鍛造継手とは何ですか?また、知っておくべき種類は何ですか?

鍛造継手とは何ですか?

鍛造継手は、高圧と熱の下で金属を成形し、緻密で強度が高く信頼性の高い製品を生み出す鍛造プロセスを通じて製造される配管接続部品です。溶融金属を型に注入して形成される鋳造継手とは異なり、鍛造継手は固体のまま加工されるため、微細な結晶粒構造が得られ、機械的性能が大幅に向上します。この製造方法により、内部の空隙や多孔性が排除され、鍛造継手は高圧、高温、または腐食環境を伴う用途に対してはるかに優れたものになります。

鍛造継手は、石油・ガス、石油化学処理、発電、医薬品製造、造船などの業界で広く使用されています。幅広い材質、サイズ、圧力定格が用意されているため、要求の厳しい産業シナリオ全体に多用途に使用できます。パイプライン システムについて情報に基づいた意思決定を行う必要があるエンジニア、調達スペシャリスト、プロジェクト マネージャーにとって、基本的なタイプと材料のオプションを理解することは不可欠です。

一般的な鍛造継手の種類

鍛造継手にはさまざまな形式があり、それぞれがパイプライン システム内で特定の機能を果たします。最も一般的に使用されるタイプは次のとおりです。

• 肘: パイプラインの流れの方向を変えるために使用されます。エルボは 45° と 90° の角度があり、障害物の周囲にパイプを配線したり、システム レイアウトで方向転換する場合に不可欠です。
• ティー: 1 つのフローを 2 方向に分割したり、2 つのフローを結合したりできます。等しいティーは 3 つの出口すべてで同じ直径を持ちますが、レデューシング ティーは異なるパイプ サイズに対応します。
• カップリング: 同じ直径の2つのパイプを直線で接続します。フル カップリングは接続を拡張し、ハーフ カップリングはパイプ上の分岐接続に使用されます。
• 組合: カップリングに似ていますが、パイプラインを妨げることなく簡単に取り外しができます。定期的なメンテナンスや機器の交換が必要なシステムに役立ちます。
• キャップ: パイプの端をシールします。鍛造キャップは、高圧ラインに漏れ防止の終端ポイントを提供します。
• プラグとブッシング: プラグは継手の開口部を閉じますが、ブッシングはより小さいパイプに対応するために 1 つの継手のサイズを縮小します。
• 十字架: 本管から流れを3方向に分岐できる四方継手です。一般的ではありませんが、複雑な配信ネットワークでは重要です。
• 乳首: 両端にネジが切られた短いパイプで、2 つの継手を近接して接続するために使用されます。

各継手のタイプには、ソケット溶接 (SW) やねじ込み (NPT/BSP) などのいくつかの端部接続スタイルがあり、ASME B16.11 規格に準拠したさまざまな取り付け方法や圧力クラスに適合します。

材料の選択: 炭素鋼鍛造継手

一般工業用配管の鍛造継手としては、炭素鋼が最も多く指定されている材質です。最も広く使用されているグレードは ASTM A105 で、商業的には WPB として知られており、約 425°C (800°F) までの周囲温度および高温での使用に適しています。低温用途には ASTM A350 LF2 (WPL6) が推奨されます。ASTM A350 LF2 (WPL6) は -46°C (-50°F) まで靭性を維持し、極低温および寒冷気候の環境に適しています。

20# (多くの用途で ASTM A105 に相当) などの中国の標準炭素鋼グレードも、国内プロジェクト、特に発電所や化学処理パイプラインで広く使用されています。これらのグレードは、優れた機械加工性、溶接性、費用対効果を備えており、高い耐食性や極端な温度が主な懸念事項ではない場合のデフォルトの選択肢となります。

ステンレス鋼鍛造継手とそのグレード

耐食性を重視する場合は、ステンレス鋼の鍛造継手が選択されます。材料グレードは、特定の腐食性媒体および使用温度に適合する必要があります。以下は最も重要なグレードの概要です。

接尾辞「H」(例: 321H、347H) は、特定の範囲内でより高い炭素含有量を示し、クリープ強度と高温での長期性能を向上させます。これらのグレードは、発電所の蒸気ラインや製油所の炉ヘッダーにおいて特に重要です。

二相ステンレス鋼: 過酷な環境でのパフォーマンス

二相ステンレス鋼はオーステナイトとフェライトの二相微細構造を特徴とし、応力腐食割れ (SCC) や孔食に対する優れた耐性を維持しながら、標準のオーステナイトグレードの約 2 倍の降伏強度を備えています。この組み合わせにより、海洋石油プラットフォーム、海底パイプライン、海水淡水化プラント、塩化物を多く含む流体を扱う化学処理装置に最適な選択肢となります。

最も一般的なデュプレックス グレードには、約 35 の PREN (孔食抵抗等価数) を持つ業界標準のデュプレックス グレードである S32205 (S31803 とも呼ばれる) があります。さらに要求の厳しい環境では、S32750 や S32760 などのスーパー デュプレックス グレードが使用され、40 を超える PREN 値を達成します。 S31254 (254 SMO とも呼ばれる) および S32507海水および高濃度の塩化物媒体に対して優れた耐性を示します。これらの材料は、二相構造を維持するために慎重な製造が必要であり、シグマ相の析出が発生する可能性があるため、300°C (572°F) を超える温度で長期間使用しないでください。

高温使用用合金鋼鍛造継手

発電および高温プロセスプラントでは、合金鋼鍛造継手は、炭素鋼では長期間の使用期間にわたって安全に管理できない高温と圧力の組み合わせに対処できるように指定されています。このセグメントでは 3 つのグレードが支配的です。

• P11 (ASTM A182 F11): 約 540°C (1000°F) までの使用に適したクロムモリブデン合金。優れた耐酸化性を備え、蒸気ラインや熱交換器のヘッダーによく使用されます。
• P22 (ASTM A182 F22): P11 よりも高いクロムとモリブデンの含有量を含み、使用温度を延長し、耐クリープ性を向上させます。ボイラーシステムや圧力容器の構造に広く使用されています。
• P91 (ASTM A182 F91): 高温特性が大幅に向上した改良型 9Cr-1Mo-V 合金。 P91 継手は、温度が 600°C (1112°F) を超える可能性がある超々臨界 (USC) 発電所や高度な蒸気システムで使用されます。指定された機械的特性を達成するには、溶接前および溶接後の厳密な熱処理プロトコルが必要です。

P91 の不適切な熱処理は、現代の発電所配管における最も重大な故障リスクの 1 つです。エンジニアは、必要な硬度と微細構造を検証するために、すべての P91 鍛造継手に認定熱処理記録が添付されていることを確認する必要があります。

特殊およびエキゾチックな材料: ニッケル合金、ハステロイ、チタン

標準的な鋼が性能の限界に達すると、エンジニアは特殊な高性能合金に目を向けます。これらの材料はかなり高価ですが、最も要求の厳しい使用条件では不可欠です。

ニッケル基合金

インコネル 625 (UNS N06625) やインコネル 825 (UNS N08825) などのニッケル合金は、酸化、浸炭、およびさまざまな攻撃的な化学薬品に対して優れた耐性を示します。インコネル 625 は、980°C (1800°F) までの温度でも強度を維持し、排煙脱硫システム、航空宇宙部品、海中アンビリカル継手などに使用されています。インコロイ 825 は硫酸やリン酸に対する優れた耐性を備えているため、化学産業や石油精製産業で定番となっています。

ハステロイ

ハステロイ grades, particularly Hastelloy C-276 (UNS N10276) and Hastelloy C-22 (UNS N06022), are among the most corrosion-resistant materials available for forged fittings. They resist wet chlorine gas, hypochlorite, chlorine dioxide, and a broad spectrum of oxidizing and reducing acids. These alloys are commonly used in pollution control equipment, pulp and paper bleaching systems, and pharmaceutical reactors where contamination and corrosion must be controlled simultaneously.

チタン合金

チタン鍛造フィッティング (通常、純チタンの場合はグレード 2、高強度の場合はグレード 5/Ti-6Al-4V) は、軽量でありながら極度の耐食性が不可欠な用途に指定されています。チタンは海水腐食の影響をほとんど受けず、塩素、硝酸、および多くの有機化合物に対して優れた性能を発揮します。海水淡水化プラント、海洋熱交換器、海洋用途で広く使用されています。チタンは比較的密度が低い（鋼鉄の約 60%）ため、重量が重要なプロジェクトでも魅力的です。

鍛造継手を管理する主要な規格

鍛造継手 寸法、圧力定格、材料要件、および検査基準を定義する国際的に認められた規格に従って製造およびテストされています。最も重要な規格には、ソケット溶接およびねじ込み鍛造継手に関する ASME B16.11、炭素鋼に関する ASTM A105 および A350、合金およびステンレス鋼に関する ASTM A182、補足寸法要件に関する MSS SP-79、SP-83、および SP-95 が含まれます。これらの規格に準拠することで、グローバル サプライ チェーン全体での互換性、トレーサビリティ、安全性が確保されます。重要なサービス用途の鍛造継手を調達する場合は、必ず材料試験報告書 (MTR) と第三者の検査証明書を要求してください。