317L ステンレス鋼管ガイド: 特性、成分および用途

ある化学プラントのメンテナンスエンジニアは、試運転後 18 か月以内に 316L 配管に穴が開き始めた理由を尋ねたことがあります。流れは温かい塩化物を含む酸で、限界グレードの選択を罰するような環境でした。彼が必要とした答えは、パイプの異なるブランドではなく、異なるグレードでした。 317L ステンレス鋼 (UNS S31703) は、まさにこの状況、つまり 316L では腐食が早すぎるが、二相合金またはニッケル合金ではプロセスに必要な容量を超える場合に使用されます。完全なオーステナイトを維持し、容易に溶接できる状態を維持しながら、高モリブデンによって促進される耐孔食性および耐すきま腐食性が大幅に向上します。

317L ステンレス鋼とは何ですか?

317L は低炭素のモリブデン含有オーステナイト系ステンレス鋼で、クロム、ニッケル、特にモリブデンの含有量が 316L よりも 1 段階上です。 L 指定では炭素を最大 0.030 パーセントに維持し、溶接中の粒界での炭化クロムの析出を制限します。これにより、熱影響部の耐食性を損なうことなく、大型装置の製作や重量部の溶接が可能になります。

グレードはいくつかの名称で知られています。 UNS S31703 は登録番号です。 AISI 317L と EN 指定 1.4438 は同じ材料を指します。これをカバーする規格には、プレート、シート、およびストリップに関する ASTM A240、シームレスおよび溶接パイプに関する ASTM A312、一般サービス用チューブに関する ASTM A269、およびボイラー、過熱器、および熱交換器チューブに関する ASTM A213 が含まれます。

化学組成と各元素の役割

以下の表の組成範囲は、ASTM A240 に基づくフラット製品の典型的なものです。重要なラインはモリブデンです。317L では 3.0 ～ 4.0 パーセントであるのに対し、316L では 2.0 ～ 3.0 パーセントです。

モリブデンは制御元素です。不動態酸化膜を強化し、酸性および塩化物を含む媒体中での分解を遅らせます。 317L のモリブデンの追加により、耐孔食性等価数 (PREN) が 316L の 24 ～ 26 と比較して約 30 に上昇します。クロムは一般的な耐食性と耐酸化性をサポートします。ニッケルはオーステナイト組織を安定させ、靭性を向上させます。窒素はたとえ少量であっても耐孔食性と強度に寄与します。

耐食性: 317L の強み

317L は、316L を打ち負かすサービスのために開発されました。適度な濃度と温度の硫酸、リン酸、酢酸やギ酸などの有機酸、孔食や隙間腐食が主な故障メカニズムである塩化物を含む流れの中で良好に機能します。

実際の効果は、塩素、酸性度、高温を組み合わせた漂白プラントと排煙脱硫システムで現れます。これらのサービスでは、316L は数シーズン以内にピットを発生させることがよくあります。 317L はコンポーネントの寿命を大幅に延ばします。それが普遍的な答えになるわけではありません。高温濃塩酸、高温濃硫酸、および重度の応力腐食割れには、ニッケル合金または二相鋼グレードが必要です。腐食用途における 304、316L、および二相グレード間のギャップについては、当社の資料でさらに詳しく説明されています。 ステンレス鋼グレード間の耐食性の比較 .

機械的特性と温度挙動

317L は、316L よりもわずかに高い室温最低温度を提供します。以下の表は、ASTM A240 に基づくプレートの一般的な最小値を示しています。

317L は完全にオーステナイトの微細構造により低温でも靭性が保たれるため、極端な塩化物条件を含まない極低温用途で使用されることがあります。一方、これは耐クリープ合金ではありませんが、約 1600°F (870°C) までの連続使用では許容範囲内に酸化します。高温での圧力設計の場合は、室温のデータではなく、該当する ASME コードの許容応力値を使用してください。

317L と 316L: どのグレードを指定する必要がありますか?

通常、選択は、塩化物濃度、温度、故障のコストという 3 つの要素によって決まります。塩化物がおよそ数百 ppm を超えて存在する場合、温度がピッチングを促進するほど十分に暖かい場合、または予定外のシャットダウンに非常に費用がかかる場合には、317L の方が安全な仕様です。流れが穏やかな場合、プラントはすでに 316L で標準化されており、検査間隔により腐食速度を把握できるため、316L が経済的な選択となります。

1 つのラインが攻撃的であるという理由だけで、プラント全体に 317L を指定するのはよくある間違いです。正しいアプローチは、腐食性の流れを分離し、一般的なプロセス ラインには 316L を選択し、真に攻撃的なサービスには高モリブデン グレードを確保しておくことです。 316L で十分な化学プロセス ラインの場合は、SCH40 316 ステンレス鋼の化学工業用パイプ アニーリングと表面処理を管理するメーカーからの製品は、より短いリードタイムで予測可能なパフォーマンスを提供します。この職務の分離により、信頼性を損なうことなく資本コストが抑制されます。

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成形、溶接、表面仕上げ

317L は他のオーステナイトグレードと同様に成形および溶接が可能ですが、316L よりも加工硬化が速くなります。曲げやチューブの絞り加工にはより大きな力が必要で、機械加工には剛性の高いセットアップ、鋭いインサート、および低い切削速度が必要です。これらの特性は、300 シリーズ ファミリの経験を持つ工場によってよく理解されています。

溶接の場合、AWS ER317L などの適合する溶加材が標準的な選択です。炭素の含有量は 0.030 パーセントに制限されているため、ほとんどの腐食サービスでは重い部分を溶接したままの状態で溶接でき、通常、溶接後の熱処理は必要ありません。必要なのは、通常、酸洗または機械的洗浄とそれに続く不動態化によって、溶接熱の色合いと酸化物を完全に除去することです。熱ティントはそのまま放置すると不動態皮膜を破壊し、隙間攻撃の起点となります。

表面仕上げは化学と同じくらい注目に値します。内面がプロセス流体と接触するチューブでは、粗さが堆積物を捕捉し、堆積物下の腐食を促進します。したがって、要求の厳しいサ​​ービスを目的とした計器管や熱交換器の管には、光沢のある焼きなましまたは研磨されたボアが付いていることがよくあります。

317Lの一般的な用途

グレードは、酸と塩化物が結合する場所に表示されます。典型的なアプリケーションには次のようなものがあります。

• 化学および石油化学処理: 硫酸混合物、有機酸、および塩化物不純物を含むプロセスストリームを処理する配管、容器、熱交換器。
• パルプと紙: 二酸化塩素にさらされたプラントの洗浄機、ミキサー、配管を漂白します。
• 汚染制御: 石炭火力発電所の排煙脱硫スクラバーコンポーネント。
• 医薬品および食品加工: 酸性製品の処理中に、タンクとラインを塩化物含有消毒剤で洗浄します。
• 熱交換器と凝縮器: 冷却水の化学的性質により水側に孔食が発生する恐れのあるバンドル。

熱交換器の使用では、管の金属は一方の側でプロセス媒体に耐え、もう一方の側で冷却水に耐える必要があります。冷却水がきれいでプロセス側がマイルドな場合、実証済み 316L ステンレス鋼熱交換器チューブ 依然として最もコスト効率の高いバンドルの選択肢です。どちらかが攻撃的な場合、317L のモリブデン強化により、10 年間の使用と繰り返しのチューブ交換を分けるマージンが得られます。

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規格、仕様、調達に関する考慮事項

317L パイプとチューブの購入は、注文書にグレードを指定するだけではありません。仕様は製品を制御します。 ASTM A312 はシームレスパイプと溶接パイプを対象としています。 ASTM A269 はチューブをカバーします。 ASTM A213 はボイラーと熱交換器のチューブを対象としています。 ASTM A240 はプレート、シート、ストリップをカバーします。各仕様は、寸法公差、テスト要件、および正しく見えるだけの材料から購入者を保護するマーキングを定義します。

出荷を受け入れる前に、熱番号、完全な化学分析、その熱による引張結果、静水圧または渦電流試験の結果など、工場試験証明書を注文と照合してください。数箇所の肉厚と外径を測定し、表面仕上げが合意された要件に一致していることを確認します。信頼できるサプライヤーは、チューブがどのように焼鈍されたか、材料が酸洗されたか光輝焼鈍されたかどうかも確認します。

さらに実用的な点として、317L は 316L に比べて在庫が少なく、リードタイムが長くなる可能性があります。腐食評価で軽いスケジュールが示された場合は、 耐食化学装置パイプ 316L がその仕事を行うので、スケジュールを短縮し、コストを削減できます。重要なのは、より高価なグレードをデフォルトで選択するのではなく、実際のプロセスデータに基づいて意図的に決定を下すことです。

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317L はプレステージアップグレードではありません。それは腐食の問題に対する計算された答えです。まず、塩化物含有量、pH、温度、ダウンタイムのコストなど、実際のプロセス環境を特徴付けることから始めます。 316L と 317L をこれらの数値と比較し、より高いモリブデン グレードを必要とするストリーム用に確保してください。必要な場合は、認められた基準に照らして購入し、工場の文書を確認し、溶接と表面仕上げに注意してください。不用意に製造すると、たとえ適切なグレードでも失敗するからです。そうしないと、節約された資金によってプロジェクトの競争力が維持されます。この規律が、信頼できるステンレス鋼配管システムと最初の 2 年で故障する配管システムを分けるものです。