これは、「厚さ効果」または「サイズ効果」として知られるエンジニアリング上の重要な考慮事項です。 Q355B 鋼の機械的特性は、厚さが増すにつれて、特に降伏強さ、引張強さ、衝撃靱性の点で低下します。これは、GB/T 1591-2018 などの規格で明示的に説明されています。
プロパティが変更される方法と理由、および主要なデータの詳細な内訳は次のとおりです。
1. 厚さによる重要な特性の変化
a) 降伏強さ (ReH) および引張強さ (Rm) – 強度の低下
プレート/厚さが増加すると、保証される最小降伏点と引張強さは減少します。これは最も重要な設計要素です。
Q355B の GB/T 1591-2018 の標準値:
| 製品厚さ(t)または直径(mm) | 降伏強さ (ReH) 最小 (MPa) | 引張強さ(Rm)(MPa) |
|---|---|---|
| t 16以下 | 355 | 470 - 630 |
| 16 < t 40 以下 | 345 | 470 - 630 |
| 40 < t 63 以下 | 335 | 470 - 630 |
| 63 < t 80以下 | 325 | 470 - 630 |
| 80 < t 100 以下 | 315 | 470 - 630 |
| 100 < t 150 以下 | 305 | 450 - 600 |
| 150 < t 250 以下 | 285 | 450 - 600 |
| t > 250 | 265 | 440 - 590 |
例：厚さ 20mm のプレートの最小降伏量は 345 MPa ですが、厚さ 100mm のプレートでは 315 MPa しかありません。-これは約 11% の削減に相当します。設計者は、特定の厚さに対して正しい値を使用する必要があります。
b) 衝撃靱性 – 靱性の低下
+20 度で保証されたシャルピー衝撃エネルギー (Q355B の場合は 34 J 以上) は、標準の 10x10mm 試験片に適用されます。厚いプレートの場合:
-厚さの不均一性による:厚いプレートの中心部は圧延中に冷却が遅くなり、粒子の細かい表面に比べて粒子構造が粗くなり、靭性が低くなります。-
標本の場所:衝撃試験片が厚さ 1/4 またはコアの位置 (一部の仕様による厚板の場合に必要) から採取された場合、測定値は次のようになります。より低い表面の場所からのものよりも。
実際的な意味:重要な用途（耐震、海洋など）の場合、適切な厚さ方向の靭性を保証するには、Q355B の厚板を Q355C/D/E にアップグレードする必要がある場合があります。-
c) 延性 - わずかに低下
伸び(A%) also has a slight thickness dependency in the standard, with minimum requirements decreasing modestly for thicker sections (e.g., from ≥21% for t≤40mm to ≥19% for t>63mm）。
d) 貫通厚さ特性（Z-方向） – 大幅に減少
ラミネートのリスク:プレートが厚いと、凝固中に厚さの中央に不純物（S、P）が偏析しやすくなります。{0}}
Z-方向の引張強さ:設計で厚さ方向の強度が必要な場合（溶接接合部でのラメラの破れに耐えるため）、標準の Q355B では不十分な可能性があります。{0}Z15、Z25、または Z35 高品質鋼(GB/T 5313 による) 厚さ方向の面積の減少が保証されているものは、厚く拘束力の高い溶接接続に指定する必要があります。
2. 厚さ効果の根本原因
製造プロセス (圧延および冷却):
表面焼入れ効果:プレートが薄いほど、最終圧延パス後の冷却が速くなり、その結果、表面のフェライト-パーライトの微細構造がより強くなり、より強靱になります。
炉心の冷却が遅くなる:厚いプレートの中心部は冷却が非常に遅いため、粒子が大きく成長し、その結果、微細構造が粗くなり、弱くなります。
ローリング低減の低減：厚いスラブの中心部は、表面層に比べて圧延中に機械的変形（縮小）が少なく、これも結晶粒の粗大化に寄与します。
統計的および冶金学的要因:
欠陥の確率:厚いセクションには材料の体積が多くなり、材料を弱める可能性のある介在物、微小な空隙、または化学的偏析が含まれる可能性が高くなります。{0}}
残留応力:厚いプレートの不均一な冷却によって残留応力が高くなると、測定された降伏強度が実質的に低下する可能性があります。
3. 設計と製造に対する重要な影響
| 活動 | 厚さ効果の意味 |
|---|---|
| 構造設計 | 設計強度（fy）は、実際の部材の厚さに基づいて選択する必要があります。厚さ 50 mm のビームに「t 16 mm 以下」値 (355 MPa) を使用することは保守的ではなく、安全ではありません。-必ず GB/T 1591 の厚さ{6}}特性表を参照してください。 |
| 資材調達 | 発注書では、グレード (Q355B) と厚さの範囲 (例: 40 < t 63 mm 以下) の両方を指定して、工場が正しい強度保証を満たす鋼を確実に供給できるようにします。 |
| 厚板の溶接 | 厚い Q355B セクションの HAZ での過度の硬化と亀裂を防ぐには、予熱と制御された入熱が必須になります。非常に厚い溶接の場合は、バタリングまたは移行ジョイントの使用を検討してください。 |
| クリティカルなアプリケーション | 地震モーメントフレームまたはオフショアノードの厚いプレートの場合は、アップグレードを検討してください。 ・靭性向上のためQ355C/D/Eに。 • Q355GJ (高性能鋼) により、板厚全体にわたってより安定した強度が得られます。 • Z- 方向のプロパティを指定して、ラメラの引き裂きを防止します。 |
まとめ
Q355B 鋼の機械的特性は一定ではありません。それらは製品の厚さの関数です。厚みが増すと:
降伏点と引張強度が低下します（標準表による）。
衝撃靱性、特に中心部での靱性が低下します。
内部欠陥（積層）のリスクが増加します。
したがって、エンジニアは Q355B に対して単一の「ハンドブック値」を決して使用してはなりません。材料規格（GB/T 1591-2018、表 2）に基づく厚さ-の特定の最小値は、設計および構造に対する法的拘束力のある値です。重要な厚肉断面の用途では、多くの場合、靭性と厚さ方向の特性に関する補足要件が必要になります。