排気システム、ボイラー ハウジング、熱源近くの建築要素など、-高温の産業環境-用の材料を指定する場合、熱応力下で鋼がどのように挙動するかを理解することが重要です。{2}大気耐食性で有名な材料である S355J2W コルテン鋼の場合、加熱用途での性能は、熱伝導率と機械的強度の安定性という 2 つの相互接続された特性に左右されます。
この記事では、これらの特性の実際的な意味について説明し、熱にさらされるプロジェクトについて情報に基づいた意思決定を行うのに役立ちます。
1. 熱伝導率: 適度な熱伝達
熱伝導率は、材料の熱伝導能力を測定します。 S355J2W Corten を含む構造用鋼の場合、この値は通常、次の範囲にあります。45-50 ワット/メートル ケルビン (W/(m·K))室温で。
これを状況に合わせて説明すると、次のようになります。
それは純銅よりも低い(約400W/(m・K))つまり、熱交換器のコアなど、急速な熱放散が必要な用途には理想的な選択肢ではありません。
それは標準炭素鋼より若干低い（約50～60W/(m・K)）合金元素 (銅、クロムなど) が耐候性を促進しますが、熱の流れをわずかに妨げるためです。
実際的な意味:この適度な伝導性は、コルテン鋼が普通の炭素鋼よりもいくらか遅い速度で加熱されることを意味します。通気口近くの外装パネルなどの用途では、より局所的な不均一な加熱が発生する可能性があります。熱源に直接さらされた部分は、わずか数インチ離れた部分よりも大幅に高温になり、応力を誘発する温度勾配が生じます。
2. 重要な要素: 高温強度保持率-
伝導率は熱の拡散方法に影響しますが、構造的完全性の決定的な要因は次のとおりです。温度が上昇したときに材料がどの程度の強度を維持するか.
すべての鋼は高温になると降伏強度を失います。構造設計では、エンジニアは標準化された削減係数に依存します。 S355J2W の主な温度しきい値は次のとおりです。
最大約 300 度 (570 度 F):鋼は室温での降伏強度をほぼ 100% 保持します。-ほとんどの屋外産業用途では、パフォーマンスはほとんど影響を受けません。
~400 度 (750 度 F) の場合:降伏強度は通常、約80-85%元の価値の。
~500 度 (930 度 F) の場合:降伏強さはおよそ次のように低下する可能性があります。60-70%。この温度に長時間さらされると、保護緑青に影響を与え、酸化が促進される可能性があります。
600 度 (1110 度 F) を超える場合: Significant loss of strength occurs, and the steel enters the "creep" range, where it can deform permanently under constant load.
実際的な意味:高温ゾーンで耐荷重性の柱やブラケットを使用する場合は、{0}{1}予想される最大使用温度での強度の低下周囲温度の強さではありません。-このため、多くの場合、より厚いセクションまたは追加のサポートを使用する必要があります。
主要な設計とアプリケーションのガイドライン
加熱環境で S355J2W Corten を適切に使用するには、プロアクティブなエンジニアリングが必要です。
使用温度を定義する: 最初のステップは、コンポーネントが直面する最大および連続動作温度を正確に決定することです。これにより、計算で使用する強度低減係数が決まります。
熱膨張を考慮した設計：鋼は加熱すると膨張します。他の鋼と同様の熱膨張係数 (~12 x 10⁻⁶/度) があるため、設計上の制約により座屈や高い内部応力が発生する可能性があります。拡張ジョイントと柔軟な接続が不可欠です。
緑青を考慮する: 保護錆層は大気条件では安定ですが、継続的な高熱や直接の炎の衝突によって損なわれる可能性があります。美観が変化する可能性があり、局所的な箇所では基礎的な保護機能が低下する可能性があります。
熱サイクル疲労を回避する: 加熱と冷却の繰り返し (熱サイクル) は、一定の温度上昇よりも有害です。特に溶接接合部や鋭い角で疲労亀裂が発生する可能性があります。詳細設計では、サイクルの影響を受ける領域での応力集中を最小限に抑える必要があります。
隣接する材料を保護する: 適度な伝導率と保温性は、隣接する材料 (シーラント、断熱材、ファスナーなど) もコルテン鋼の予想される表面温度に適合する必要があることを意味します。
要約すると、S355J2W コルテン鋼は多くの高温産業用途で優れた性能を発揮しますが、「高温合金」ではありません。-
その熱伝導率が中程度であると加熱が不均一になる可能性があり、温度が上昇すると予想どおり耐荷重能力が低下します。{0}。安全で耐久性のあるパフォーマンスの鍵となるのは、高温強度データに基づいて設計し、熱の動きに対応し、保護緑青の限界を理解する-。 400 度を超える温度が持続するコンポーネントの場合は、構造エンジニアに相談し、特殊鋼の使用を検討することを強くお勧めします。
