熱間圧延と冷間圧延の皮膜: 違いは何ですか

鋼の多様性と独特の特性により、鋼は自動車、電気製品、航空宇宙などの産業において重要な素材となっています。業界で広く使用されている 2 種類の鋼である熱間圧延鋼と冷間圧延鋼は、製造プロセス中の温度条件が大きく異なります。熱間圧延鋼は高温で加工され、冷間圧延鋼は低温で加工されます。

どの種類の鋼を使用するかを決定するときは、まずこれら 2 種類の鋼の明確な特性を理解することが重要です。以下では、熱延鋼板と冷延鋼板の違い、利点、限界、用途について詳しく説明します。

熱間圧延鋼とは

熱間圧延は、合金の再結晶温度（通常は 1700°F 以上）を超える条件下で行われる鋼の加工方法です。材料を加熱して軟化させた後、板状にプレスしたり、圧延により鋼塊の断面形状を変化させたりする工程です。ただし、この変形によって材料の物理的特性は変化しません。単に形が変わるだけです。

本質的に、熱間圧延は、高温に加熱された鋼スラブにいくつかの圧延段階を経た後、エッジトリミング、矯正、その他の処理を経て、最終的に鋼板が得られるプロセスです。熱間圧延の最終温度は通常800～960℃で、金属材料の焼きならし処理に相当します。

熱間圧延は鋼加工で最も一般的な方法であり、鋼の大部分は熱間圧延によって製造されます。熱間圧延された状態で納品される金属材料は、表面が酸化スケールで覆われているため、ある程度の耐食性があり、屋外での保管が可能です。

熱間圧延鋼材の性質

通常、熱間圧延鋼は次の特性によって識別できます。

1. 鱗状の表面 – 極端な温度での冷却による残留物。
2. バーやシート製品のエッジや角はわずかに丸くなっています（収縮と不正確な仕上げのため）。
3. わずかな歪み – 冷却すると、角度が完全な正方形ではなくわずかに台形になる場合があります。

熱間圧延鋼の利点は何ですか?

熱間圧延鋼の製造プロセスは、必要な処理ステップが少ないため、通常、冷間圧延鋼の製造プロセスよりも効率的です。この効率的な製造方法により、熱間圧延鋼材のコストが比較的低くなり、価格面で大きなメリットがあります。

熱間圧延鋼は室温で冷却されるため、焼き入れや加工硬化中に内部応力が発生することなく、比較的均一な微細構造が維持されます。この応力のない状態により、熱間圧延鋼はより安定し、その後の加工や使用中に変形や亀裂が発生しにくくなります。

熱間圧延鋼は成形速度が速く、歩留まりが高く、さまざまな使用条件に適応するさまざまな断面形状に成形できます。この柔軟性により、熱延鋼板は建築構造物、橋梁、機械製造などの分野で広く使用されています。

熱延鋼板の表面平滑性は冷延鋼板ほどではありませんが、表面の酸化皮膜（スケール）は研削加工、サンドブラスト加工、酸浴酸洗により容易に除去できます。スケーリングを除去した後、熱間圧延鋼の表面をさらに処理して、望ましい装飾効果を得ることができます。さらに、スチールのスケール除去により、塗装やその他の表面コーティングの下地がより良くなり、コーティングがより均一で耐久性が高くなります。

熱間圧延鋼の欠点

ただし、熱間圧延鋼にはいくつかの欠点もあります。たとえば、熱間圧延プロセス中に、鋼内部の非金属介在物（硫化物や酸化物など）が薄いシートにプレスされ、層間剥離を引き起こす可能性があります。この積層現象により、鋼の厚さ方向の引張性能が著しく低下し、溶接時に層間断裂を引き起こす可能性があります。

また、熱間圧延製品は板厚寸法の制御が難しく、製品のばらつきが生じる場合があります。さらに、熱間圧延製品の表面は比較的粗く、Ra 値は一般に 0.5 ～ 1.5 μm の範囲にあり、高い表面平滑性が必要な用途での使用に影響を与える可能性があります。

冷間圧延鋼板とは何ですか?

冷間圧延は、熱間圧延、スケール除去、脱酸プロセスを経た後、合金の再結晶温度よりも低い温度で材料をさらに圧延するプロセスです。冷間圧延鋼は酸洗の効果により、より高い精度と表面品質を発揮します。手で触ると、冷間圧延鋼の表面は比較的滑らかに感じられます。

より具体的には、冷間圧延は、熱間圧延されたコイルまたはシートに基づいて実行されるプロセスであり、通常、熱間圧延、酸洗、その後冷間圧延の順序が含まれます。

冷間圧延鋼は焼きなましを受けていないため、硬度が非常に高くなります（HRB 90 以上）。この高い硬度により、機械加工性が比較的低くなり、通常は 90 度未満 (コイル巻きの方向に垂直) の単純な方向の曲げ操作に限定されます。

冷間圧延鋼の特性

冷間圧延鋼は通常、次の特性によって識別できます。

1. 改善され、より正確に加工された表面と、公差が小さくなりました。
2. 表面は滑らかで、触るとベタつくことがよくあります。
3. 通常、長方形のバーには明確な鋭いエッジがあります。
4. パイプの同心性と真直度が向上します。

冷間圧延鋼の利点は何ですか?

熱間圧延鋼と比較して、冷間圧延鋼は通常 0.1 mm までの薄い厚さを達成でき、高精度公差の要件を満たします。

冷間圧延鋼は通常、標準の熱間圧延鋼よりも硬く、堅牢です。金属は低温で形成されるため、加工硬化により鋼の硬度、引張強さ、変形に対する抵抗力が増加します。

冷間圧延鋼の欠点

冷間圧延鋼片は通常、開いた断面を持っているため、ねじり剛性が低くなります。そのため、曲げ時にはねじれが発生しやすく、圧縮時には局所的な座屈が発生しやすくなり、ねじり性能が低下します。

さらに、冷間圧延鋼板の肉厚が薄いことと、プレート接続部の角に厚みがないこととが組み合わされて、局所的な集中荷重に耐える能力が弱くなっています。

熱間圧延鋼と冷間圧延鋼: 主な違い 

冷間圧延と熱間圧延の主な違いは、圧延プロセスの温度にあります。 「冷たい」は室温を指し、「熱い」は高い温度を指します。

冶金学的観点から、冷間圧延と熱間圧延の区別は再結晶温度に基づく必要があります。つまり、再結晶温度以下での圧延は冷間圧延ですが、 圧延 再結晶温度を超えると熱間圧延になります。鋼の再結晶温度は通常 450°C ～ 600°C の範囲です。

強度と硬度

強度と硬度によって、さまざまな用途に対する鋼の適合性が決まります。熱延鋼板と冷延鋼板の強度や硬さの違いは、主に加工方法に起因します。

熱間圧延鋼は高温で加工されるため、加工中に塑性変形が起こります。ただし、この処理方法では、多くの場合、比較的粗い結晶粒構造が生成され、微細構造が不均一になる可能性があります。したがって、熱間圧延鋼は良好な靭性と延性を示しますが、一般に強度と硬度は低くなります。

対照的に、冷間圧延鋼は室温または再結晶温度以下で加工されます。加工温度が低いため、冷間圧延鋼は加工中に連続的な冷間変形を受け、その結果、結晶粒が微細化され、より均一な微細構造が得られます。この処理方法により、冷間圧延鋼の強度と硬度が大幅に向上し、より高い引張強度と降伏強度が得られます。

生産工程

熱間圧延鋼は高温の圧延機で圧延されます。高温では鋼の可塑性が高まり、希望の形状に成形しやすくなります。

一方、冷間圧延鋼は室温で圧延されます。冷間圧延鋼は低温で圧延されるため、より高い精度と表面品質を示します。ただし、冷間圧延中に鋼の塑性が低下するため、冷却して冷間圧延する前に最初の熱間圧延処理が必要になることがよくあります。

表面仕上げと外観

熱間圧延鋼は高温で圧延されるため、表面が比較的粗くなり、スケールが形成されることがあります。これは、熱間圧延工程中に鋼の表面が空気中の酸素と直接接触し、鉄原子と酸素原子が反応してスケールと呼ばれる酸化層が形成されるためです。このスケールは鋼の外観に影響を与えるだけでなく、その後の加工や性能にも影響を与える可能性があります。

対照的に、冷間圧延鋼は室温で圧延されます。処理温度が低いため、表面品質が向上し、より滑らかでより磨かれたように見えます。冷間圧延プロセス中に、鋼は一連のローラーによって圧縮および成形され、その結果、より均一な鋼が得られます。 表面仕上げ。この滑らかな表面により、冷間圧延鋼は家電や自動車などの美観が重要な用途により適しています。

公差と寸法精度

熱延鋼板は比較的単純な製造プロセスであるため、圧延中にある程度の熱膨張と変形が生じます。したがって、熱間圧延鋼は通常、公差が大きくコストが低いため、高い寸法精度が要求されない用途に適しています。

対照的に、冷間圧延鋼は、より高い寸法精度とより厳しい公差を備えているため、精度と緊密な嵌合が必要な用途に適しています。これは、冷間圧延プロセス中に鋼が複数の圧延と延伸の段階を経て、表面仕上げと寸法精度が向上するためです。

価格差

熱間圧延鋼の製造プロセスは比較的単純で、通常はさらなる加工や熱処理を必要としないため、コストが低くなります。対照的に、冷間圧延鋼の製造には、室温での圧延、冷間引抜き、 回転、研削、および 研磨。これらの追加の処理ステップにより製造コストが増加し、冷間圧延鋼材が一般に高価になります。

アプリケーション産業

熱間圧延鋼材は、その優れた可塑性と靭性により、建設、農業機械、鉄道設備、石油化学産業などの分野で幅広く使用されています。特に建設・鉄道設備では、レールや鉄道部品などの部品に熱間圧延鋼板が広く使用されています。

冷間圧延鋼材は、高い強度と優れた表面品質が評価され、主に自動車ボディ、家電筐体、精密機器など、高い精度と表面要求が要求される製品の製造に使用されます。さらに、冷間圧延鋼は鋼管、プレート、ストリップなどの製造に広く使用されています。

機械的性質

熱間圧延プロセス中に発生する高温と塑性変形により、熱間圧延鋼は比較的緩やかな内部構造と組織を示します。その結果、熱間圧延鋼は強度と硬度が低くなりますが、伸びと靭性は高くなります。これにより、熱間圧延鋼は、より高い延性と靭性が必要な用途により適したものになります。

低温で圧延された冷間圧延鋼は、より緻密な内部構造と組織を特徴としています。その結果、強度と硬度は高くなりますが、伸びと靭性は低くなります。これにより、冷間圧延鋼は、自動車製造や機械工学など、より高い強度と剛性が必要な用途により適しています。

熱間圧延鋼板と冷間圧延鋼板のどちらを選択すればよいですか?

熱間圧延鋼と冷間圧延鋼のどちらを選択するかは、特定の用途と要件によって異なります。考慮すべき要素は次のとおりです。

予算に関する考慮事項

予算が限られているプロジェクトの場合、熱間圧延鋼材は通常、価格が低いため、より費用対効果の高い選択肢となる可能性があります。ただし、高精度および高品質の表面仕上げが必要なプロジェクトの場合、コストは高くなりますが、冷間圧延鋼板の性能向上により投資が正当化される可能性があります。

鋼材のコストを評価するときは、輸送コスト、加工費、潜在的な二次作業 (塗装や機械加工など) などの他の要素を考慮することを忘れないでください。これらの追加費用は、プロジェクトの総コストに大きな影響を与える可能性があります。

資材要件

必要な材料はプロジェクトによって異なります。用途によっては、耐食性、強度、柔軟性などの特定の特性を備えた鋼が必要な場合があります。鋼材を選択するときは、プロジェクトの使用目的と環境条件を考慮して、選択した鋼材が性能要件を満たしていることを確認することが重要です。

さらに、鋼のサイズと公差を考慮してください。熱間圧延鋼と冷間圧延鋼は、製造中にさまざまなサイズの変動と公差の制御を受けます。プロジェクトの要件に応じて、最適なサイズ精度と公差管理を提供できる鋼の種類を選択します。

プロジェクトのタイムライン

熱間圧延鋼材は、広く入手可能で供給速度が速いため、通常、迅速な完了が必要なプロジェクトに適しています。冷間圧延鋼は、サイズ精度と表面品質を向上させるために追加の処理ステップが必要なため、より長い製造サイクルが必要になる場合があります。

冷間圧延鋼は強度と硬度が高いため、希望の形状やサイズを実現するには、より多くの機械加工時間と労力が必要になる場合があります。これにより、プロジェクト全体のスケジュールがさらに延長される可能性があります。

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まとめ

この記事は、読者が熱延鋼板と冷延鋼板の基本的な特性、長所、短所などの違いをより深く理解し、さまざまな用途への適合性を判断できるようにすることを目的としています。各種類の鋼には独自の物理的および機械的特性があり、特定の用途で優れた特性を発揮します。

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