ASTM A27鋼：鋳造用グレード選定の完全ガイド

化学成分と溶接後熱処理が及ぼす影響を理解する

鋳造品を鋳造所に発注する前に、正しい材質規格を特定することが不可欠です。これにより、求められる性能と耐久性を備えた鋳造品が得られます。鋳造所への発注は通常、ASTM規格に基づいて行われます。ASTM規格は、機械的特性、化学分析、用途に基づいて鋼材やその他の材料を分類するシステムです。ASTM International（旧称：米国材料試験協会）は、世界的に認知されている標準化団体です。

ASTM A27とは

求められる機械的・化学的特性に応じて、鋼（Fe）には炭素（C）以外にさまざまな合金元素が含まれます。ASTM A27は、一般用途の炭素鋼鋳造品向けに策定された規格です。軟鋼または普通炭素鋼とも呼ばれ、コストと強度のバランスが良く、幅広い用途で採用されています。

ASTM A27には、設計の化学的・強度要件に応じて指定できる複数のグレードと2つのクラスが定められています。また、特別な検査や設計要件が必要な場合の追加要件も規定されています。ASTM A27の対象は、最小引張強さ70 ksi（485 MPa）までの炭素鋼鋳造品です。

ASTM A27には複数の鋼グレードと2つのクラスが含まれます。各グレードは化学成分と、機械的特性を変化させるために必要な熱処理の種類によって異なります。

化学分析と引張試験を超える試験が必要な場合、補足試験を仕様に追加できます。補足試験では、追加試験の選択肢から実施項目を指定します。

補足試験の種類

表面検査	内部健全性試験	強度試験
表面テクスチャや変形を観察し、鋳造割れや不連続を検査	内部ボイドを検査し、割れ、収縮空、その他の欠陥がないか確認	温度依存性の延性・脆性転移を検証
例：磁粉探傷試験	例：放射線透過試験	例：シャルピー衝撃試験

熱処理の効果

熱処理は、金属の物理的特性を変更、修復、改善するために用いられます。鋳造所では熱処理炉を用いて加熱と冷却を行い、多くの場合極端な温度まで昇温します。これにより鋳造品の応力を除去し、物理的特性を均質化し、金属の特性を変更します。熱処理には、完全焼鈍、正規化、焼き戻し、または焼入れと焼き戻しが含まれます。熱処理は鋳造品が完全に冷却された後に実施すべきです。

鋼グレードとクラスを検討する際、熱処理は重要な役割を果たします。グレードN-1とU-60-30を除くすべての鋳造品は熱処理が必須です。鋼クラスは、鋳造品が溶接後熱処理を必要とするかどうかに大きく依存します。

鋼グレードの選定

グレード選定では、実際の要件を満たすものを選び、想定外の条件までカバーしようとするグレードは避けるべきです。上位グレードや追加試験は通常コスト増を招きます。不必要な試験や受入基準を設けると、鋳造品の実用性を高めずにコストだけが増大します。試験の程度と受入基準は、設計と使用要件に従うべきです。

鋼グレード一覧

グレード	要件
グレード N-1	化学分析のみ
グレード N-2	熱処理済みだが機械試験なし
グレード U-60-30	機械試験済みだが熱処理なし
グレード 60-30、65-35、70-36、70-40	熱処理済みだが機械試験なし

鋼クラスの選定

鋼グレードを決めたら、次に鋼クラスを選びます。熱処理の必要性によって2つのクラスに分かれます。

• クラス 1：溶接後熱処理が必要
  溶接を行った場合、鋳造所は熱処理または再熱処理を実施しなければなりません。
• クラス 2：溶接後熱処理が不要
  ごく小さな装飾溶接など、熱処理や再熱処理を必要としない溶接が可能です。

溶接に熱処理が必要ならクラス1を、熱処理を行わないならクラス2を、それぞれグレードと併せて指定します。

ASTM A27の強度試験

強度試験は通常、実際の鋳造品から切り出した試験片ではなく、代表的な試験棒（クーポン）で実施します。クーポンは鋳造品と同成分で、同時期に湯注ぎ・熱処理されたものです。結果は鋼の品質を示しますが、必ずしも実際の鋳造品の特性と一致しません。熱処理中、凝固条件と冷却速度は鋳造品のサイズ、形状、肉厚の影響を受けるためです。

鋼規格では一般的に引張強さと降伏点が参照されます。グレードN-1とN-2を除くA27鋼はすべて引張試験を実施し、以下の機械的要件を満たさなければなりません。

引張強さ（極限引張強さ）

材料が破断するまで耐えられる最大応力で、伸張時の強度を測定します。

降伏点

材料が塑性変形を開始するまで耐えられる応力です。

伸び（%）

引張試験片が破断するまでに初期長さから伸びた割合です。

絞り（%）

引張試験片の元の断面積と破断後の最小断面積の差を、元の断面積の割合で表したものです。

強度試験と硬さ試験の違い

引張強さと硬さは異なります。引張強さは引張荷重下での破壊抵抗を指します。前述の通り、試験片を用いて引張強さ、降伏点、伸びなどの引張特性を検証できます。

硬さは材料の変形抵抗を指します。非オーステナイト系鋼では、硬さ値と引張強さの間に一貫した関係があるため、硬さ測定で引張特性を推定できます。鋳造所では、硬さ試験が安価・容易・体系的で、個別の引張試験なしで物理的特性を確認できる手段として活用されています。完全な保証にはなりませんが、均質な鋼では比較的正確です。したがって、硬さ試験と換算値により、物理的特性の仮定を迅速かつコスト効率よく確認できます。