化学処理におけるオーステナイト系、フェライト系、二相ステンレス

1ページで実践的な選択が可能

化学プラントの作業ルールのみが必要な場合:

• 選択してください オーステナイト系 (e.g., 304L, 316L) 塩化物レベルと温度が中程度であり、製造速度が重要な汎用タンク、配管、熱交換器に適しています。
• 選択してください フェライト系 (e.g., 430, 444, 446) 適切な温度の塩化物含有水に適しています。 低コストで塩化物SCCに対する強い耐性 、そして the duty is not highly reducing/acidic.
• 選択してください デュプレックス (e.g., 2205; super duplex 2507) 塩化物が多いとき（塩水、海水、塩化物塩）、必要なとき より高い耐孔食性 316L よりも厚い場合、または強度により壁の厚さと重量が軽減される場合。

役立つメンタルモデル: オーステナイト系 = easiest to build 、 フェライト系 = cost-effective SCC-resistant 、 デュプレックス = chloride strength premium .

根本的に異なる点: 微細構造と合金化

3 つのファミリーは、腐食挙動、磁性、強度、溶接反応を引き起こす微細構造によって定義されます。

オーステナイト系ステンレス鋼

通常、オーステナイトを安定させるために Ni (またはグレードによっては Mn/N) が多く含まれています。一般的な化学プラントのグレードには 304L および 316L があります。これらは通常非磁性で、優れた靭性を備えており、大規模な成形や溶接が最も簡単です。

フェライト系ステンレス鋼

Crが多く、Niが少ない。微細構造はフェライトです。多くは磁性を持ち、一般にオーステナイトよりも熱膨張が低く、熱伝導率が優れています。最新の安定化フェライト (Ti/Nb 含有) は、薄肉から中程度の部分の溶接に非常に適しています。

二相ステンレス鋼

Cr-Ni-Mo-N のバランスの取れた化学反応により、オーステナイトとフェライトがほぼ 50/50 で混合されます。二重グレードの組み合わせ 高強度 と 強化された塩化物孔食性と耐SCC性 、 but performance depends strongly on correct welding procedures to preserve phase balance.

化学処理において重要な腐食挙動

化学プラントにおいて「最高のステンレス」という答えはひとつではありません。正しい選択は、一般腐食、孔食/隙間腐食、応力腐食割れ (SCC)、または堆積物下腐食のどの腐食メカニズムが支配的であるかによって異なります。

塩化物孔食と隙間腐食

抵抗を比較する実際的な方法は、孔食抵抗当量数 (PREN) であり、多くの場合、PREN ≈ %Cr 3.3×%Mo 16×%N として近似されます。一般に、PREN が高いほど、耐塩化物孔食性が優れていることを意味します。

• 316L 一般的に周りにあります PREN ~24 (典型的な化学)、多くの洗浄水と中程度の塩化物には適していますが、暖かくて濃縮された塩化物や狭い隙間 (ガスケット、堆積物) では穴が開く可能性があります。
• デュプレックス 2205 一般的に周りにあります PREN ~35 、 providing a meaningful step-up for brines, seawater exposure, chloride salts, and high-chloride process streams.
• スーパーデュプレックス2507 を超えることが多い プレン40 、 used when chloride pitting margins must be high (e.g., warm seawater, high-velocity brines, or where crevices are unavoidable).

塩化物応力腐食割れ（SCC）

塩化物 SCC は、塩化物、引張応力、および高温が組み合わさった場合の、オーステナイト系ステンレス鋼の典型的な破損モードです。二相系およびフェライト系は一般に、同等の条件下で塩化物 SCC に対してはるかに高い耐性を示します。

プラントに、高温の塩化物を含む断熱材、ヒートトレース、または蒸発濃縮の周囲で 304/316 に亀裂が発生した履歴がある場合、多くの場合、価値の高い是正措置が講じられます。 二重モードにアップグレードする （または化学が許容する適切なフェライトグレードの選択）さらに、設計上の応力や隙間に対処します。

酸と「非オールステンレス」環境の削減

ステンレス鋼は不動態皮膜に依存しています。強力な還元性の酸や特定のハロゲン化物の化学反応は、不動態を不安定にする可能性があります。これらのサービスでは、正確な化学的性質、温度、汚染物質に応じて、合金の選択が高合金オーステナイト系 (例: 高 Ni/Mo グレード)、または非ステンレス材料 (ニッケル合金、チタン、ライニング鋼) に移行する場合があります。

強度、厚さ、熱挙動

機械的および熱的特性は、ポンパビリティ (振動)、ノズル負荷、熱サイクル、および長い配管と大型タンクの経済性に直接影響します。

降伏強度と壁の減少

一般的な室温での降伏強さ (桁違い) は、圧力がかかるアイテムにとって二相繊維が魅力的な理由を明らかにしています。

• オーステナイト 304L/316L: 多くの場合 ～200～300MPa 歩留まり（焼きなまし状態）。
• デュプレックス 2205: 頻繁に ～450～550MPa 歩留まりが向上し、多くの設計で同じ圧力定格でも薄肉化が可能になります。
• フェライトのグレードは大きく異なりますが、通常はグレードと加工に応じてオーステナイトと二相の間で変化します。

実際の調達では、デュプレックスは、特に長い配管、高圧システム、大口径ヘッダーにおいて、肉厚、溶接量、支持鋼を減らすことで、より高い kg あたりの価格を相殺できます。

熱膨張と熱サイクル

フェライト系ステンレス鋼 generally have lower thermal expansion than austenitics, which can reduce thermal fatigue risk in cycling duties. Duplex typically sits between the two. If your unit sees repeated heat-up/cool-down (CIP/SIP, batch reactors, thermal swings in scrubbers), thermal expansion and joint design can be as important as corrosion resistance.

実際のサービスにおける温度制限

オーステナイト系は一般的な使用では二相よりも高い温度に耐えることが多いのですが、二相は通常、相変化によって靱性/腐食性能が低下する可能性がある高温での長時間の曝露に制限されます。化学プラントでは、これは高温の熱交換器シェル、高温の苛性ループ、および高温の塩化物を含むサービスにとって重要です。

製造と溶接: プロジェクトが成功するか失敗するか

データシートのプロパティの読み間違いが原因で化学処理プロジェクトが失敗することはほとんどありません。失敗するのは、材料の選択が製造の現実 (溶接手順の制御、入熱、酸洗/不動態化、QA 規律) と一致しなかったためです。

オーステナイト系: 製造に最も寛容

• 最も幅広い溶接機に馴染み、幅広い溶加材が入手可能で、ヘッド、コーン、および複雑なノズル形状に対する強力な成形性を備えています。
• 共通の成功要因: 熱による色合いの制御、その後の適切な洗浄/酸洗および不動態化による湿潤ゾーンの腐食性能の回復。

フェライト系: 熱影響部の靭性と安定化を観察する

フェライト系合金は、適切な化学薬品を使用すれば優れた特性を発揮しますが、溶接では、特に厚い部分や安定化されていないグレードの場合、熱影響部での結晶粒の成長や靭性の低下の影響を受けやすくなります。安定化フェライト (Ti/Nb) を選択し、実際の厚さの範囲に応じて手順を確認することが重要です。

二重: 手続きの規律は交渉の余地のないものです

二相の性能は、適切なフェライト/オーステナイトのバランスを維持し、有害な相を回避することにかかっています。そのため、入熱、パス間温度、フィラーの選択、溶接後の洗浄に対してより敏感になります。

1. WPS/PQR を二重専用に認定します。オーステナイト手順を「コピー」しないでください。
2. 材料供給者および手順の資格によって規定されているパス間温度および入熱制限を遵守してください。
3. 後付けではなく、購入仕様書に溶接後の洗浄要件 (熱着色の除去、酸洗い/不動態化) を指定してください。

その見返りは大きいです: デュプレックス can eliminate chloride-SCC-driven rework ただし、製造管理が一貫して実行されている場合に限ります。

一般的な化学処理シナリオと通常何が成功するか

ファミリを理解する最も簡単な方法は、それらをプラントの定期的な業務にマッピングすることです。

一般プロセス配管およびタンク（軽度から中度の腐食）

• 304L : 塩化物が増加していない軽度の腐食性サービス (公共用水、多くの有機物、非塩化物塩) に一般的です。
• 316L : 塩化物や還元性汚染物質が 304L に悪影響を及ぼし始めた場合、特に隙間のある接合部や湿った断熱ゾーンで一般的なアップグレードです。

塩水、海水施設、塩化物塩、および高塩化物ループ

• デュプレックス 2205 ピッチング/隙間マージンおよび耐 SCC の点で 316L を超える実際的なステップとして選択されることがよくあります。
• スーパーデュプレックス2507 多くの場合、高温の酸素を含む塩化物と隙間が共存する場所 (海水の熱交換、ブラインヘッダー、強力な洗浄セクションなど) で正当化されます。

熱交換器およびサーマルサイクルサービス

熱交換器の場合、「最適な」ファミリーはチューブ側とシェル側で異なる場合があります。オーステナイト系は、容易さとコストの点で一般的です。塩化物含有チューブ側の用途にはデュプレックスを選択できます。フェライト系合金は、塩化物 SCC リスクが高く、腐食の程度が中程度である場合に魅力的です。接合部の設計、隙間制御、および洗浄戦略は、グレードの選択と同じくらい重要です。

苛性、酸、および混合化学サービス

混合化学は、多くの場合、ファミリーを切り替えるのではなく、ファミリー内のアップグレード (例: 316L から高合金オーステナイトへ) を推進します。強力な還元酸またはハロゲン化物の化学物質が存在する場合は、ステンレス ファミリを選択する前に、腐食試験データまたは実証済みの現場経験との適合性を確認してください。

仕様とRFQの決定チェックリスト

このチェックリストを使用して、「オーステナイト系、フェライト系、二相系」を調達グレードの決定に変換します。

• 主な腐食リスクを定義します: 塩化物 (孔食/隙間)、 塩化物SCC 、 reducing acids, deposits/crevices, or erosion-corrosion.
• 動作温度と異常温度をキャプチャします。二相合金は、典型的なオーステナイト系合金よりも長時間の高温暴露に対して厳しい制限を必要とする場合があります。
• 製造の現実を定量化します: 厚さ、溶接量、工場の能力、現場溶接の制約、必要な溶接後の洗浄。
• 合金の価格だけでなくライフサイクルコストを評価する: 考慮する 肉厚の減少 （二重化）、ダウンタイムリスク（SCC）、検査・修理負担。
• 合格基準を指定します: フェライト制御 (二重溶接用)、熱着色除去、酸洗い/不動態化、接液部の表面仕上げ。

結論: 対処すべき主要な違い

化学処理の場合、実用的な違いは次のとおりです。 オーステナイト系 ステンレス鋼は最も幅広く、最も製造しやすいベースラインを提供しますが、腐食に対して脆弱です。 塩化物SCC 間違った条件で。 フェライト系 ステンレス鋼は、溶接/厚さの制約が尊重される場合、多くの中程度のサービスにおいて、費用対効果が高く、耐 SCC 性の高い選択肢となります。 デュプレックス ステンレス鋼が提供します 塩化物孔食/SCC 耐性が向上し、降伏強度が約 2 倍になります。 、 making them a strong option for brines, chloride salts, and pressure-containing systems—provided welding and temperature controls are executed rigorously.