304L vs 304Hステンレス鋼：包括的な比較

I.はじめに

2014年のあるプロジェクトの建設中、304と304Hの両方のパイプ材に関わる溶接施工の問題に遭遇した。

材料管理、施工管理、溶接技術、検査に関する一連のプロジェクト活動を通じて、304系材料は一定の範囲内で共通の特徴を持つが、同時に明確な区別と厳格な分離があることを確認した。

したがって、こうした共通点と相違点をまとめることは、知識の体系化と今後の建設経験の蓄積に寄与する。

ステンレス鋼304オーステナイト系ステンレス鋼材料の紹介

オーステナイト系ステンレス鋼は、一般的に耐食鋼のカテゴリーに属し、最も広く使用されている。 鋼種.

18-8ステンレス鋼は最も代表的で、良好な機械的特性を示し、機械加工、プレス、溶接に便利である。

酸化的環境において優れた耐食性を示し、耐熱性も良好である。しかし、塩化物イオン（Cl-）を含む媒体には特に弱く、応力腐食の原因となる。18-8ステンレス鋼は、主に304、304L、304Hで、板、棒、プレートなど様々な形状で入手可能です。

304H合金（UNS S30409）は、18%クロム、8%ニッケル304オーステナイト合金の改良版である。その 炭素含有量 この製品では0.04～0.10に制御されており、800°Fを超える環境における製品成分の高温強度を高めている。

このセクションでは、主に304オーステナイト鋼の鋼種、化学成分、および性能について説明します。 ステンレス素材主に鋼板と鋼管を比較している。

グレード304オーステナイト系ステンレス鋼板の鋼種近似等価表

グレード304オーステナイト系ステンレス鋼溶接鋼管用鋼種近似等価表

オーステナイト系化学成分表 ステンレス304 および耐熱鋼

オーステナイト系ステンレス許容応力表 鋼板 グレード304

オーステナイト系ステンレス鋼鋼管の許容応力表 グレード304

圧力パイプラインにオーステナイト系ステンレス鋼 材を使用する場合、540℃から900℃の温度で長時間 使用すると、クロム・ニッケル系オーステナイト系 ステンレス鋼がシグマ相脆化する可能性がある ことに注意する必要がある。

オーステナイト鋼のフェライト相含有量と冷間 変形の程度を管理することが望ましい。高温条件 (使用温度が540℃を超える) では、低炭素鋼種 (C ≤ 0.08%) のオーステナイト系ステン レス鋼も追加要件を満たす必要がある：

1) 母材の炭素含有量は0.04以上であること；

2) 熱処理状態：急冷＞1040℃；

3) 平均結晶粒径は7級またはそれ以上であること。これらの追加要件を満たせない場合は、超低炭素ステンレス鋼に準じた許容応力を選択する必要がある。

機械的特性

高温 降伏強度 オーステナイト系ステンレス鋼板グレード304の表

オーステナイト系ステンレス鋼鋼管用高温降伏点強度表 グレード304

GB/T20878-2007「ステンレス鋼および耐熱鋼の鋼種と化学組成」において、新しい高温オーステナイト系鋼種が発表された。 ステンレス鋼グレード 炭素含有量0.04%～0.10%のS30409（07Cr19Ni10）を添加した。

すなわち、S30409 (07Cr19Ni10)とS30408 (06Cr19Ni10)は炭素含有量が重複している。S31609(07Cr17Ni12Mo2)の炭素含有量は0.04%~0.10%であり、S31608(06Cr17Ni12Mo2)と重複している。

III.304オーステナイト系ステンレス鋼材料の管理

材料表示と品質保証文書

圧力配管用に供給・受入される材料には、対応する規格や契約規定に従ってラベルを付ける必要がある。各材料には、明確でしっかりとした表示が必要であり、呼び径がDN40以下の材料については、タグや他の代替方法を用いて表示を行うことができる。

表示内容には、最低限、製造者の表示と材 料(コード)名を含める必要がある。高温条件下で使用されるオーステナイト系ステンレ ス鋼(Hタイプ)配管部品については、材料のバッ チ番号またはコードも含める必要がある。

対応する品質保証文書には、規格や契約に定められた検査・試験結果が含まれ、トレーサビリティが確保されていなければならない。

IV.304オーステナイト系ステンレス鋼の溶接

1.溶接プロセス評価

耐圧機器の溶接に使用する母材は、化学組成、機械的性質、溶接 性によって分類され、グループ化されている。 金属材料.

NB/T47014-2011によると、S30403、S30408、S30409の母材カテゴリーはFe-8で、グループはFe-8-1である。 溶接工程 の評価については、既存の溶接プロセス評価レポートHN2006-02-2012をご参照ください。

2.溶接材料の選択

溶接材料の選択原則は、NB/T47015-2011に 示されている。同等級の高合金鋼を溶接する場合、 溶接材料は溶接金属の機械的性質が母材に指定 された限界値と同等かそれ以上であることを保証す べきである。

必要な場合、その耐食性は母材の対応する要件より低くてはならず、または機械的特性と耐食性は設計文書に規定された技術的条件を満たす必要がある。

次の表に示す推奨溶接材料：

3.溶接に関する考察

炭素鋼に比べ、オーステナイト系ステンレ ス鋼の抵抗は5倍であり、同じ溶接電流とアーク電圧 条件下でより多くの入熱が必要となる。

熱伝導率が炭素鋼の1/3程度と低いため、熱伝導が遅く、熱変形が大きくなる。

線膨張係数が炭素鋼より40%ほど大きいため、加熱時の熱膨張と冷却時の収縮が大きくなりやすく、溶接後の変形が顕著になる。

オーステナイト系ステンレス鋼溶接の要点：

1) 溶接中の大きな変形と溶接応力を避けるために、溶接エネル ギーを集中させた溶接方法を選択すべきである。

2)以下の厳格な管理 溶接熱 溶接粒が著しく成長し、溶接ホット・クラックが 発生するのを防ぐため、入力を維持すべきである。

3) 溶接部の耐ヒート・クラック性と耐食性を向上させるた めには、溶接部を清潔に保ち、有害成分の浸入を防 ぐ必要がある。

4) オーステナイト系ステンレス鋼は、溶接時の予熱 を必要としない。溶接部および熱影響部での結晶粒成長、炭化物 の析出を防止し、塑性変形、靭性、耐食性を確保 するためである。 溶接継手パス間温度は低く保たれるべきで、通常は100℃を超えない。

4.オーステナイト粒の問題

オーステナイト は鋼をオーステナイト化したときに得られる結晶粒で、その粒度をオーステナイト粒度という。標準粒度は8段階に分けられ、レベル1～4が粗粒、レベル5～8が細粒、レベル8以上のレベル10～13が極細粒である。

100倍の顕微鏡で観察。実際の生産現場では、結晶粒の微細化は金属材料を強化する重要な手法のひとつとなっており、鋼の強度と靭性を同時に向上させることができる。また、エンジニアリング溶接の際にも、より微細な結晶粒が得られることが期待されている。

溶接工程では、加熱速度の影響に注意を払う必要がある。加熱速度は本質的に過熱の問題である。過熱の程度が大きいほど、核生成速度と成長速度の比が大きくなり、初期粒径が小さくなる。

にもかかわらずだ、 オーステナイト 結晶粒は高温で成長する傾向があるため、高温での保持時間は長くない。そのため、溶接時の急速な加熱と冷却を重視している。

鋼中の炭素含有量もオーステナイト粒に影響する。鋼中の炭素含有量がオーステナイト粒を形成するのに十分でない場合、オーステナイト粒の形成に影響を与える。 未溶解 炭化物は、炭素含有量が増加するにつれて、オーステナイト粒が成長して粗大化する傾向がある。

したがって、この3つの中ではS30408がより粗粒化しやすく、他の面での粒の粗粒化の抑制と防止に注意を払う必要がある。

溶接金属のクロム・ニッケル比を制御する。 溶接材料 クロム・ニッケル比が2.3～3.2になると、高温割れを防止できる。

溶接金属中のホウ素、硫黄、リン、セレンなどの有害元素の含有量を厳しく制限することで、以下のような問題の発生も防ぐことができる。 ホットクラック.

V.結論

高温、高圧、強腐食に対応する石油化学機器の設計は要求が厳しく、機器の長期安定性を確保するためには、材料の選択と溶接構造を慎重に検討する必要がある。

素材の特性を理解し、その違いと共通点を見分け、目標とする溶接施工技術をマスターすることが特に重要である。

材料技術の発達に伴い、材料は特定の性能に最適化されつつあり、「材料の選択と使用」は知識とともにより専門的になりつつある。本稿がその一助となれば幸いである。