導入と動作条件
圧力容器鋼板としても知られるボイラー鋼板は、ボイラー、圧力容器、熱交換器の構造用に特別に設計された特殊な熱間圧延鋼板です。建物の静荷重に耐えるように設計された構造用鋼とは異なり、ボイラー鋼板は、 巨大な内圧 と 急速な温度変動という2 つの極端な条件に同時に耐える必要があります。これらのプレートは通常、高圧下、中温 (350°C 以下) で動作しますが、衝撃荷重、疲労応力、水やガスによる腐食にもさらされます。厳しい使用環境では、優れた強度、靱性、溶接性、耐クリープ性と疲労性を備えたプレートが必要です。したがって、ボイラー鋼板は、極限条件下でも高純度で信頼性の高い性能を保証するために、不純物、特に硫黄とリンを最小限に抑えた厳格な品質管理の下で製造されています。
材料の種類と温度サービスによる分類
ボイラー用鋼板は、その材質と使用温度範囲により炭素鋼板と合金鋼板に大別されます。 炭素鋼ボイラープレートは 通常、中温での使用に使用され、さらに一般的な炭素鋼グレード (20g や 22Mng など) と高温用に設計された炭素マンガングレードに分類されます。広く認識されている ASTM A516/ASME SA516 仕様は、中温および低温での使用に適した炭素鋼プレートをカバーしており、グレード 60、グレード 65、グレード 70 などの複数の強度グレードで利用可能です。 合金鋼ボイラー プレートは 、高温および高圧に耐えるためにクロムとモリブデンを配合しています。 ASTM A387/ASME SA387 は、主に高温使用用に設計された溶接ボイラーおよび圧力容器用のクロムモリブデン合金鋼板を対象としています。 ASTM A204/ASME SA204 では、グレード A、B、C で入手可能な炭素モリブデン合金鋼板が指定されています。中国規格 GB/T 713 では、ボイラー鋼を室温/中温炭素マンガン鋼 (20g、22Mng) と高温クロムモリブデン鋼 (15CrMog、12Cr1MoVg) に分類しています。追加の合金グレードには、要求の厳しい圧力容器用途向けの 13MnNiMoR および 15CrMoR が含まれます。
主要な国際規格と仕様体系
ボイラー鋼板は、化学組成、機械的特性、試験方法、寸法公差を定義する厳格な国際規格に従って製造されます。最も広く採用されている規格には、米国の ASTM/ASME 仕様、欧州の EN 10028 、中国の GB/T 713などがあります。.
ASTM /ASME システムは、 ボイラーおよび圧力容器鋼の包括的なフレームワークを提供します。 ASTM A20/A20M は、圧力容器用鋼板の一般要件仕様として機能し、試験手順、許容される寸法変動、品質要件、およびマーキングを概説しています。 ASTM A516/ASME SA516 は、中温および低温での使用に適した主要な炭素鋼仕様です。 ASTM A515/ASME SA515 は、溶接ボイラーの中温度および高温で使用する炭素ケイ素鋼板を対象としています。 ASTM A387/ASME SA387 は、高温使用用のクロムモリブデン合金プレートを指定しています。 ASTM A203/ASME SA203 は、低温用途のニッケル合金鋼板を対象としています。
欧州 EN 10028 規格は、さまざまな材料タイプをカバーする複数の部分に分かれています。 EN 10028-2 は、特定の高温特性を備えた非合金鋼および合金鋼を指定しています。 P355GH は、この規格で広く使用されているグレードであり、優れた高温性能と優れた機械的安定性で知られています。 EN 10028-3 は、低温使用用の細粒鋼を対象としています。 EN 10028-4 はニッケル合金鋼を対象としています。 EN 10028-5 および EN 10028-6 は圧力容器用の高強度構造鋼を対象としています。
中国のGB /T 713 規格は、ボイラーおよび圧力容器の鋼板を規定しており、Q245R、Q345R、Q370R などのグレードと、亜臨界ボイラー要件向けに開発された 19Mng や 22Mng などの高度なグレードをカバーしています。
重要な材料特性と性能要件
ボイラー鋼板は、極限条件下での安全で信頼性の高い動作を保証するために、厳しい材料特性要件を満たさなければなりません。 高い強度 は、蒸気、ガス、または液体による巨大な内圧に耐え、塑性変形や壊滅的な破裂を防ぐために不可欠です。降伏強さと引張強さはグレードごとに指定されており、一般的な値の範囲は低グレードの 235 MPa からグレード 70 鋼の 485 MPa 以上です。
優れた靭性と耐衝撃性が重要です。 特に低温では、ASTM A516 グレード 70 は、周囲温度以下での使用に優れたノッチ靱性を提供します。衝撃試験の要件はグレードと厚さによって異なり、最小衝撃エネルギー値は -46°C の低温で指定されています。
ボイラーや圧力容器の部品は通常溶接によって組み立てられるため、優れた溶接性 が不可欠です。炭素当量値が低いため、熱影響部での水素による亀裂のリスクが最小限に抑えられます。クロムモリブデングレードの場合、亀裂を防止し、適切な機械的特性を確保するために、通常、予熱と溶接後の熱処理が必要です。
耐クリープ性は 、長期間にわたって高温にさらされるプレートにとって重要です。 ASTM A387/A387M 規格は、高温使用向けのクリープ強度が強化されたフェライト鋼に特に対応しています。ボイラープレートは水、蒸気、および潜在的に腐食性ガスにさらされるため、 耐食性 も同様に重要です。硫黄とリンの含有量が最小限に抑えられた高純度により、孔食や応力腐食割れの防止に役立ちます。
入手可能な寸法は 広範囲にわたります: 通常、厚さは 3mm ～ 600mm、幅は 1200mm ～ 4200mm、長さは最大 18,000mm です。
主要な産業用途と最終用途分野
ボイラー鋼板は、高圧、高温の封じ込めが必要な多くの重工業において不可欠な材料です。では 発電分野、これらのプレートは、火力発電所、原子炉、廃棄物エネルギー施設のボイラードラム、蒸気ドラム、過熱器ヘッダー、および圧力部品の製造に使用されます。超臨界および超超臨界ボイラーの厳しい条件には、19Mng や 22Mng などの高度なグレードが必要です。
では 石油化学および化学産業、反応器、熱交換器、蒸留塔、分離器、貯蔵タンク（LPG および LNG 用の球形タンクを含む）、およびアンモニア合成塔の製造にボイラー プレートが不可欠です。 15CrMoR や 13MnNiMoR などのクロムモリブデン グレードは、製油所装置での高温水素サービス向けに指定されています。
石油 ・ガス部門は 、分離器、ノックアウトドラム、ガス処理装置など、上流、中流、下流の工程で圧力容器用のボイラー鋼板に依存しています。これらのプレートは、にも使用されます。 水力発電の 高圧水圧管やタービンスパイラルケース
これらの主要分野を超えて、ボイラー プレートは衛生的な圧力容器を必要とする 製薬 および 食品加工 装置、さらに 造船における 補助ボイラーや圧力含有コンポーネントにも広く使用されています。原子力 産業は、 原子炉圧力容器および格納容器構造用に、9% ニッケル合金鋼板を含む特殊グレードを指定しています。
材料選択のガイドラインとベストプラクティス
適切なボイラー鋼板を選択するには、使用温度、設計圧力、腐食環境、および製造要件を慎重に考慮する必要があります。中程度および低温での使用 (約 350°C 未満) の場合は、 炭素鋼プレートで十分です。 通常、ASTM A516 グレード 70 または中国製 Q245R などの高温での使用には、 クロムモリブデン合金鋼が指定されています。 ASTM A387 グレード 11、22、または 91 などのクリープ強度強化フェライト鋼 (CSEF) は、温度が 600°C を超える超々臨界ボイラー用途に特に適しています。
低温用途 (-20°C 以下) の場合、 ニッケル合金鋼は、必要な靭性と脆性破壊に対する耐性を備えています。 ASTM A203 や 9% ニッケル鋼などの溶接が含まれる場合、鋭敏化と粒界腐食を防ぐために、オーステナイト系ステンレス鋼プレートには低炭素バージョン (例: 304L、316L) が推奨されます。材料特性を維持するには、必要に応じて予熱や溶接後の熱処理を含む適切な溶接手順が不可欠です。品質保証には、工場試験レポート、非破壊検査、および指定されている場合には第三者による検査が含まれる必要があります。
