圧力容器の製造に使用される材料

圧力容器は最も一般的に炭素鋼で作られていますが、ステンレス鋼、低合金鋼、ニッケル合金、銅、チタンは、耐食性、低温靭性、または高温強度が必要な用途で使用されます。材料の選択は、流体、温度、圧力、および規格に従い、その逆ではありません。

この記事では、圧力容器の製造に使用される材料と、それぞれの選択理由を説明し、仕様担当者が金属を用途に合わせて選択し、早期の故障と不必要なコストの両方を回避できるようにします。

設計を左右する材料選定の理由

シェル材は、許容応力、腐食代、溶接手順、および検査範囲を決定します。必要以上にリッチな合金を選択するとコストが膨らみ、あまりにもリーンな材料を選択すると腐食や脆性破壊のリスクがあります。ASME Section VIII Division 1などの規格では、最小厚さと多くの場合腐食代を想定した許容応力が公表されています。

一般的な圧力容器材料

炭素鋼および低合金鋼

SA-516 Grade 70は、常温および中温サービスで最もよく使用されます。SA-387クロムモリブデン鋼は高温用途に対応します。SA-537およびSA-203は低温靭性に対応します。炭素鋼は経済的ですが、腐食代と、湿潤または酸性のサービスには内部コーティングが必要な場合があります。

ステンレス鋼

304および316/316Lは、一般的な腐食に強く、清掃が容易です。316Lは、炭素量が少ないため感応化を最小限に抑えるため、溶接された衛生用途に推奨されます。二相鋼および超二相鋼は、海水およびサワーサービス向けの強度と耐塩化物性を向上させます。

ニッケル合金、チタン、銅

ハステロイ、インコロイ、モンネルは、攻撃的な酸や高温に耐えます。チタンは塩化物孔食に耐え、生体適合性があります。銅および真鍮は特殊な熱交換器に使用されます。これらはステンレス鋼では対応できない場合にのみ使用されます。

クラッドおよびオーバーレイ構造

爆着または溶接オーバーレイされたクラッドプレートは、炭素鋼の裏材に薄い耐食性層（316L、ハステロイ、チタン）を配置します。これにより、鋼の強度を、薄い特殊合金層のコストで実現できます。これは、大型反応器や塔でよく見られます。

用途に合わせた材料の選定

• 極低温:LNGおよび液体酸素用途には、低温炭素鋼または9%ニッケル鋼、および304/316を使用します。
• 高温:クロムモリブデン鋼を使用し、クリープと黒鉛化の限界を考慮します。
• 湿潤腐食性:316Lまたは二相鋼を使用するか、実績のあるライニングと腐食代を備えた炭素鋼を使用します。
• 衛生用途:電解研磨仕上げと完全溶け込み溶接を備えた316Lを使用します。

技術的考慮事項

母材以外にも、溶接フィラー、溶接後熱処理、非破壊検査レベルは材料と互換性がある必要があります。特殊合金には、管理された溶接手順と、多くの場合100%の放射線透過検査が必要です。調達パッケージには、ミルテスト証明書、衝撃試験、および必要な場合は材料識別（PMI）を指定する必要があります。

圧力容器材料比較

結論

圧力容器はデフォルトで炭素鋼で作られており、ステンレス鋼、二相鋼、ニッケル合金、チタン、およびクラッド構造は、それらを必要とする用途のために予約されています。適切な選択は、腐食、温度、靭性、およびコストとサービス流体のバランスを取ります。

よくある質問（FAQ）

最も一般的な圧力容器材料は何ですか？

炭素鋼、特にSA-516 Grade 70は、ほとんどの非攻撃的なサービスにおいて、強度、溶接性、経済性に優れているため、最も一般的です。

ステンレス鋼はいつ必要になりますか？

ステンレス鋼（通常は316L）は、衛生用途、軽度から中程度の腐食、および初期コストよりも清掃性や製品純度が重視される場合に選択されます。

クラッド圧力容器とは何ですか？

耐食性内面が炭素鋼の裏材に接合された薄い特殊金属層であり、固体合金のコストの一部で強度を提供する容器です。

腐食性サービスに炭素鋼を使用できますか？

場合によっては、腐食代と内部ライニングまたはコーティングを使用できます。しかし、持続的な酸性または塩化物サービスには、ステンレス鋼またはクラッド構造の方が通常安全です。

材料は検査要件に影響しますか？

はい。特殊合金および高リスクサービスは、通常の炭素鋼よりも厳格なNDT、溶接手順資格、および材料検証を必要とすることが一般的です。

304と316Lのどちらを選択しますか？

一般的な清掃用途には304を選択し、塩化物またはより強力な耐食性が予想される場合、特に溶接された衛生システムでは316Lを選択します。