すなわち、なじみのある鋌皮名を完党な補品定矩ずしお扱う誀りを防ぐこずができる。ASTM A434/A434M-24は、合金成分、棒鋌圢状、仕䞊げ区分、熱凊理、寞法および機械的芁件の間に管理された関係を定める䞀方、明蚘された溶解・補鋌䞊の遞択肢を認めおいる。他の芏栌では異なる遞択がなされる堎合がある。䟋えばASTM A508/A508M-16は、二次粟錬たたは再溶解を行う堎合を陀き、焌入れ焌戻し圧力容噚甚鍛造品に぀いお、塩基性電気炉による補造を芁求しおいる。経路に関する矩務は、合金鋌党般に属するものではなく、該圓する芏栌および補品に属する。

ASTM A668/A668Mにおける鍛造品ず玍入熱凊理区分

補品圢状を圢成する工皋ずしおの鍛造

鍛造品は、鍛造埌に受ける炉内凊理ではなく、たずその圢状がどのように圢成されたかによっお定矩される。鍛造では、加熱した鋌のビレット、ブルヌム、バヌ、たたはむンゎットを、プレス、ハンマヌ、たたは据蟌み加工によっお塑性倉圢させ、最終圢状に近い圢状ぞ成圢する。この倉圢により、内郚の空隙が閉鎖され、鋳造組織が砎砕され、郚品の䞻芁な圢状に沿った方向性を持぀結晶粒流れが圢成されるこずがある。これらの䜜甚により、同じ公称炭玠鋌たたは合金鋌の鋌皮から補造された堎合でも、鍛造品は鋳造品ず区別される。

鍛造前の補鋌経路は、別個の問題である。World Steel Associationによれば、䞻な補鋌経路は、高炉・転炉BF-BOF法ず電気アヌク炉EAF法の二぀である。䞀貫補鉄法では鉄鉱石、補鉄甚石炭、石灰石、およびリサむクル鋌を䜿甚する。EAF法では䞻ずしおリサむクル鋌、盎接還元鉄、たたは溶銑ず電力を䜿甚する。これらは溶鋌の補造経路であり、玍入状態を瀺すものではない。

補鋌および粟錬の埌、連続鋳造によっおスラブ、ビレット、たたはブルヌムが補造されるこずがある。その埌、鍛造補造者は、芏栌および郚品寞法に応じお、鋳造された半補品、たたはむンゎットを䜿甚し、再加熱ず倉圢を行う。U.S. Environmental Protection Agencyは1995幎、酞玠転炉法をスクラップを加えお高炉溶銑を粟錬する方法ずしお説明し、電気アヌク炉法を別個の補鋌経路ずしお䜍眮付けた。いずれの炉による補造経路も、それだけで完成した鍛造品が焌なたし状態にあるか、焌入れ焌戻し状態にあるかを決定するものではない。

倉圢工皋のスケゞュヌルは重芁である。圧䞋、据蟌み、匕抜き、工皋間の再加熱、および最終鍛造枩床は、結晶粒埄、偏析の分垃、介圚物の配向、ならびに郚品内に残留する方向性組織の皋床に圱響する。したがっお、厚肉のハブ、リング、軞、たたは圧力保持郚品は、同じ鋌皮衚瀺を持ち、名目䞊同䞀の炉内指瀺を受けた堎合でも、小型の詊隓鍛造品ずは異なる挙動を瀺す可胜性がある。

ASTM A668/A668M-16は、炭玠鋌および合金鋌の鍛造品を玍入熱凊理によっお区分しおいる。これらの区分は単なる䟛絊者の説明ではなく、蚘茉された熱的状態を、芏定された機械的芁求事項、詊隓芏定、および受入れ芏則ず結び付けるものである。該圓する区分は、焌なたし、焌ならし、焌ならし焌戻し、焌入れ焌戻し、ならびに焌ならし・焌入れ・焌戻しである。

焌なたし、焌ならし、および焌ならし焌戻し状態

焌なたし鍛造品は、適切な枩床たで加熱され、断面が意図した冶金状態に達するのに十分な時間保持された埌、通垞は炉内で、制埡された速床で冷华される。䞀般的な目的は、硬さおよび残留応力を䜎枛し、機械加工性を改善し、より均䞀なフェラむト・パヌラむト組織たたはこれに類する組織を圢成するこずである。焌なたしずは、最終サむクル以前に鍛造品が熱履歎を受けおいないずいう意味ではない。先行する鍛造時の再加熱および倉圢による圱響が残るこずがあり、最終焌なたしによっおその圱響は修正されるが、自動的に完党に消去されるわけではない。

焌ならし鍛造品は、関係する倉態枩床範囲を超える枩床たで加熱され、静止空気䞭で冷华される。空冷は炉冷より速いため、同じ組成であれば、埗られるフェラむト・パヌラむト組織は通垞、焌なたし組織より埮现で匷床も高い。焌ならしは、粗倧な鋳造組織や鍛造による熱募配の圱響の䞀郚を䜎枛するこずもできるが、その結果は断面厚さおよび焌入性に倧きく䟝存する。薄い断面は急速に熱を倱う䞀方、倧きな断面では䞭心郚がよりゆっくり冷华される。

焌ならし焌戻し状態では、焌ならし埌に焌戻し凊理を远加する。倉態枩床未満での焌戻しにより、硬さ、靭性、および残留応力が調敎され、局所的な冷华差に察する機械的応答の感受性を䜎枛できる。ただし、これは焌入れ焌戻しず同等ではない。焌ならし埌の冷华速床は空冷のたたであり、焌戻し前に圢成される組織は、硬化および焌入れによっお生成するマルテンサむト組織ずは異なる。

ASTM A668/A668Mは、これらの状態を、あらゆる圢状に䞀埋に適甚される凊理レシピではなく、玍入区分ずしお甚いおいる。適甚される鍛造品の寞法、化孊成分、および区分によっお、必芁な凊理範囲ず詊隓が決たる。匕匵特性は通垞、降䌏匷さ、匕匵匷さ、䌞び、および絞りによっお評䟡される。芏栌が衝撃詊隓たたは远加怜査を芁求する堎合、それらの芁求事項も適合性の䞀郚ずなる。断面寞法、保持時間、冷华方法、および詊隓䜍眮を䌎わない炉内枩床の報告は、状態を裏付ける蚌拠ずしお䞍完党である。

この区別は補品固有のものでもある。ISO 683-1:2016は、焌入れ焌戻し甚非合金鋌で補造される半補品、バヌ、線材、平鋌補品、および鍛造品に぀いお、芏定された焌ならし状態および焌入れ焌戻し状態を含む技術的玍入芁求事項を定めおいる。BS EN 10025-3:2019は、焌ならし状態たたは焌ならし圧延状態で䟛絊される熱間圧延構造甚鋌補品を察象ずし、DIN EN 10025-6:2023-06は、焌入れ焌戻し状態で䟛絊される熱間圧延平鋌補品を察象ずしおいる。察象品がASTM鍛造品である堎合、これらの芏栌をASTM A668/A668Mの代わりに適甚するこずはできない。

焌入れ焌戻し、および焌ならし・焌入れ・焌戻し状態

焌入れ焌戻し状態では、鍛造品をオヌステナむト化し、硬い倉態生成物が圢成されるのに十分な速さで冷华し、その埌に焌戻しを行う。組成および冷华の厳しさによっおは、焌入れにより、断面の䞀郚たたは党䜓にマルテンサむト、ベむナむト、たたはそれらの混合組織が圢成されるこずがある。焌戻しは脆性を䜎枛し、匷床ず靭性を調敎する。埗られる特性は、炭玠含有量、合金元玠の添加、旧オヌステナむト結晶粒埄、焌入れ媒䜓、撹拌、移送時間、ならびに衚面から詊隓䜍眮たでの距離に䟝存する。

焌ならし・焌入れ・焌戻し状態では、オヌステナむト化、焌入れ、および焌戻しに先立っお焌ならし凊理を行う。焌ならしは、鍛造埌の組織を埮现化たたは均質化し、硬化凊理のための制埡された初期状態を䞎えるこずができる。ただし、倧断面党䜓にわたる硬さの均䞀性を保蚌するものではない。倧型鍛造品では、衚面近傍に焌戻しマルテンサむトが圢成される䞀方、焌入れ䞭に䞭心郚の冷华がより遅くなるため、䞭心郚には異なる混合組織が圢成されるこずがある。

このため、玍入区分を匷床鋌皮の同矩語ずしお解釈するこずはできない。䟋えばAISI 4140は、耇数の補品圢状および熱的状態で䟛絊される可胜性がある。しかし、焌入れ焌戻しに分類されたA668/A668M鍛造品は、䞀般的な4140バヌのデヌタシヌトではなく、鍛造品芏栌の芁求事項によっお管理される。ASTM A434/A434Mは、熱間加工および冷間仕䞊げされた焌入れ焌戻し合金鋌バヌを察象ずしおおり、その芁求事項はバヌに適甚されるものであっお、自動的に鍛造品に適甚されるわけではない。ASTM A508/A508M-16は、圧力容噚郚品甚の真空凊理された焌入れ焌戻し炭玠鋌および合金鋌鍛造品を別途察象ずし、二次粟錬たたは再溶解を甚いる堎合を陀き、基本的な電気炉による補造を芁求しおいる。

同じ泚意は鋳造品にも圓おはたる。鋳鋌は鋳型から冷华され、埌工皋によっお倉化しない限り、鋳造暹枝状組織を保持する。䞀方、鍛造では、玍入熱凊理に先立っお塑性倉圢ず結晶粒流れの圱響が加えられる。したがっお、化孊成分が抂ね類䌌する板、バヌ、鋳造品、および鍛造品が、互換可胜な䞀぀の「焌ならし」状態たたは「焌入れ焌戻し」状態を共有するわけではない。

A668/A668M鍛造品に぀いお劥圓な解釈を行うには、区分、化孊成分、最倧および最小断面寞法、鍛造時の圧䞋量ず圢状、炉内サむクル、冷华方法、詊料採取䜍眮、および芏定された機械詊隓を組み合わせお怜蚎する必芁がある。熱履歎が凊理名称を䞎える。断面寞法ず倉圢履歎が、その凊理を鍛造品がどのように受けたかを決定し、芏栌に基づく詊隓が、玍入された鍛造品が実際に割り圓おられた区分の芁求事項を満たしおいるかどうかを決定する。

熱凊理の管理、蚭備および怜蚌

蚌明曞に「焌入れ焌戻し」ず蚘茉するだけでは、玍入状態が確立されたこずにはならない。玍入状態は、炉、装入物、熱サむクル、冷华操䜜、および芁求された結果が埗られたこずを瀺す詊隓を管理するこずによっお確立される。SAE AMSH6875Cは、熱凊理をこの実務的な意味で扱っおおり、その芁求事項は鋌の熱凊理に関する蚭備、手順、枩床および詊隓方法を察象ずしおいる。したがっお、指定された状態ずは、䟛絊者による非公匏な説明ではなく、管理された生産の蚌拠によっお裏付けられた結果である。

この区別が重芁なのは、補造ルヌト、冶金的凊理および玍入状態が盞互に関連しおいるものの、眮き換え可胜なものではないためである。World Steel Associationは、高炉・転炉法ず電気炉法を、補鋌における二぀の䞻芁な補造ルヌトずしお挙げおいる。その埌、連続鋳造によっおスラブ、ビレットたたはブルヌムが補造され、これらが平鋌補品たたは長尺補品に圧延される。熱凊理はその埌、たたは成圢工皋の間に行われ、その補品の組織および特性を倉化させる。電気炉法で補造された鋌が自動的に焌入れ焌戻しになるわけではなく、䞀貫補鉄法で補造された鋌が自動的に焌ならしになるわけでもない。補品芏栌は補造ルヌトず玍入状態の䞡方を管理する堎合があるが、それらは別個の技術的事項ずしお扱われる。

鋌材の玍入条件ず補造工皋
Verified heat treatment depends on the temperature of the steel load, not only the furnace set point.

炉の芁求事項ず枩床管理

炉は、装入物党䜓を指定された枩床範囲たで加熱し、過倧な枩床倉動なしにその範囲内で保持できなければならない。この芁求は、1台の炉の制埡装眮が目暙枩床を衚瀺したこずを瀺すだけでは満たされない。制埡装眮は通垞、雰囲気枩床たたは炉内各ゟヌンの枩床を枬定するが、鋌自䜓はよりゆっくり加熱され、厚い断面では衚面より䞭心郚の枩床が䜎いこずがある。炉の調査、䜜業領域の枬定および装入物甚熱電察は、意図した運転条件の䞋で蚭備が蚱容可胜な枩床均䞀性を提䟛できるかどうかを確認するために䜿甚される。

枩床怜出蚭備は、既知の基準ずの比范によっお校正する必芁がある。適甚される手順では通垞、蚈噚の粟床、熱電察の皮類、校正間隔、蚭眮䜍眮、および故障たたはドリフトしたセンサヌの取扱いを定める。蚘録された蚭定倀は、怜蚌枈みの金属枩床ず同等ではない。倧型鍛造品、倧埄棒鋌および密に詰められた装入物では、枩床を管理すべき䜍眮は炉内雰囲気ではなく、最も加熱が遅い箇所ずなる堎合がある。したがっお、装入方法を芏定しなければならない。郚品同士が互いを遮蔜したり、埪環を劚げたり、炉が調査時に想定しおいなかった質量を圢成したりしないようにする必芁がある。

SAE AMSH6875Cが有甚なのは、たさに熱凊理を管理されたシステムずしお捉えおいるからである。同芏栌は鋌を4皮類に分類しおおり、適合性を単䞀の枩床数倀に還元しおいない。蚭備胜力、枩床枬定、運転手順および怜蚌は、いずれも工皋の䞀郚である。該圓する補品芏栌は、匕き続き鋌皮ごずの限界倀を芏定する。䟋えば、ISO 683-1:2016は、焌入れ焌戻し甚非合金鋌から補造される半補品、棒鋌、線材、平鋌補品および鍛造品に぀いお、焌ならし状態および焌入れ焌戻し状態を含む技術的玍入芁求事項を芏定しおいる。熱凊理業者は、実際の補品圢状および断面寞法に察しお、芁求された状態を適甚しなければならない。

炉内雰囲気も適合性に圱響を及がすこずがある。酞化、脱炭および浞炭は、衚面化孊組成、寞法䞊の䜙肉ならびに疲劎に敏感な衚局を倉化させる可胜性がある。芏栌は、管理雰囲気、保護凊理たたはその埌の衚面陀去を芁求する堎合がある。炉の蚘録には、蚭備、レシピ、該圓する堎合は雰囲気、枩床枬定倀、譊報および逞脱を特定できる情報を蚘茉すべきである。バッチが管理されおいない枩床逞脱にさらされた堎合、その凊眮を倖芳だけから刀断するこずはできない。

手順、保持時間および冷华方法

熱凊理手順は、単に公称サむクル名を瀺すのではなく、工皋の順序を定矩すべきである。通垞は、装入物、炉、管理察象ずなる加熱速床たたは加熱段階、オヌステナむト化枩床範囲たたは倉態枩床範囲、最小保持時間、移送時間の限界、焌入れ媒䜓、攪拌、焌戻し操䜜および最終冷华方法を特定する。必芁な保持時間は、補品圢状および装入状態に関連する。现い線材コむルず倧型合金鋌鍛造品が、同じ時間で内郚たで同じ枩床に達するず仮定するこずはできない。

保持は、別の基準を明瀺的に認める芏栌が適甚される堎合を陀き、装入物のうち枩床管理の察象ずなる郚分が芁求枩床に達した時点で初めお開始される。炉が蚭定倀に達した時点でタむマヌを開始するず、重量のある断面の䞭心郚が加熱䞍足になる可胜性がある。この誀りにより、チャヌト䞊は正しいサむクルに芋えおも、未溶解盞、䞍完党倉態たたは硬さ募配が残るこずがある。

焌入れは、独立した管理察象の操䜜である。芏栌たたは承認枈み手順では、氎、ポリマヌ溶液、油、ガスその他の媒䜓を定めるずずもに、濃床、枩床、埪環、攪拌および汚染限界を芏定する堎合がある。炉から槜ぞ移送する間に冷华が始たるため、焌入れの遅れは重芁である。装入物は、蚱容された時間内に媒䜓ぞ投入し、蒞気膜の発生や䞍均䞀な冷华を防ぐのに十分な移動たたは攪拌を行わなければならない。焌入れ槜の枩床およびポリマヌ濃床は枬定する必芁があり、「油焌入れ」ずいう蚘茉だけでは、凊理圓日の油の状態は特定できない。

冷华速床は硬さだけでなく、より広範な事項に圱響する。冷华速床はフェラむト、パヌラむト、ベむナむトおよびマルテンサむトの生成を巊右し、断面寞法ず化孊成分によっお、芁求された倉態がどこたで進行するかが決たる。その埌の焌戻しによっお応力が䜎枛され、匷床、靭性および硬さが調敎される。焌入れ焌戻し補品を、焌入れ枩床だけで正確に衚すこずはできない。ASTM A668/A668M-16は、鍛造品に぀いおの芏栌䞊の考え方を瀺すものであり、焌なたし、焌ならし、焌ならし焌戻し、焌入れ焌戻し、および焌ならし・焌入れ焌戻しの玍入状態を区別しおいる。これらの名称は異なる熱履歎を衚しおおり、盞互に眮き換えるこずはできない。

指定された補造ルヌトによっお、远加の矩務が課される堎合がある。DIN EN 10025-6:2023-06は、焌入れ焌戻し状態で䟛絊される高降䌏匷床構造甚鋌の熱間圧延平鋌補品を察象ずし、BS EN 10025-3:2019は、焌ならしたたは焌ならし圧延状態で䟛絊される溶接可胜な现粒構造甚鋌補品の熱間圧延品を察象ずしおいる。焌ならし圧延補品は、単に硬さが䜎い焌入れ焌戻し補品ではなく、その加工ルヌトず埗られる金属組織が異なる。同様に、ASTM A508/A508M-16は、圧力容噚郚品甚の真空凊理された炭玠鋌および合金鋌鍛造品の焌入れ焌戻しを察象ずしおおり、二次粟錬たたは再溶解を甚いる堎合を陀き、基本的な電気炉補造を芁求しおいる。熱凊理によっお溶解ルヌトに関する芁求事項を消去するこずはできない。

詊隓方法ず文曞化

怜蚌では、詊隓された材料を、正確な溶解、補品および凊理サむクルに結び付けなければならない。兞型的な蚌拠には、化孊分析、硬さ、匕匵匷さ、降䌏匷さ、䌞び、絞り、芏定されおいる堎合の衝撃詊隓、金属組織怜査ならびに衚面たたは内郚怜査が含たれる。適甚される補品芏栌によっお、必須詊隓の皮類ず詊隓片の採取䜍眮が決たる。郜合のよい䜍眮から機械加工した詊隓片は、最も厚い領域たたは最も冷华の遅い領域を代衚しない可胜性があるため、採取䜍眮、方向および衚面からの距離を蚘録しなければならない。

硬さは工皋管理に有甚であるが、匕匵詊隓たたは衝撃詊隓の普遍的な代替にはならない。2぀の補品が同皋床の硬さを瀺しおいおも、靭性、偏析、結晶粒組織たたは残留応力が異なるこずがある。したがっお、機械詊隓は芏定された特性芁求事項ぞの適合を実蚌し、金属組織怜査および工皋蚘録は、芁求された組織が生成したかどうかを説明するのに圹立぀。再詊隓の芏則、詊隓片の有効性、詊隓機の校正および詊隓所の識別情報も、蚌拠の連鎖の䞀郚を構成する。

蚘録には、材料の溶解たたは鋳造番号、補品寞法、数量、炉および装入番号、手順の改蚂番号、䜜業者たたはシステムの蚘録、枩床チャヌト、熱電察の䜍眮、保持時間、焌入れ条件、焌戻しサむクル、逞脱および最終凊眮を特定できる情報を蚘茉すべきである。蚌明曞には、単独の数倀を瀺すのではなく、詊隓報告曞ずの盞互参照を蚘茉すべきである。トレヌサビリティは、切断、鍛造、圧延、熱凊理および詊隓片の採取を経おも維持されなければならない。

これらの蚘録がなければ、「焌ならし」たたは「焌入れ焌戻し」ず蚘茉された蚌明曞は、技術的裏付けが限定された䞻匵にすぎない。管理された蚭備、明確に定矩された手順、および同䞀の材料識別情報に結び付けられた結果があれば、玍入状態を実蚌できる。これが、名称ずしお瀺された状態ず、怜蚌された状態ずの違いである。

衚面状態、寞法状態および機械的性質

玍入状態は、鋌皮名だけを瀺すものではない。玍入状態は、補品圢状、衚面状態、寞法粟床、熱凊理状態および芏定された機械的性質を盞互に関連付けるものである。ただし、これらの属性は䟝然ずしお区別しお扱わなければならない。棒鋌は、圧延肌のたたの衚面を有する焌入焌戻し状態で䟛絊されるこずもあれば、同じ倧たかな合金系列に属しながら、冷間仕䞊げおよび機械加工を経た状態で䟛絊されるこずもある。鋌皮蚘号が倉わらなくおも、怜査結果、残留応力および䜿甚時の挙動は異なる可胜性がある。

補造ルヌトも、さらに区別すべき事項である。World Steel Associationによれば、䞻な補鋌ルヌトは、高炉転炉BF-BOFルヌトず電気アヌク炉EAFルヌトの2぀である。䞀貫補鉄ルヌトでは、鉄鉱石、冶金甚石炭、石灰石および再生鋌が䜿甚される。EAFルヌトでは、䞻ずしお再生鋌、盎接還元鉄たたは溶銑、ならびに電力が䜿甚されるWorld Steel Association, 2024。これらの溶解ルヌトは、枅浄床、残留元玠および工皋管理に圱響を及がすが、それだけで補品が焌なたし、焌ならし、焌入焌戻し、冷間仕䞊げたたは機械加工のいずれの状態にあるかを決定するものではない。

鋳造埌、スラブ、ビレットおよびブルヌムは、厚板・薄板などの平鋌補品や棒鋌などの長尺補品に圧延される。この工皋順序は、補品の圢状および衚面組織の倧郚分を決定するが、最終的な玍入状態には、远加の熱的、機械的たたは衚面凊理工皋が必芁ずなる堎合がある。

圧延たた、機械加工、スケヌル陀去および仕䞊げ衚面

「圧延たた」は通垞、熱間圧延埌に残された衚面を瀺すものであり、熱凊理の党䜓を説明するものではない。この衚面には、ミルスケヌル、すなわち高枩で圢成された酞化皮膜が付着しおいる堎合がある。その倖芳および厚さは、再加熱、圧延枩床、冷华、鋌の化孊成分ならびにスケヌル陀去たでの時間によっお異なる。したがっお、適甚される補品芏栌がその組合せを認めおいる堎合、鋌板は圧延たたで焌ならし状態ずするこずも、圧延たたで別途芏定された熱的状態で䟛絊するこずもできる。

スケヌル陀去は、りォヌタヌゞェット凊理、ショットブラスト、酞掗いたたはその他の芏定された工皋によっお、ミルスケヌルの䞀郚たたは党郚を陀去するものである。これにより、目芖怜査、塗装、溶接たたは超音波探傷に䟛される衚面が倉化する。ただし、鋌材党䜓が自動的に焌ならし、焌入れたたは焌戻しされるわけではない。過床な、たたは管理䞍良のスケヌル陀去によっお、以前は芆い隠されおいたラップ、シヌムたたは圧延蟌みスケヌルが露出するこずがある。これは怜査䞊の効果であり、必ずしも新たに生じた材料欠陥ではない。

機械加工は材料を陀去し、管理された埄、平面床、茪郭たたは粗さを埗るこずができる。たた、衚面脱炭、スケヌルおよび浅い䞍連続郚を陀去するこずもある。棒鋌は、衚面が切削されたずいう理由だけで別の鋌皮になるわけではない。しかし、機械加工によっお、衚面䞋の指瀺が露出したり、耐力詊隓に利甚できる断面が枛少したり、切削条件が䞍適切な堎合には局郚的な匕匵応力や熱圱響痕が生じたりする可胜性がある。研削では、局郚的な加熱、焌けたたは方向性を持぀衚面損傷が生じるこずがある。䞀方、旋削では、疲劎荷重䞋で応力集䞭源ずなる工具痕が残る可胜性がある。

冷間仕䞊げには、補品芏栌に応じお、冷間匕抜き、ピヌリング、旋削、研削たたはこれらの組合せが含たれる。単玔な枅浄化ずは異なり、冷間倉圢は降䌏匷さおよび硬さを高め、䌞びを䜎䞋させ、寞法粟床を倉化させ、残留応力を残す可胜性がある。そのため、冷間仕䞊げ補品は、同じ溶鋌から補造された熱間圧延補品ず同じ公称鋌皮蚘号を維持しながら、異なる性質を有するこずがある。ISO 683-1:2016では、焌入焌戻し甚非合金鋌から補造される半補品、棒鋌、線材、平鋌補品および鍛造品に぀いお、衚面状態ず熱凊理状態を技術的玍入条件の別個の芁玠ずしお扱っおいる。

芏定された衚面状態は、怜査によっお䜕を確認できるかも決定する。光茝仕䞊げたたは機械加工された鋌材の目芖怜査は、ミルスケヌルを通しお行う怜査ずは異なる。衚面粗さは、塗膜厚さの枬定、接觊匏硬さ詊隓およびき裂怜出に圱響する。安党䞊重芁な郚品の堎合、蚌明曞には「仕䞊げ枈み」ずいう解釈に委ねるのではなく、䟛絊された衚面状態を明蚘すべきである。

寞法公差および残留応力

寞法状態ずは、寞法、圢状および蚱容偏差、すなわち厚さ、埄、幅、長さ、真盎床、平面床、真円床および茪郭を意味する。これは衚面仕䞊げたたは熱凊理の同矩語ではない。熱間圧延では、冷华䞭に補品が収瞮するこず、ならびにロヌルギャップ、枩床およびクラりンの制埡に有限の限界があるこずから、通垞、機械加工たたは冷間匕抜きよりも寞法ばら぀きが倧きくなる。冷間仕䞊げによっお公差を厳しくできる䞀方、曲がり、䞍均䞀な塑性ひずみたたは異方性の寞法倉化が生じるこずもある。

熱凊理によっお寞法が倉化するこずもある。焌入れでは、䞍均䞀な熱収瞮および盞倉態が生じる。マルテンサむトの生成によっお占められる䜓積は、母盞であるオヌステナむトずは異なり、衚面ず䞭心郚の差によっお郚品が倉圢する可胜性がある。焌戻しは、焌入れによっお生じた応力の䞀郚を䜎枛するが、応力のない補品を保蚌するものではない。焌ならしは、熱間加工埌に組織を埮现化し、敎えるこずができるが、厚い断面の各郚における冷华差によっお、なお寞法ばら぀きが生じる可胜性がある。

残留応力ずは、倖郚荷重たたは加工力を陀去した埌も残る内郚応力である。圧延、矯正、冷間匕抜き、機械加工、溶接、研削たたは䞍均䞀な熱凊理によっお生じる可胜性がある。衚面が匕匵応力で、その䞋郚が圧瞮応力ずなる堎合もあれば、その逆の堎合もある。郚品は怜査時に寞法公差を満たしおいおも、材料を陀去したずき、塗膜を硬化させたずき、たたは郚品を溶接したずきに倉圢するこずがある。逆に、応力陀去凊理によっお、鋌皮蚘号を倉曎せずに寞法安定性を向䞊させるこずもできる。

したがっお、公差芁求は、鋌材名から掚枬するものではなく、泚文曞および怜査仕様曞に蚘茉すべきである。BS EN 10025-3:2019に基づき、焌ならしたたは焌ならし圧延状態で䟛絊される鋌板には、化孊成分以倖の技術的玍入条件も含たれる。同様に、DIN EN 10025-6:2023-06に基づく焌入焌戻し平鋌補品も、芏定された熱的状態に加えお、寞法、衚面および機械的性質に関する芁求事項の察象ずなる。

硬さ、匷さ、延性および靭性

硬さずは、抌蟌みに察する抵抗、たたは詊隓によっおは貫入および反発に察する抵抗である。匕匵匷さは、匕匵詊隓で到達する最倧公称応力を指す。降䌏匷さは、芏定された氞久倉圢が始たる時点を瀺す。䌞びおよび絞りは延性を瀺す。靭性は砎壊に察する抵抗に関係し、通垞、芏定された枩床および詊隓片の方向で衝撃詊隓により評䟡される。これらの性質には盞互の関連があるが、いずれか1぀で他のすべおを代替するこずはできない。

焌入れは通垞、マルテンサむトたたは混合倉態生成物を圢成するこずによっお、硬さおよび匷さを増加させる。焌戻しは、その硬さの䞀郚を䜎䞋させる䞀方で、延性および靭性を改善する。焌なたしは通垞、匷さおよび硬さを䜎䞋させ、より加工しやすい組織を促進する。倚くの炭玠鋌および䜎合金鋌では、焌ならしによっおフェラむト・パヌラむト組織が圢成されるが、その性質は炭玠含有量、断面寞法および冷华速床の圱響を受ける。焌ならし圧延状態では、制埡圧延および制埡冷华によっお芏定された性質を埗るこずができるが、その補造履歎は、別途焌ならしを行った補品ず同䞀ではない。

したがっお、玍入状態の衚瀺は、詊隓芁求事項ず䜵せお解釈しなければならない。ASTM A668/A668M-16では、炭玠鋌および合金鋌鍛造品を、焌なたし、焌ならし、焌ならし焌戻し、焌入焌戻し、たたは焌ならし・焌入焌戻しの状態に分類しおいる。ASTM A434/A434M-24は、熱間加工および冷間仕䞊げを斜した焌入焌戻し合金鋌棒を察象ずしおいるため、「冷間仕䞊げ」ず「焌入焌戻し」は、状態の異なる郚分を説明する甚語である。SAE AMSH6875Cは、4぀の鋌皮区分にわたり、炉蚭備、手順、枩床および詊隓方法に぀いお管理された芁求事項を远加しおいる。

硬さたたは匕匵匷さだけでは、完党なミクロ組織たたは補造履歎を特定するこずはできない。焌戻しマルテンサむト鋌ず別の組織が、ある1か所で同皋床の硬さを瀺しながら、衝撃靭性、残留応力、枅浄床たたは溶接時の応答においお異なるこずがある。詊隓枩床、詊隓片の方向、断面内の䜍眮およびサンプリング頻床が重芁である。圧力容噚甚鍛造品に぀いお、ASTM A508/A508M-16は、二次粟錬たたは再溶解を甚いる堎合を陀き、基本的な電気炉による補造を芁求しおいる。これは、玍入適合性に、熱凊理および機械詊隓だけでなく、定められた補造ルヌトも含たれ埗るこずを瀺しおいる。蚌明曞は、これら盞互に関連するすべおの条件を䜵せお読んだ堎合にのみ意味を持぀。

溶接性、靭性および䜿甚枩床に関する考察

䟛絊状態ずは、䟛絊者による材料の非公匏な説明ではない。それは、補品圢状、化孊成分の制限倀、補造方法、熱凊理状態、衚面状態および芏定された機械的性質を管理された組合せずしお蚘録したものである。鋌材を溶接する際には、母材プレヌトず溶接熱圱響郚HAZが異なる熱サむクルを受けるため、これらの詳现が重芁になる。したがっお、同じ広矩の構造甚鋌ファミリヌに属する2぀の補品であっおも、必芁な溶接管理が異なり、拘束、冷华速床および䜿甚枩床に察しお異なる挙動を瀺すこずがある。

補造方法は1぀の倉数ではあるが、それ自䜓が䟛絊状態を意味するものではない。World Steel Associationは、2024幎における2぀の䞻芁な補鋌方法ずしお、高炉・転炉BF-BOF法ず電気アヌク炉EAF法を挙げおいる。䞀貫補鉄法では、鉄鉱石、冶金甚石炭、石灰石および再生鋌を䜿甚する。EAF法では、䞻ずしお再生鋌、盎接還元鉄たたは溶銑ず電力を䜿甚する。U.S. Environmental Protection Agencyは、別途、転炉法をスクラップずずもに高炉溶銑を粟錬する方法ずしお説明し、EAFによる生産を独立した補鋌方法ずしお扱っおいる。鋳造埌、スラブ、ビレットたたはブルヌムは、平鋌補品たたは条鋌補品に圧延されるこずがある。補造方法は残留元玠、枅浄床および偏析に圱響を及がすが、䜕を䟛絊し、䜕を怜蚌しなければならないかは、䟝然ずしお適甚される補品芏栌によっお決たる。

现粒構造甚鋌および溶接

BS EN 10025-3:2019は、溶接可胜な现粒構造甚鋌の熱間圧延平鋌補品および条鋌補品を、焌ならし状態たたは焌ならし圧延状態で䟛絊する堎合を察象ずしおおり、構造甚鋌の有甚な䟋である。この芏栌の鋌皮には、S275N、S355N、S420NおよびS460Nなどの蚘号が含たれ、これらに察応する䜎枩品質ずしおS275NL、S355NL、S420NLおよびS460NLなどがある。末尟の蚘号は装食的なものではない。それは芏定された䟛絊状態および靭性区分を瀺し、補品の厚さおよび品質蚘号によっお適甚される芁求事項も倉わる。

焌ならし、たたは蚱容される堎合の制埡焌ならし圧延は、フェラむト・パヌラむト組織の結晶粒を埮现化し、加工に先立぀既知の状態を確立する。䞀般に、现粒化は、降䌏匷さ、溶接性およびCharpy靭性の有甚な組合せに寄䞎する。ただし、溶接に䌎うリスクをなくすものではない。HAZには、溶融境界に隣接する粗粒域、倉態生成物が倉化した領域、ならびに溶接サむクルによっお焌戻したたは軟化した領域が圢成されるこずがある。最高到達枩床、臚界倉態枩床域を超えおいる時間、冷华速床およびその埌の再加熱が、これらの領域を決定する。

炭玠圓量 炭玠および遞択した合金元玠を組み合わせ、焌入性ず溶接に関連する割れ発生傟向を掚定する蚈算指暙。

炭玠圓量および氎玠管理は、溶接斜工芁領の遞定における䞭心的な芁玠である。焌入性の傟向が高いこず、過倧な拘束、冷えた鋌板、たたは氎玠を含む溶接材料は、特にHAZたたは溶接ルヌト郚においお、氎玠助長冷間割れを促進する可胜性がある。予熱は冷华速床を䜎䞋させ、継手からの氎玠の拡散を促進する。パス間枩床の制限は、過床な結晶粒成長ず靭性の䜎䞋を防ぐ。入熱は、䞡方向の過倧・過小を管理しなければならない。入熱が少なすぎるず、硬く割れに敏感な領域が生じる可胜性がある䞀方、入熱が倚すぎるず粗粒HAZが拡倧し、靭性が䜎䞋するこずがある。

「溶接可胜」ずいう甚語は、芏定された条件䞋での䞀般的な適性を衚すものである。あらゆる継手、板厚、プロセスたたは溶接䜜業者が受入れ基準を満たすこずを保蚌するものではない。溶接斜工芁領認蚌詊隓では、継手蚭蚈、プロセス、溶接材料の分類、入熱、予熱、パス間枩床、板厚、拘束および溶接埌熱凊理の有無など、関連する倉数を確立しなければならない。䟛絊状態が重芁なのは、焌ならし状態のS355Nで認蚌された斜工芁領を、䞡方が構造甚鋌ず呌ばれおいるずいうだけで、調質状態のS690Qに自動的に適甚できるわけではないためである。

寞法的拘束は、さらに別の芁玠を加える。厚く、匷く拘束された構造䜓では、溶接金属が凝固し、HAZが冷华する際に自由に収瞮できない。残留応力、角倉圢および局郚的な塑性ひずみは、拘束の小さい詊隓片より倧きくなる可胜性がある。したがっお、補品厚さ、圧延方向、継手の斜工順序および開先合わせは、材料蚌明曞だけでなく、補䜜蚈画に含めなければならない。

高荷重構造物における調質鋌

調質鋌Q&T鋌は、オヌステナむト化、急速冷华および焌戻しずいう意図的な工皋によっお、䟛絊時の特性を埗る。焌入れによっお硬い倉態生成物が圢成され、焌戻しによっお脆性が䜎枛され、匷床、延性および靭性が調敎される。DIN EN 10025-6:2023-06は、調質状態で䟛絊される高降䌏匷さ構造甚鋌の熱間圧延平鋌補品を察象ずしおいる。S690Q、S690QLおよびS690QL1などの蚘号は、芏定された詊隓枩床における匷床および衝撃靭性の区分を識別する。

Q&T鋌を匷くする同じ熱凊理が、溶接䞭に局所的にその特性を乱すこずがある。倉態枩床域を超えお加熱されたHAZは、冷华時に硬いマルテンサむトたたはベむナむト組織を再圢成する可胜性がある。その枩床域未満に加熱された領域は、再床焌戻しされ、硬さおよび降䌏匷さを倱うこずがある。高荷重郚材では、母材プレヌトが認蚌された匷床を維持しおいおも、この軟化垯が局郚倉圢を支配する可胜性がある。したがっお、斜工芁領認蚌詊隓では、母材の蚌明曞から性胜を掚定するのではなく、鋌皮、板厚および溶接熱サむクルの実際の組合せを詊隓しなければならない。

入熱、パス間枩床および予熱は、特に厳密に管理する必芁がある。過倧な入熱は、HAZ靭性を䜎䞋させるか、蚱容できない軟化域を圢成する可胜性がある。䞀方、入熱䞍足ず急速冷华は、硬く、氎玠に敏感なミクロ組織を生じさせる可胜性がある。溶接埌熱凊理によっおHAZおよび溶接金属をさらに焌戻しするこずはできるが、䞍適切な斜工芁領に察する普遍的な修正手段ではない。たた、匷床および寞法粟床を倉化させる可胜性もある。

Q&Tの䟛絊状態は、補造方法ず同矩ではない。ASTM A434/A434M-24は、芏定された調質合金鋌棒に぀いお、平炉、転炉たたは電気炉による溶解凊理を認めおいる。䞀方、ASTM A668/A668M-16は、焌なたし、焌ならし、焌ならし・焌戻し、調質、および焌ならし・焌入れ・焌戻しの各状態を含め、䟛絊時の熱凊理によっお鍛造品を区分しおいる。これらの䟋は、「合金鋌」たたは「EAF鋌」ずいう名称だけでは、機械的状態たたは溶接状態を特定できない理由を瀺しおいる。ISO 683-1:2016も同様に、芏定された熱凊理状態および衚面状態で䟛絊される半補品、棒、線材、平鋌補品および鍛造品に぀いお、技術的な䟛絊芁求事項を定めおいる。

衝撃詊隓、板厚の圱響および認蚌

Charpy衝撃詊隓は、芏定された枩床で実斜する芏定された詊隓であり、あらゆる䜿甚枩床における靭性を普遍的に保蚌するものではない。BS EN 10025-3:2019においお「L」品質蚘号を持぀鋌皮は、察応する「N」品質ずは異なる芏定衝撃詊隓区分を有する。蚭蚈者は、その区分を最䜎金属枩床、応力状態、ひずみ速床、板厚および砎壊がもたらす結果ず関連付けなければならない。

板厚は、材料の熱履歎ず構造䞊の芁求の双方を倉化させる。厚板は、圧延、焌ならしたたは溶接埌に薄板ずは異なる冷华挙動を瀺す。厚板では断面党䜓にわたる偏析が倧きくなる可胜性があり、継手における拘束も倧きくなり、衚面䜍眮ず板厚䞭倮䜍眮で靭性が異なるこずもある。高い入熱ず耇数回の再加熱を䌎う100 mm厚板の溶接は、同じ公称鋌皮の12 mm厚板の溶接ず冶金孊的に同等ではない。したがっお、認蚌範囲、衝撃詊隓䜍眮、採取方向および合栌゚ネルギヌは、適甚される補品芏栌および溶接芏栌に埓わなければならない。

熱履歎には、埌続の溶接パス、仮付け溶接、補修および局郚的なガス炎矯正による再加熱も含たれる。各サむクルによっお、HAZの䞀郚が埮现化、粗倧化たたは焌戻しされる可胜性がある。Q&T鋌では、繰返し加熱によっお匷床が䜎䞋する可胜性がある。焌ならし现粒鋌では、過床な熱履歎によっお結晶粒埮现化の効果が損なわれるこずがある。認蚌詊隓では、珟実に起こり埗る最倧入熱、最䜎および最高のパス間枩床、ならびに関連する板厚範囲を再珟しなければならない。これが、材料蚌明曞によっお溶接斜工芁領認蚌を代替できない理由である。

䜿甚枩床に関する考察は、鋌皮名ではなく、実際の構造物を起点ずしお完了させるべきである。䟛絊状態、板厚、芏定衝撃詊隓枩床、溶接斜工芁領、HAZ靭性の裏付けおよび拘束レベルを確認する。そのうえで初めお、芏定された鋌皮を、補䜜物が実際に受ける荷重および枩床ず信頌性をもっお関連付けるこずができる。

圧力容噚甚鍛造品ずASTM A508/A508Mが異なる理由

ASTM A508/A508M-16は、特定の化孊成分を有する炭玠鋌たたは合金鋌を単に指定するための芏栌ではない。その暙題は、補品圢状、䜿甚甚途、熱凊理状態および補鋌方法を管理した組合せ、すなわち圧力容噚郚品甚の真空凊理を斜した焌入れ焌戻し炭玠鋌および合金鋌鍛造品を瀺しおいる。重芁なのは、この組合せである。

したがっお、合金鋌系の鋌材から補造された鍛造品は、ある玍入状態には適合しおも、別の玍入状態には適合しない堎合がある。同じ倧たかな化孊成分であるこずだけでは、その鋌材が真空凊理されたか、芁求された圢状に鍛造されたか、焌入れ焌戻しされたか、たたは圧力容噚に関する芁求事項に基づいお受け入れられたかどうかは決たらない。これらは別個の技術的問題であり、ASTM A508/A508M-16は、それらを甚途別の䞀぀の芏栌に統合しおいる。

真空凊理を斜した圧力容噚甚鍛造品の適甚範囲

ASTM A508/A508M-16は、圧力容噚の補䜜に䜿甚される鍛造郚品を察象ずする。この補品は、埌から機械加工しお郚品にする汎甚棒鋌ではなく、焌入れ焌戻し状態で䟛絊され、真空凊理に関する芏定の察象ずなる、圧力を保持する炭玠鋌たたは合金鋌の鍛造郚品である。したがっお、補造経路ず玍入状態は、この芏栌の技術的同䞀性の䞀郚を構成する。

鍛造は鋌材の圢状ず、通垞は内郚の加工履歎を倉化させるが、それだけで最終的な機械的性質が確立されるわけではない。機械的性質は、化孊成分、鍛造時の加工量、断面寞法、冷华、焌入れ、焌戻し、さらに認定詊隓片を採取する䜍眮に䟝存する。たた、倧型の圧力容噚甚鍛造品では、小型の棒鋌よりも、断面党䜓を通じた焌入性の確保がはるかに倧きな問題ずなる。熱凊理が郚品に合わせお蚭蚈・管理されおいない堎合、衚面は急速に冷华する䞀方、䞭心郚はより緩やかに冷华し、断面党䜓で異なる倉態生成物や靭性を生じる可胜性がある。

真空凊理は、別のリスク芁因に察凊するものである。溶解鋌䞭の溶存ガスを䜎枛し、非金属介圚物を管理するこずは、厚肉の鍛造品が靭性を維持し、繰返し荷重たたは高圧の䜿甚環境に耐える必芁がある堎合に非垞に重芁ずなり埗る。この芁求事項は、すべおの介圚物が陀去されるずいう意味ではなく、鍛造品が最終的な玍入状態に達する前の溶鋌の状態に察する远加的な管理であっお、鍛造や熱凊理に代わるものでもない。

このため、A508/A508M鍛造品を「焌入れ焌戻し」ずだけ衚珟するのでは䞍十分である。より広範な鍛造品芏栌であるASTM A668/A668M-16は、焌なたし、焌ならし、焌ならし焌戻し、焌入れ焌戻し、焌ならし焌入れ焌戻しなど、玍入時の熱凊理によっお鍛造品を分類しおいる。この分類は、鍛造品がどのように熱凊理されたかを䜿甚者に瀺すものである。A508/A508Mはさらに、真空凊理および蚱容される補造経路に関する甚途別の芁求事項を远加しおいる。

この区別は、他の芏栌にも芋られる。ISO 683-1:2016は、芏定された熱凊理状態および衚面状態で䟛絊される半補品、棒鋌、線材、平鋌補品および鍛造品に関する技術的玍入芁求事項を芏定しおいる。DIN EN 10025-6:2023-06は、焌入れ焌戻し状態で䟛絊される高降䌏匷床構造甚鋌の熱間圧延平鋌補品を察象ずする。いずれの芏栌も、通垞の構造甚補品を圧力容噚甚鍛造品に倉えるものではない。補品圢状、䜿甚区分および芏定された補造経路が、䟝然ずしお決定的である。

基本電気炉補造ず認められる代替方法

ASTM A508/A508M-16は、認められた二次粟錬たたは再溶解法を甚いる堎合を陀き、基本電気炉法による補造を芁求しおいる。この文蚀は補造経路を管理するものであり、すべおの電気炉が同䞀の鋌材を補造するずいう意味ではない。炉操業、装入原料、粟錬、脱酞、真空凊理、鋳造およびその埌の鍛造は、いずれも枅浄床ず内郚品質に圱響する。

World Steel Associationは、䞻芁な補鋌経路ずしお、高炉・塩基性酞玠炉経路ず電気アヌク炉経路を挙げおいる。同協䌚の2024幎の原料に関する説明では、䞡者の投入原料を区別しおいる。すなわち、䞀貫補鉄経路では鉄鉱石、補鉄甚石炭、石灰石およびリサむクル鋌を䜿甚するのに察し、電気アヌク炉経路では䞻ずしおリサむクル鋌、盎接還元鉄たたは溶銑、ならびに電力を䜿甚する。U.S. Environmental Protection Agencyも同様に、スクラップを甚いお高炉溶銑を粟錬する塩基性酞玠法ず、これずは別の電気アヌク炉法を区別しおいる。

この補造経路の区別を、その埌の補造工皋ず混同しおはならない。World Steel Associationによれば、連続鋳造は溶鋌をスラブ、ビレットおよびブルヌムに倉換し、それらはその埌、平鋌補品および長尺補品に圧延される。䞀方、圧力容噚甚鍛造品には、適切な鋳造玠材に続いお、十分な加工ず管理された鍛造䜜業が必芁ずなる。熱凊理は、こうした成圢䜜業の埌に、たたは䞀郚は成圢䜜業ず䞊行しお行われるものであり、電気炉経路の別称ではない。

A508/A508Mの文蚀は、考え埗るすべおの䞀次溶解経路を同等ずみなすのではなく、二次粟錬たたは再溶解による代替を認めおいる。二次粟錬では、初期溶解埌に化孊成分、ガスおよび介圚物をさらに管理できる。再溶解法では、既に補造された鋌から新たな鋌塊を補造し、偏析ず枅浄床を远加的に管理できる。したがっお、この芏栌の構成は、別の䞀次経路であっおも、芏定された粟錬たたは再溶解の条件によっお芁求される技術的基盀が確保される堎合に限り、受け入れ可胜ずなり埗るこずを瀺しおいる。

この芁求事項を、すべおの鋌材補品にそのたた適甚しおはならない。䟋えば、ASTM A434/A434M-24は、熱間加工および冷間仕䞊げを斜した焌入れ焌戻し合金鋌棒鋌を察象ずし、平炉、塩基性酞玠炉および電気炉による補造を、溶解凊理における蚱容経路ずしお瀺しおいる。棒鋌の芏栌がこれらの代替を認められるのは、その適甚範囲、補品圢状、䜿甚条件および受入れ芏定が異なるためである。圧力容噚甚鍛造品では、内郚䞍連続、偏析たたは厚さ方向党䜓にわたる性質の䞍足がもたらす結果が異なるため、A508/A508Mの適甚範囲はより限定的である。

甚途別芏栌が補造経路を管理する理由

圧力容噚郚品は、公称降䌏匷さず匕匵匷さだけで評䟡されるものではない。その砎損には、脆性砎壊、疲劎、応力集䞭、溶接ずの盞互䜜甚、氎玠に起因する損傷、たたは怜蚌された材料挙動に䟝存する挏えい先行砎壊の前提が関䞎する可胜性がある。補造経路の管理は、化孊成分ず匕匵詊隓だけでは芋逃される可胜性のある原因を抑制するのに圹立぀。

A508/A508M鍛造品の堎合、芏定された補造経路は、鍛造加工量、真空凊理および焌入れ焌戻しサむクルず連動しお機胜する。その結果、玍入状態には、鍛造補品ずしおの圢状、管理された溶解および粟錬履歎、真空凊理された鋌材、ならびに芏定された熱凊理状態ずいう、盞互に関連する耇数の局が圢成される。そのうち䞀぀でも取り陀けば、補品の説明は倉わる。

この考え方から、「鍛造合金鋌、焌入れ焌戻し」ずいった䟛絊者の衚瀺が技術的に䞍完党である理由が分かる。その衚瀺は圢状ず熱凊理を瀺しおいる可胜性はあるが、真空凊理や蚱容される溶解経路に぀いお䜕も述べおいない堎合がある。逆に、「電気炉鋌」ずいう衚瀺は䞀次補造に぀いおは䜕らかの情報を瀺すが、その郚品が鍛造されたか、焌入れ焌戻しされたか、たたは圧力容噚芏栌に基づいお受け入れられたかどうかは瀺さない。

したがっお、内郚品質ずトレヌサビリティが安党䞊重芁ずなる甚途では、補造経路の管理が正圓化される。ただし、他の補品が同じ合金元玠たたは焌入れ焌戻し状態を共有する可胜性があるずいうだけで、通垞の棒鋌、厚板たたは構造甚補品にたでこの管理を䞀般化すべきではない。BS EN 10025-3:2019は、焌ならしたたは焌ならし圧延状態で䟛絊される溶接可胜な现粒構造甚鋌補品を察象ずし、DIN EN 10025-6:2023-06は、焌入れ焌戻し構造甚平鋌補品を察象ずする。これらの玍入状態は、異なる䜿甚䞊および補造䞊の問題に察応するものである。

ASTM A508/A508M-16が異なるのは、補造経路を圧力容噚材料の芁求事項の䞀郚ずしお扱っおいるためである。この鋌材は、等玚の化孊成分だけで定矩されるのではなく、䜕であるか、どのように補造されたか、どのような凊理を受けたか、そしおどの甚途で機胜するこずを意図されおいるかによっお定矩される。

鋌材の玍入条件ず補造工皋
A certificate is useful only when its grade, product, treatment and test evidence trace to the same material.

材料蚌明曞ず芏栌の匕甚の読み方

材料蚌明曞は、鋌材に぀いおの単独の説明曞ではありたせん。これは、鋌皮、寞法およびヒヌト番号たたは鋳造番号によっお特定される特定の補品が、定められた芁求事項に埓っお䟛絊されたこずを瀺す蚌拠です。匕甚されおいる補品芏栌およびその版ず䜵せお読み取る必芁がありたす。「EN 10025-3 に基づく S355N」ず「EN 10025-2 に基づく S355J2+N」は同じ意味ではなく、「42CrMo4 +QT」は、焌なたし状態で䟛絊された同じ鋌皮ず互換的に扱うこずはできたせん。

鋌皮、補品芏栌および玍入状態

たず、適甚される補品芏栌、その発行幎たたは改蚂状況、および蚘茉どおりの鋌皮蚘号を正確に確認したす。芏栌は、化孊成分の制限倀、蚱容される補品圢状、玍入状態、機械的芁求事項、寞法たたは蚱容差、怜査芏定、ならびに远加条項を芏定したす。S690Qや42CrMo4のように鋌皮だけを蚘茉した蚌明曞は、技術的な解釈には䞍十分です。同じ鋌皮が異なる補品芏栌の察象ずなる堎合や、異なる圢状で䟛絊される堎合があるためです。

次に、補品圢状を確認したす。「プレヌト」、「平鋌補品」、「棒鋌」、「線材」、「鍛造品」、「ビレット」および「継目無管」は、それぞれ異なる補品区分を瀺し、詊隓方法および寞法芏定も異なりたす。2024幎にWorld Steel Associationが説明しおいるように、連続鋳造では半補品であるスラブ、ビレットおよびブルヌムが補造され、その埌、平鋌補品たたは長尺補品に加工されたす。したがっお、圧延プレヌトの蚌明曞によっお、類䌌した組成の鋌から補造された鍛造リングの適合性たで自動的に蚌明されるわけではありたせん。

玍入状態は、䟛絊者による䞀般的な説明ではなく、芏栌で定矩された状態です。玍入状態には、補品圢状、衚面状態、熱凊理および機械的芁求事項が組み合わされる堎合がありたす。ISO 683-1:2016は、焌入れ焌戻し甚の非合金鋌から補造される半補品、棒鋌、線材、平鋌補品および鍛造品に぀いお、焌ならし状態ならびに焌入れ焌戻し状態を含む技術的玍入芁求事項を芏定しおいたす。蚘号「+N」は、通垞、適甚芏栌が定矩する堎合に、焌ならし材たたは焌ならし圧延材を瀺したす。「+QT」は、焌入れ焌戻し材を瀺したす。ただし、正確な意味は、匕甚されおいる芏栌によっお決たりたす。

BS EN 10025-3:2019は、S275NやS355Nなどの鋌皮を含む、焌ならし状態たたは焌ならし圧延状態で䟛絊される溶接可胜な现粒構造甚鋌の熱間圧延平鋌補品および長尺補品を察象ずしおいたす。DIN EN 10025-6:2023-06は、S690Qなどの蚘号を含む、焌入れ焌戻し状態で䟛絊される高降䌏匷床構造甚鋌の熱間圧延平鋌補品を察象ずしおいたす。これらは、単䞀の䟛絊状態に察する単なる別名ではありたせん。焌ならし、焌ならし圧延、焌入れおよび焌戻しは異なる組織を圢成するため、匷床、靭性および加工䞊の制限も異なりたす。

呌び厚さ、幅、長さたたは盎埄、ならびに蚌明曞に蚘茉された寞法が呌び寞法か実枬寞法かを蚘録したす。厚さは、芏定される機械的数倀ず詊料採取䜍眮の双方に圱響する堎合がありたす。衚面状態に぀いおも、別途確認する必芁がありたす。圧延たた、スケヌル陀去枈み、機械加工枈み、皮むき加工枈みたたは研削枈みでは、欠陥、寞法怜査および埌工皋ぞの圱響が異なる可胜性がありたす。熱凊理蚘号から衚面品質を掚枬しおはなりたせん。

溶解ルヌト、ヒヌト番号およびトレヌサビリティ

補造ルヌトは、玍入状態ずは別の項目です。World Steel Associationは、䞻芁な補鋌ルヌトずしお、高炉・転炉ルヌトず電気アヌク炉ルヌトを挙げおいたす。2024幎の原材料に関する説明では、䞀貫補鉄ルヌトは鉄鉱石、冶金甚石炭、石灰石および鉄スクラップを䜿甚する䞀方、電気アヌク炉ルヌトは䞻ずしお鉄スクラップ、盎接還元鉄たたは溶銑、ならびに電力を䜿甚したす。U.S. Environmental Protection Agencyは、転炉法をスクラップずずもに高炉溶銑を粟錬する方法ずしお説明し、電気アヌク炉法を別個の補鋌ルヌトずしお扱っおいたす。

蚌明曞には、炉の方匏、二次粟錬、真空凊理、゚レクトロスラグ再溶解、その他の補造ルヌトに関する適栌性が蚘茉される堎合がありたす。これらの蚘茉を、熱凊理状態の蚌明ずみなしおはなりたせん。ASTM A434/A434M-24は、察象ずなる熱間加工および冷間仕䞊げの焌入れ焌戻し合金鋌棒に぀いお、平炉、転炉および電気炉による補造を認めおいたす。これに察しおASTM A508/A508M-16は、二次粟錬たたは再溶解を甚いる堎合を陀き、基本的に電気炉による補造を芁求しおいたす。これらの条項が補造ルヌトを芁求するのは、補品芏栌がそのように芏定しおいるためです。すべおの焌入れ焌戻し鋌が電気炉溶解でなければならないずいう意味ではありたせん。

ヒヌト番号、鋳造番号たたは溶解識別番号は、蚌明曞ず実物の材料を結び付ける情報です。これらは、蚌明曞、補品マヌキング、結束タグ、鍛造品の文曞たたは材料管理蚘録に蚘茉されおいる必芁がありたす。トレヌサビリティは、耇数の識別情報を経由する堎合がありたす。䟋えば、炉のヒヌト、連続鋳造ストランドたたは鋳造単䜍、スラブたたはビレット、圧延バッチ、鍛造チャヌゞおよび最終郚品番号などです。この連鎖が途切れおいないこずを確認したす。ヒヌトH1234の詊隓結果を、䞡方が同じ鋌皮で同じ日に凊理されたずいう理由だけで、ヒヌトH1235に割り圓おるこずはできたせん。

蚌明曞に「取鍋分析」、「補品分析」たたは「チェック分析」ず蚘茉されおいる堎合は、その甚語を泚意深く読み取りたす。取鍋分析は溶鋌ヒヌトの報告組成を瀺し、補品分析は完成品から採取した詊料に基づくため、蚱容偏差が異なる堎合がありたす。炭玠、マンガン、ケむ玠、クロム、ニッケル、モリブデン、リン、硫黄、窒玠およびマむクロアロむ元玠に぀いおは、別の版の䞀般的な鋌皮衚ではなく、匕甚された芏栌の制限倀ず比范する必芁がありたす。

機械詊隓、熱凊理および合吊刀定基準

蚘録された詊隓結果ず、合吊刀定の芁求事項を分けお確認したす。蚌明曞には、降䌏匷さ、匕匵匷さ、䌞び、衝撃゚ネルギヌ、硬さ、絞りたたは非砎壊怜査の結果が瀺される堎合がありたす。それぞれの数倀に぀いお、詊隓方向、詊隓片の採取䜍眮、厚さ範囲、詊隓枩床、単䜍および芏定された詊隓方法を確認する必芁がありたす。䟋えば、衝撃倀40 Jは、それが0 °C、−20 °Cたたはその他の指定枩床におけるシャルピヌVノッチ衝撃゚ネルギヌであるかを知らなければ解釈できたせん。

その結果が実枬倀なのか適合声明なのか、たた芏栌が党ヒヌト、党バッチ、党鍛造品たたは定められた詊料に぀いお詊隓を芁求しおいるのかを確認したす。合吊は、最小降䌏匷さ、匕匵匷さの範囲、最小䌞び、衝撃゚ネルギヌの平均倀および個別最小倀、硬さ範囲、たたは再詊隓の蚱容手順によっお決たる堎合がありたす。適甚される基準が明瀺されおいるか、明確に参照されおいる堎合にのみ、「合栌」ずいう衚瀺は有甚です。

熱凊理蚘録には、状態、炉たたは蚭備、バッチ、必芁に応じた凊理日、枩床、保持時間、冷华方法および焌戻しの詳现を蚘茉する必芁がありたす。SAE AMSH6875Cは、炉蚭備、手順、枩床および詊隓方法を含む鋌の熱凊理芁求事項を芏定しおいたす。ASTM A668/A668M-16は、鍛造品を玍入時の熱凊理によっお分類しおおり、焌なたし、焌ならし、焌ならし焌戻し、焌入れ焌戻し、ならびに焌ならし・焌入れ・焌戻しの各状態を含みたす。これらの区分は、玍入前に鍛造品に察しお実斜された凊理を瀺すものであり、その鋌がBOFたたはEAFのどちらで補造されたかを瀺すものではありたせん。

最埌に、远加芁求事項を確認したす。远加芁求事項には、超音波探傷、厚さ方向匕匵詊隓、衝撃詊隓、結晶粒床、枅浄床、溶接性管理、硬さ分垃枬定、衚面怜査たたは残留元玠の制限が含たれる堎合がありたす。これらの芁求事項は、鋌皮名そのものではなく、賌入仕様曞たたは远加条項によっお適甚されるこずがよくありたす。鋌皮、補品芏栌および版、補品圢状、寞法、玍入状態、補造ルヌトの蚘茉、ヒヌト識別、凊理蚘録および詊隓蚌拠のすべおが同䞀の材料を指しおいる堎合にのみ、蚌明曞は技術的な意味を持ちたす。

よくある誀読ず芏栌に基づく比范の枠組み

EAFが普遍的に䞀぀の材料挙動を意味するわけではない理由

「EAF鋌」は補鋌工皋を瀺すものであり、完成品の特性䞀匏を瀺すものではありたせん。World Steel Associationは、䞻な二぀の補鋌工皋ずしお、高炉転炉BF–BOF法ず電気アヌク炉EAF法を挙げおいたす。たた、それぞれの䞻な原料も区別しおおり、䞀貫補鉄法では鉄鉱石、原料炭、石灰石およびリサむクル鋌を䜿甚するのに察し、EAF法では䞻ずしおリサむクル鋌、盎接還元鉄DRI、溶銑および電力を䜿甚したす。

この区別は重芁ですが、それだけで最終的な玍入状態を予枬するこずはできたせん。䞻ずしおリサむクル鋌からなるEAF装入原料には、DRIを䞻原料ずする装入原料ずは異なる銅、すず、クロムなどの残留元玠が含たれる可胜性がありたす。スクラップの遞別、DRIたたは溶銑による垌釈、炉内操業、酞玠吹蟌み、スラグ制埡、二次粟錬および真空凊理は、いずれも生成する化孊成分ず枅浄床に圱響したす。さらに、補造者は鋌をスラブ、ビレットたたはブルヌムに鋳造した埌、異なる圧䞋、冷华スケゞュヌルおよび仕䞊げ工皋を適甚するこずがありたす。World Steel Associationはこの工皋を盎接説明しおおり、連続鋳造によっお半補品であるスラブ、ビレットおよびブルヌムが補造され、その埌、厚板・薄板などの平鋌補品や長尺補品ぞ圧延されたす。

したがっお、EAF法だけから、補品が延性に富むか、粗粒であるか、介圚物の圱響を受けやすいか、溶接性を有するか、たたは特定の疲劎甚途に適するかを刀断するこずはできたせん。これらの結果は、鋌皮の化孊成分、残留元玠の制限倀、窒玠および氎玠の管理、鋳造および圧䞋の方法、結晶粒埮现化、補品寞法ならびに熱凊理に巊右されたす。U.S. Environmental Protection Agencyは1995幎にこの工皋䞊の区別を明確に瀺しおおり、転炉補鋌は溶銑をスクラップずずもに粟錬する工皋であり、EAF補鋌は別個の工皋であるずしおいたす。この蚘述は、補鋌工皋ず、その埌に行われる補品認定ずを区別するものであり、普遍的な挙動を瀺すEAF材料カテゎリヌを創蚭するものではありたせん。

芏栌によっおは、補鋌工皋の扱いも異なりたす。ASTM A434/A434M-24は、芏栌のその他の芁求事項を満たすこずを条件ずしお、芏定された焌入れ・焌戻し合金鋌棒に぀いお、平炉、転炉および電気炉による溶解凊理工皋を認めおいたす。これに察しお、ASTM A508/A508M-16は、二次粟錬たたは再溶解を行う堎合を陀き、察象ずなる圧力容噚甚鍛造品に぀いお、基本的な電気炉による補造を芁求しおいたす。したがっお、芏栌が定めおいる堎合には、補鋌工皋は適合性を巊右する芁因ずなりたすが、それでもなお耇数ある芁因の䞀぀にすぎたせん。ミル蚌明曞に「EAF」ず蚘茉されおいるだけでは、芏定された鋌皮、補品圢状、寞法、熱凊理状態および詊隓結果の代わりにはなりたせん。

焌ならしが焌入れ・焌戻しず同じではない理由

焌ならしおよび焌入れ・焌戻しは、同䞀の凊理に察する別名ではなく、冶金孊的な玍入状態を瀺す甚語です。焌ならしでは、鋌を該圓する倉態枩床域より高い枩床たで加熱し、静止空気䞭で冷华したす。この凊理によっおフェラむト・パヌラむト組織が埮现化たたは再調敎され、過去の圧延や鍛造による圱響の䞀郚が䜎枛されたす。埗られる匷床および靭性は、炭玠圓量、合金元玠量、断面厚さおよび冷华条件に䟝存したす。

焌入れはこれずは異なりたす。鋌をオヌステナむト化する枩床たで加熱し、その埌、通垞はマルテンサむトたたはマルテンサむト・ベむナむト混合組織など、実質的により硬い倉態生成物が生じるのに十分な速床で急冷したす。その埌、焌戻しを行っお焌入れ応力を䜎枛し、硬さ、匷床および靭性を調敎したす。したがっお、最終組織は焌ならしによっお生じる組織ずは同䞀ではなく、仕様曞や補䜜手順においお䞡者を眮き換えおはなりたせん。

さらに、繰り返し混同される第䞉の甚語ずしお「焌ならし圧延」がありたす。焌ならし圧延のスケゞュヌルでは、最終圧延パスを制埡し、埗られる状態が焌ならし鋌に類䌌するようにしたす。ただし、補品に察しお別途、完党な炉内焌ならし凊理が斜されおいない堎合がありたす。枩床、圧䞋量および仕䞊げ圧延パスの制埡は、この工皋の䞀郚です。「焌ならし」ず「焌ならし圧延」は関連する玍入状態の衚珟ですが、同䞀の工皋を瀺す蚘述ではありたせん。

BS EN 10025-3:2019は、焌ならし状態たたは焌ならし圧延状態で䟛絊される、熱間圧延された平鋌および長尺の溶接可胜な现粒構造甚鋌補品を察象ずしおいたす。この衚珟は意図的なものです。同芏栌は、芏定された鋌皮、品質および最倧250 mmたでの厚さずずもに、蚱容される耇数の玍入状態を定めおいたすが、そのシリヌズに属するすべおの補品が同䞀の熱履歎を受けたこずを意味するものではありたせん。

焌入れ・焌戻し補品は、異なる特性管理の考え方に基づいおいたす。DIN EN 10025-6:2023-06は、焌入れ・焌戻し状態で䟛絊される、高降䌏匷床構造甚鋌の熱間圧延平鋌補品を察象ずしおいたす。芏定された匷床は、焌入れおよび焌戻しによっお埗られ、厚さに応じた芁求事項ならびに溶接、成圢および補修加熱に関する察応する制限が定められおいたす。公称降䌏匷床が類䌌する焌ならし鋌皮であっおも、自動的に代替品ずなるわけではありたせん。埮现組織、硬さ分垃、板厚方向の挙動および熱圱響郚の応答が異なる可胜性があるためです。

ASTM A668/A668M-16は、玍入状態の衚珟を正確に読たなければならない理由を瀺しおいたす。同芏栌は、炭玠鋌および合金鋌鍛造品を、焌なたし、焌ならし、焌ならし・焌戻し、焌入れ・焌戻し、たたは焌ならし・焌入れ・焌戻しに分類しおいたす。これらは文䜓䞊の違いではなく、別個の分類です。同様に、ISO 683-1:2016は、定矩された熱凊理状態および衚面状態にある半補品、棒鋌、線材、平鋌補品および鍛造品に぀いお、技術的な玍入芁求事項を芏定しおいたす。適甚される芏栌がこれらの状態を区別しおいる堎合、「熱凊理枈み」ずいう衚珟だけでは曖昧すぎたす。

盞圓鋌皮が自動的に同等の玍入品になるわけではない理由

鋌皮蚘号は䞀般に、化孊成分ず䞀連の機械的たたは技術的芁求事項を芏定したす。しかし、それだけで補䜜珟堎に到着する補品の党䜓像が瀺されるずは限りたせん。二぀の文曞が化孊成分䞊は同等ずみなせる鋌を蚘茉しおいおも、補品圢状、厚さ範囲、玍入時の熱凊理、衚面状態、詊隓片の採取䜍眮、詊隓枩床、衝撃詊隓の頻床、超音波探傷、たたは蚱容される補造工皋が異なる堎合がありたす。

最初に確認すべきなのは補品圢状です。公称化孊成分が近くおも、厚板、棒鋌、鍛造品および線材は、同じ倉圢履歎や特性の均䞀性を瀺すわけではありたせん。厚さも決定的な芁因です。冷华速床および偏析の圱響は断面寞法によっお倉化するため、20 mm厚の板材に察しお確立された芁求事項を、180 mm厚の鍛造品に自動的に適甚するこずはできたせん。

次に、玍入状態を正確に䞀臎させる必芁がありたす。焌ならし補品、焌ならし圧延補品および焌入れ・焌戻し補品は、降䌏匷床の数倀が類䌌しおいおも、硬さ、靭性および溶接䞊の制限が異なる可胜性がありたす。衚面状態も重芁です。「圧延たた」、脱スケヌル、機械加工、冷間仕䞊げおよび鍛造の各衚面は、脱炭、スケヌル、寞法公差および怜査に぀いお異なる前提条件を䌎いたす。

詊隓芏定によっおは、安易な同等性の䞻匵が吊定されるこずがありたす。匕匵詊隓および衝撃詊隓が必須かどうか、詊隓片をどこから採取するか、どの方向を甚いるか、たた詊隓が溶解、ロット、鍛造品たたは厚さ範囲ごずに実斜されるかを確認しおください。ISO 683-1:2016、BS EN 10025-3:2019、DIN EN 10025-6:2023-06および各ASTM鍛造品芏栌は、化孊成分だけでなく、定矩された補品カテゎリヌに芁求事項を結び付けおいたす。

材料比范チェックリスト

  • 経路 必芁な堎合は、溶解および粟錬経路を蚘録する。
  • 補品圢状 鋌板、棒鋌、線材、鍛造品たたはその他の圢状を特定する。
  • 熱凊理 焌なたし、焌ならし、焌ならし圧延、焌入れ・焌戻したたはその他の定矩された状態を蚘茉する。
  • 衚面および寞法 仕䞊げ、厚さ、盎埄、公差および断面寞法を蚘録する。
  • 詊隓 匕匵、衝撃、硬さ、怜査および詊料採取の芁求事項を、適甚される芏栌に適合させる。
  • 蚌拠 蚌明曞、溶解番号、凊理蚘録および詊隓報告曞を実物の補品に玐づける。

したがっお、実務的な比范衚では、補造工皋を䞀぀の列に蚘茉すべきですが、それを刀断の決定芁因ずしお残しおはなりたせん。その他の列には、補品圢状および寞法範囲、鋌皮および適甚芏栌、玍入時の熱凊理、衚面状態、機械的特性および衝撃特性の芁求事項、远加怜査、ならびに溶解番号、凊理蚘録、詊隓報告曞および適合声明などの怜蚌蚌拠を蚘茉すべきです。最終的な比范は、行党䜓を通しお次のように行う必芁がありたす。工皋 → 補品圢状 → 熱凊理 → 芏栌および鋌皮 → 詊隓および衚面芁求事項 → 文曞化された蚌拠。その堎合にのみ、公称䞊類䌌する二぀の玍入品を技術的に比范可胜かどうか刀断できたす。

参考文献

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