圧延鋼板の用途・種類・特徴 SPHC(熱間圧延鋼板) 、SPCC(冷間圧延鋼板)

圧延鋼板とは一体どのような材料なのでしょうか?この記事では圧延鋼板の特徴や、圧延鋼板として一般的なSPHC(熱間圧延鋼板)とSPCC(冷間圧延鋼板)について解説します。

圧延鋼板の用途・種類・特徴 SPHC(熱間圧延鋼板) SPCC(冷間圧延鋼板)

圧延鋼板とは。一般用途用の鉄系板材

特定の種類について説明する前に、まずは圧延鋼板の全体的な定義や特徴について解説します。

圧延鋼板の特徴

圧延鋼板とは、名前のとおり「圧延」によってつくられた「鋼」の「板」です。比較的安価で、曲げ加工に適しているのが特徴です。板状の材料であるため、プレスや板金加工に適しており、機械の強度を担わない外装やカバーなどに多く使われます。

圧延(rolling)とは、金属の塑性加工のひとつで、回転する2本以上のロールで材料を押しつぶしつつ引き延ばす加工です。うどんや蕎麦の生地を麺棒でのばして平らにするイメージに似ています。ロールの間隔を変えて板厚を変更したり、複数のロールを立体的に配置して、たとえばレールのような独特の断面を作ったりできます。スラブとよばれる鋼片をロールで連続的に加工するため、同じ断面形状を持つ、連続した部材を高速で加工できるのが特徴です。圧延では、板材だけでなく条鋼ともよばれる棒材や鋼管のほか、H形やL形の断面をもつ形鋼が作られています。製品そのものを作るというよりは、加工に使われる材料を作るために使われるケースが多い加工法です。

圧延は加工する温度によって大きく2つに分けられます。熱間圧延と冷間圧延です。

熱間圧延とは、再結晶温度よりも高い温度で加工する方法です。圧延鋼材のような鉄系材料の場合、900℃~1200℃で加工するのが一般的です。熱間圧延のメリットには次のようなものがあります。

  • 金属材料を高温にするため、比較的小さい力で圧延できる
  • 高温下で材料をつぶすため、結晶構造が強固になり、粘り強い材料が得られる
  • 再結晶温度よりも高い温度で加工するため加工硬化を起こさない

一方デメリットには次のような点が挙げられます。

  • 材料を加熱するのにコストやエネルギーがかかる
  • 高温になるため、空気中の酸素と結合し、表面に酸化皮膜を生じる
  • 熱膨張と収縮を経るため、寸法精度がやや落ちる

冷間圧延とは、室温や常温の環境下で金属を圧延加工する方法です。常温での加工とはいえ、加工時に発生する熱による温度の上昇はあるため、加工される金属も常温であるという意味ではありません。600℃以下が目安になっています。冷間圧延には次のようなメリットがあります。

  • 加熱のための設備を必要としない
  • 滑らかで光沢のある表面を得られる
  • 熱間圧延に比べて寸法精度が高い

一方、冷間圧延のデメリットは次のようなものがあります。

  • 常温下での加工のため、加工のために大きな力が必要
  • 加工硬化が発生する場合もあり、その場合には焼きなましなどの熱処理が必要

これらをまとめると次のようになります。

熱間圧延 冷間圧延
加工温度 900℃~1200℃ 常温
加工性
寸法精度
表面 酸化皮膜 滑らか
加工後熱処理 不要

また、熱間圧延と冷間圧延の中間をとった温間圧延という方法もあります。およそ600℃~900℃という中間領域で行う圧延で、両方の欠点をカバーする方法です。しかしあまり数多くは行われていません。

圧延鋼板は、圧延の中でも鋼を圧延して板状に加工されたものをいいます。圧延鋼板は圧延の温度により2種類に大別され、熱間圧延を行ったものは熱間圧延鋼板(SPHC)と冷間圧延を行ったものは冷間圧延鋼板(SPCC)と呼ばれています。

熱間圧延された鋼板。SPHCとは?

熱間圧延で加工されたSPHCとはどのような性質をもった材料なのでしょうか? ここではSPHCの特徴や用途について解説していきます。

特徴

SPHC(steel plate hot commercial)は熱間圧延鋼板とよばれます。省略してHOT(ホット)とよばれるケースもあります。名前の通り、熱間圧延によって作られた鋼板です。圧延鋼板の汎用材であるため比較的安価で、曲げ加工に適しているのが特徴です。機械構造用ではなく一般用に分類されている材料のため、構造用鋼であるSS400などに比べて強度は低くなります。また熱間圧延をした際に生じた酸化皮膜(スケール)は「黒皮」とよばれ、鋼板の表面を覆っています。黒皮はSPHCを腐食やキズから守ってくれますが、塗装やメッキほどの信頼性はもちません。

SPHCの断面

用途

SPHCは機械構造用ではなく一般用に分類されています。そのため構造体の強度を担うような場所にはあまり使われません。強度保証のない素材であるため、安全性や信頼性に関わる部位での使用は避けたほうがいいでしょう。一方で、曲げ加工のしやすさなどから、車のボディや電気機器の筐体などに広く使われています。比較的安価な材料であるため、外装やカバーなど、大きなパーツを作るのに適しています。

SPHCのメリットデメリット

SPHCにはどのようなメリットやデメリットがあるのでしょうか?

メリット

  • 安価で入手しやすい
  • 加工性がよく、特に曲げ加工に向いている

広く流通している汎用素材であるため、入手しやすいのが特徴です。同じ圧延鋼板の仲間である冷間圧延鋼板と比較しても安価です。柔らかい素材で加工にも適しており、特に板金加工やプレス加工などの曲げ加工に向いているのが特徴です。あまり強度を必要としない、電気機器の筐体などに向いている素材です。

デメリット

  • SS400などに比べ引っ張り強度が低い
  • 黒皮でおおわれているため、見た目があまりよくない

材料の引っ張り強度はあまり高くありません。そのため、構造用鋼ではなく、一般用に分類されています。強度を必要とする機械や構造物の強度部材にはあまり向かないでしょう。また熱間圧延した際に発生したスケール(黒皮)におおわれているため、黒っぽい見た目をしています。特殊なコーティングのされていない鉄のフライパンなどの色合いのイメージです。あまり美しい見た目ではないため、外装に使う際には塗装したり、他の材料を使用したりします。

SPHCによく使われる加工、表面処理

SPHCにはどのような加工が行われるのでしょうか?代表的なものを紹介します。

曲げ加工

柔らかい板状の素材のため、曲げ加工に向いています。切削などの除去加工も可能ですが、板金加工でのレーザーカットやプレスカットのほうが多いでしょう。

表面処理

SPHCは基本的に塗装などの表面処理を行ってから使用されます。スケールに覆われた状態では塗装性があまりよくないため、スケールを除去してから塗装されるのが一般的な処理です。スケールを除去する方法はさまざまですが、酸洗(さんせん)処理という、酸を使用した方法がよく知られています。SPHCのなかでも酸洗処理が済んだ素材をSPHC-Pと表記します。

冷間圧延された鋼板。SPCCとは?

冷間圧延で加工されたSPCCとはどのような性質をもった材料なのでしょうか? ここではSPCCの特徴や用途について解説していきます。

特徴

SPCC(Steel Plate Cold Commercial)は冷間圧延鋼板のことです。圧延材やコールド材とよばれたりミガキ材とよばれたりもします。SPHC(熱間圧延鋼板)を酸洗し、冷間圧延して作ります。滑らかで光沢のある表面をしており、まさに「鉄の板」のイメージにふさわしい外見をしています。SPHCをさらに圧延して作るため、基本的にSPHCよりも薄い材料になります。また他の素材に比べれば比較的安価ではあるものの、SPHCに比べるとコストも上がります。やわらかく成形性や加工性に富み、絞りなどの加工にも適した素材です。表面の皮膜がないため錆びやすく、油が塗布された状態で流通しています。加工後はめっきや塗装などの表面加工が欠かせません。

SPCCの断面

用途

SPCCの引張り強さはSPHCと差はありません。しかしSPHCよりも薄い素材が多いため、構造用部材には向かない素材です。ワッシャーのような薄い部品の材料のほか、自動車のボディ、建材などに多く使われています。鉄製の薄いカバーのイメージが強いかもしれません。

SPCCのメリットデメリット

SPCCにはどのようなメリットやデメリットがあるのでしょうか?

メリット

  • 表面が美しい
  • 加工性に富み成形しやすい
  • 材料の精度が高い
  • 比較的安価で入手しやすい

SPCCはSPHCよりも伸びがよく、高い加工性をもっています。またSPHCに比べるとコストは上がるものの、ステンレスなどの鋼板と比較すると、安価で入手しやすい素材です。

デメリット

  • 酸化しやすく、表面処理が必要

SPCCは非常に酸化しやすい素材です。長期の保管にはもちろん向きませんし、取り扱いにも注意が必要です。入荷したらすぐに加工し、塗装やめっきなどの表面処理を行わなければいけません。

SPCCでよく使われる加工、表面処理

SPCCにはどのような加工が行われるのでしょうか?代表的なものを紹介します。

曲げ加工、絞り加工

薄くてやわらかい板状の素材ですので、曲げや絞りなどの加工に向いています。加工性がいいため、さまざまな加工ができる素材でもあります。

表面処理

SPCCは基本的に表面処理が必要な素材です。素材のままでは非常に錆びやすいため、塗装やメッキなどの防錆処理を施して使用します。滑らかな表面をもっているため、加飾性もよく、塗装やメッキなどにより非常に美しい外観を得られます。

SPHCとSPCCの機械的性質

ここからは、これまでに解説してきたSPHCとSPCCのスペックをまとめます。

機械的性質

SPHCとSPCCの機械的性質は下記の表のようになります。どちらも引張り強さについては変わりありません。

材料 引張強さ
(N/mm2)
伸び(%)
板厚
1.2mm以上
1.6mm未満
板厚
1.6mm以上
2.0mm未満
板厚
2.0mm以上
2.5mm未満
板厚
2.5mm以上
3.2mm未満
板厚
3.2mm以上
4.0mm未満
板厚
4.0mm以上
SPHC 270以上 27以上 29以上 29以上 29以上 31以上 31以上
材料 引張強さ
(N/mm2)
伸び(%)
板厚
0.25mm以上
0.30mm未満
板厚
0.30mm以上
0.40mm未満
板厚
0.40mm以上
0.60mm未満
板厚
0.60mm以上
1.0mm未満
板厚
1.0mm以上
1.6mm未満
板厚
1.6mm以上
2.5mm未満
板厚
2.5mm以上
SPCC 270以上 28以上 31以上 34以上 36以上 37以上 38以上 39以上

物理的性質

SPCCの物理的性質は下記の表のようになります。SPHCの物理的性質については、データがありません。

密度 ヤング率 熱膨張係数 熱伝導率 電気抵抗
g/cm3 N/mm2 (0~100℃)10-6/K W/(m・K) μΩ・㎝
7.87 206,000 11.7 73.3 13

SPHCとSPCCの標準寸法

SPHCとSPCCの標準寸法は下記の表のようになります。

種類 材料記号 形状 単位 標準寸法
冷間圧延鋼
鋼板
SPCC 鋼板 t 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 1, 1.2, 1.6, 2, 2.3, 3.2
熱間圧延鋼
鋼板
SPHC 鋼板 t (1.2), 1.6, 2.3, 2.6, 3.2, 4.5

※標準寸法は参考値です。入手しやすい材料寸法とは異なりますのでご注意ください。

まとめ

SPHCやSPCCは一般用の鉄系の板材として非常によく使われる材料です。大まかな使い分けとしては、価格を抑えたい場合にはSPHCを選び、薄く、精度が高いものを作りたいときにはSPCCを選ぶイメージになります。材料の基本的な性質を学び、設計に活用しましょう。

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