高耐腐蝕性 317L 化学加工用ステンレス鋼板

化学処理用高耐食性317Lステンレス鋼板

化学処理用高耐食性317Lステンレス鋼板

導入

化学処理の厳しい環境では、寿命、安全性、効率を確保するために材料の選択が重要な役割を果たします。利用可能な多くの選択肢の中で、317L ステンレス鋼として知られる合金 (UNS S31703 とも呼ばれる) は、特に攻撃的な酸性および塩化物を多く含む環境における耐食性の向上で際立っています。この記事では、317L ステンレス鋼プレートの組成、特性、製造、および用途について詳しく説明します。なぜこのプレートが化学処理に特に適しているのか、より一般的なグレードとの違いは何か、そしてそれを最適に導入する方法は何なのかについて説明します。

合金組成と冶金学的基礎

317L ステンレス鋼の優れた性能は、主にその化学組成と微細構造に由来します。グレード 316L や 304/304L などの標準的なオーステナイト系ステンレス鋼と比較して、317L には、耐食性に大きく寄与する元素であるクロム (Cr)、ニッケル (Ni)、特にモリブデン (Mo) が高レベルで組み込まれています。

技術情報源によると、次のようになります。

• クロム含有量: 約18.0%～20.0%。

• ニッケル含有量：約11.0%～15.0%。

• モリブデン含有量: 通常3.0%～4.0%(または、最低 3 % として引用されることもあります)。

• 炭素含有量 (「L」グレードの場合): 溶接中の感作リスクを軽減するため、最大 ~0.030 % (または低炭素)。

• その他の微量元素: マンガン (Mn)、シリコン (Si)、リン (P)、硫黄 (S)、窒素 (N) を制御された量で含有します。

これらの合金化の決定により何が達成されるのでしょうか?

• クロムは鋼の表面に不動態酸化クロム (Cr₂O₃) の保護膜を形成し、一般的な腐食や酸化に対する耐性を提供します。

• ニッケルはオーステナイト構造 (面心立方格子) を安定させ、良好な延性、靱性、溶接性を与えます。

• モリブデンは耐衝撃性を大幅に向上させます。ローカライズされた孔食や隙間腐食などの腐食、特に塩化物や硫黄を含む環境での腐食。

• 低炭素 (「L」グレード) により、溶接または高温使用中の粒界での炭化物の析出が最小限に抑えられ、粒界腐食から保護されます。

つまり、317L は、腐食、温度、溶接性がすべて重要となる厳しい環境向けに最適化された高合金オーステナイト系ステンレス鋼です。

317L ステンレス鋼板の主な特性

耐食性

317L の主な利点は、一般的および非常に攻撃的な条件における耐食性にあります。重要なポイントには次のようなものがあります。

• 耐孔食性および耐隙間腐食性: モリブデンとニッケルの含有量が高いため、317L は 316L および標準のオーステナイトグレードと比較して大幅に向上した耐性を示します。ある情報源は次のように述べています。臨界孔食温度標準塩化物試験溶液中の 317L の (CPT) は、通常 316L のそれより 40 ～ 50 °C 高くなります。

• 酸性および塩化物環境における耐性: 317L は、酸性化、塩化物が豊富、硫黄を含む環境でよく使用されます。たとえば、「120 °F (49 °C) で最大 5 % の硫酸濃度の攻撃に耐える」と報告されています。

• 粒界腐食・鋭敏化: 317L の炭素含有量が低いため、溶接中または高温暴露中に粒界で炭化物 (クロム炭化物) が析出するリスクが軽減され、それによって熱影響部 (HAZ) の耐食性が維持されます。

• 酸化・高温使用: 317L は、高温での酸化やスケール形成に対して良好な耐性を示します。最大 ~925 °C (1700 °F) までの連続使用が報告されており、一部の供給源では最大 ~879 °C (1620 °F) まで断続的に使用できます。

• 耐応力腐食割れ（SCC）性: 完全に影響を受けないオーステナイト系ステンレス鋼はありませんが、317L は、高濃度のニッケルとモリブデンの組み合わせにより、塩化物誘発 SCC の閾値が強化されています。

機械的および物理的特性

317L は、耐食性を超えて、化学処理でのプレートの使用に適した機械的特性と製造特性を提供します。

• 典型的な引張強さ: 約75 ksi (約 520 MPa)、最小降伏強度付近30 ksi (≈ 205 MPa)。

• 伸び: 多くの場合 ≥ 40 % であり、良好な延性を示します。

• 熱特性: 合金プレートの密度 ~ 7.8 ～ 8.0 g/cm3 (≈ 0.289 ポンド/インチ 3)。

• 熱膨張係数（20～100℃）：～16.0×10⁻⁶/℃。

• 優れた溶接性と成形性: オーステナイト系ステンレスである 317L は、一般的な溶融および抵抗方法を使用して溶接できます (ただし、溶接消耗品と熱管理には十分な注意が必要です)。

製造/プレートの入手可能性

• 317/317L のプレートの厚さは、供給業者によって異なりますが、たとえば 3/16 インチから 4 インチ以上の幅広い範囲で市販されています。

• 317L グレードのプレートでは、プラズマ切断、シャーリング、ウォータージェット切断、成形、溶接、機械加工などの製造プロセスが可能です。

化学処理用途に特に 317L プレートを選択する理由?

化学処理プラントは、酸、ハロゲン化物 (塩化物、臭化物、ヨウ化物) への曝露、高温、腐食性ガスの凝縮、圧力、周期的な使用など、材料にとって困難な環境をもたらします。 317L ステンレス鋼プレートがこのような用途に優れた選択肢である理由は、次のとおりです。

1. 積極的なメディア耐性: 化学プラントの装置では、硫酸、リン酸、有機酸、塩化物を多く含む溶液、漂白剤、酸化および還元条件を扱うことがよくあります。 317L の強化された合金により、従来の 316/316L を超える安全マージンが提供されます。

2. 局所耐食性: 化学処理における多くの障害は、特に接合部、フランジ、シール、停滞ゾーンでの孔食や隙間腐食が原因です。 317L に含まれるモリブデンの量が多いと、これらのモードに対する耐性が向上します。

3. 溶接の完全性と粒界腐食の回避: 化学プラントでは溶接された容器、タンク、配管が一般的です。低炭素 317L は、溶接中の炭化物の析出を制限し、HAZ の耐食性を維持します。このような状況では、標準的なカーボン対応物 (317) または 304 ファミリーよりも適しています。

4. 高温およびクリープ強度: 一部の化学プロセスは高温で動作するか、熱サイクルを伴います。 317L は、多くの標準的なステンレス鋼よりも高いクリープ強度と温度での破断応力を備えており、高温での持続的な使用に役立ちます。

5. 耐用年数が長くなり、メンテナンスの負担が軽減されます: 高コストでリスクの高い設備 (排煙脱硫、化学反応器、海洋/海洋化学プラントなど) では、ダウンタイムと交換頻度を削減することが重要です。 317L プレートを指定すると、寿命が長くなり、腐食関連の故障が少なくなります。

6. プレート状でも入手可能: 多くの化学処理容器、タンク、熱交換器、構造支持プレート、およびカバーはプレートから製造されています。 317L はプレート状 (場合によっては厚い) で入手できるため、要求の厳しいコンポーネントを直接置き換えることができます。

化学処理における代表的な用途

以下に、317L プレート材料が頻繁に使用されるいくつかの具体的な用途を示します。

• 酸溶液およびプロセス化学薬品用の貯蔵タンクおよび圧力容器。

• 塩化物、硫酸塩、その他の攻撃的な媒体が存在するパルプおよび紙の処理装置 (漂白塔、蒸解釜など)。

• 海水や塩化物が存在するため、高い耐食性が要求される海洋または海洋施設を含む、化学プラントの熱交換器および凝縮器。

• 硫酸、二酸化硫黄、ハロゲン化物含有ガスを処理する発電における排煙脱硫 (FGD) システム。

• 石油化学プラントの化学処理装置: 高温の塩化物を含む流体が存在する反応器、配管、継手。

• 食品加工、製薬、またはバイオテクノロジー機器、特に強力な洗浄または滅菌プロセスが存在する場所 (ただし、衛生グレードではより微細な表面仕上げが必要な場合があることに注意してください)。

他のステンレスグレードとの比較

「高い耐食性」のために 317L が選ばれる理由を理解するには、他の一般的なステンレス鋼グレードと比較することが役立ちます。

• 317L 対 316/316L: 316/316L は広く使用されており、優れた総合的な耐食性を提供しますが、317L はモリブデンとニッケルの含有量が高く、孔食、隙間腐食、塩化物攻撃に対する耐性が向上しています。多くの技術データシートでは、317L が「酸性の塩化物を多く含む媒体 (硫酸、海水など) において 316L よりも優れた性能を発揮する」ことが確認されています。

• 317L 対 304​​/304L: グレード 304/304L は低コストで、優れた一般耐食性を備えていますが、317L に見られるモリブデン含有量と高ニッケル合金が含まれていないため、非常に攻撃的な化学環境にはあまり適していません。

• 317 (標準カーボン) vs 317L (低カーボン): 主な違いは 317L の炭素含有量が低いことであり、これにより溶接性が向上し、溶接後の粒界腐食のリスクが軽減されます。溶接が一般的である多くの化学処理プレート用途では、「L」バージョンが推奨されます。

したがって、化学処理装置のプレートを指定する場合、317L を選択すると、コストは多少高くなりますが、耐食性が向上します。その理由は、寿命が長くなり、メンテナンスのダウンタイムが減り、積極的なサービスでの安全性が向上するためです。

製造、溶接、およびベストプラクティス

化学処理設備で 317L プレートを使用するには、意図した耐食性と構造的完全性を達成するために、適切な製造および溶接手順に従う必要があります。

• 溶接: 317L は、すべての一般的な溶融および抵抗方法 (TIG、MIG、サブマージ アークなど) を使用して溶接可能です。ただし、完全な耐食性を維持するには、適切な金属フィラーの使用が不可欠です (例: AWS E317L/ER317L、または Cr/Mo 含有量が高い同等のニッケルベースのフィラー)。

• 熱影響部制御: 鋭敏化が起こりにくい合金なので、溶接作業に適しています。ただし、炭化クロムの析出が発生する可能性のある温度範囲 (約 427 ～ 816 °C / 800 ～ 1500 °F) では注意が必要です。この場合、317L の低炭素性が役立ちます。

• 冷間成形と機械加工: 多くのオーステナイト系ステンレス鋼と同様、被削性はより困難になる可能性があるため (加工硬化する傾向がある)、焦点を絞った工具の選択、低速、チップ ブレーカーが推奨されます。

• プレートの選択: 化学処理用の 317L プレートを購入する場合は、材料が関連仕様 (例: プレート用 ASTM A240、または同等のもの) を満たしていること、および厚さ、表面仕上げ、認証が意図した用途に適合していることを確認してください。サプライヤーは、薄いゲージから厚いプレート (たとえば、最大 4 インチ以上) までのプレートの厚さをリストしています。

• 表面仕上げ: 化学処理用のプレートは必ずしも鏡面仕上げを必要とするわけではありませんが、不動態性を確保し、隙間を避けるために、きれいで欠陥のない表面を確保することが重要です。

• 設計上の考慮事項: 化学処理装置では、隙間、よどみゾーン、ハロゲン化物イオンや硫黄化合物の集中を避けることに注意を払う必要があります。なぜなら、最良の合金でも、極端な条件や不適切な設計では機能しなくなる可能性があるからです。 317L は隙間腐食に対する耐性が優れているため、その利点を最大限に活用するには優れたエンジニアリングが必要です。

制限事項と考慮事項

317L は強力な選択肢ですが、その制限を理解し、仕様がプロセス環境に適合していることを確認することが重要です。

• すべての酸に確実に対応できるわけではない: 一部の酸化性の高い酸 (濃硝酸など) は 317L を攻撃する可能性があり、さらに特殊な合金が必要になります。

• コストと可用性: 317L は高合金ステンレス鋼であるため、サプライヤーや板厚によっては標準グレードよりも価格が高くなり、納期が長くなる場合があります。

• 応力腐食割れ（SCC）の感受性が残る: 317L は下位合金よりも改良されていますが、特に高温、高塩化物、高応力の環境においては SCC に対して耐性があるわけではありません。優れた設計とメンテナンスは依然として重要です。

• 製造の専門知識が必要: 合金の性能を最大限に維持するには、適切な溶接、熱処理、溶接後の不動態化が不可欠です。製造が不十分な場合でも腐食が発生する可能性があります。

• 環境固有のテスト: 化学プラントには非常に独特な混合物、濃度、温度、流れ/隙間条件がある場合があるため、一般的なデータシートだけに依存するのではなく、サービストライアルを実施するか、腐食の専門家に相談することが賢明です。

仕様のガイドラインと規格

化学処理用途に 317L ステンレス鋼プレートを選択する場合、仕様と規格への準拠は、品質とトレーサビリティを確保するのに役立ちます。関連する標準には次のようなものがあります。

• ASTM A240 / ASME SA240 – 圧力容器および一般用途向けのクロム-ニッケル-モリブデンステンレス鋼のプレート、シート、およびストリップの仕様。

• 317L に対する UNS S31703 指定。

• W.Nr. 1.4438 は、317/317L の欧州での一般的な呼称です。

• 追加の規格が形状、溶接消耗品、製造および試験に適用される場合があります (たとえば、腐食については NACE、圧力容器については ASME)。

プレートを注文する際には、グレード (317L)、厚さ、幅、長さ、表面仕上げ、熱処理状態 (焼きなまし)、仕様への適合証明書、および必要に応じて腐食試験 (耐孔食性試験や SCC 評価など) を含めてください。

概要と推奨事項

要約すると、317L ステンレス鋼プレートは、特に孔食、隙間腐食、塩化物攻撃に対する高い耐食性と、良好な溶接性および高温強度の魅力的な組み合わせを提供し、化学処理環境に特に適しています。従来のグレードよりもアップグレードされた合金 (Cr、Ni、Mo) と、鋭敏化を防ぐ低炭素含有量により、積極的な使用において明確な利点が得られます。

機器が酸、塩化物、高温、または攻撃的なハロゲン化物を含む環境にさらされ、ダウンタイムや腐食による故障が許容できない化学処理アプリケーションの場合、317L ステンレス鋼プレートを指定することが有力な選択肢です。とはいえ、長期​​的なパフォーマンスを達成するには、材料の選択に加えて、適切な設計、製造、溶接、メンテナンスの実践が重要です。

化学処理装置用のプレートを指定する場合は、実際的な推奨事項をいくつか示します。

• プロセス環境を確認します: 酸の種類/濃度、塩化物の存在、温度、流れの状況、停滞ゾーンや隙間の存在。

• 認定された組成と機械試験を備えた 317L グレードのプレート (UNS S31703) を選択してください。

• プレートが適切にアニールされ、製造に適した厚さ、幅、表面状態で供給されていることを確認してください。

• 認定された溶接消耗品と手順を使用し、不動態皮膜が無傷であることを確認するために溶接後の不動態化または洗浄を検討してください。

• 隙間、よどみゾーン、塩化物の閉じ込め、および異なる曝気部位を最小限に抑えるように装置を設計します。

• 特に初期の使用中には、腐食に敏感な領域 (接合部、溶接部、フランジなど) の定期検査を検討してください。

• 非常に攻撃的な条件 (例: 高温の濃硝酸、高硫酸) が含まれる場合は、より特殊な合金 (例: 二相ステンレス、高ニッケル合金) が必要かどうかを評価してください。

結論として、化学処理環境での要件が「高耐食性」である場合、「化学処理用高耐食性 317L ステンレス鋼プレート」というタイトルは十分に正当です。317L プレートは、厳しい使用条件に対して真の高性能ソリューションを提供します。