316H ステンレス鋼: クリープ強度を強化した高温グレード

316Hステンレス鋼とは何ですか?

316H は、主に高温での使用を目的としたタイプ 316 ステンレス鋼の高炭素バージョンです。接尾辞の H は、0.04 ～ 0.10% の炭素制御範囲を示しており、これは 316L の最大値 0.03% よりも大幅に高くなります。炭素含有量が増えると、約 500 度を超える温度での材料のクリープ破断強度と応力破断寿命が向上するため、316H は、ASME ボイラーおよび圧力容器コード セクション VIII などの高温設計コードによって規定される圧力容器、ボイラー コンポーネント、および配管システムに一般的な選択肢となります。グレードは ASTM A240 (プレート、シート、ストリップ)、ASTM A312 (パイプ)、および ASTM A213 (ボイラーおよび過熱管) で指定されています。

化学成分(wt%)

要素	指定範囲 (ASTM A240/A312、UNS S31609)
炭素	0.04 - 0.10
シリコン、最大	1.00
マンガン、最大	2.00
リン最大	0.045
硫黄、最大	0.030
クロム	16.00 - 18.00
ニッケル	10.00 - 14.00
モリブデン	2.00 - 3.00
鉄	バランス

相当名称：UNS S31609 (ASTM)、EN 1.4407 / X6CrNiMo17-12-2 (EN 10088)、SUS316H (JIS G4303/G4304)。

機械的性質（焼きなまし）

財産	最小値	参照標準
抗張力	515 MPa	ASTM A240 / A312
降伏強度 (0.2% オフセット)	205 MPa	ASTM A240 / A312
伸長	40%(プレート)、35%(パイプ)	ASTM A240 / A312
硬度	最大217HBW	ASTM A240

高温挙動と耐食性

クリープ強度

制御されたカーボン範囲が高温パフォーマンスの鍵となります。カーボンは、約 500 度を超えると急速に強度が低下する低炭素 316L と比較して、固溶体と炭化物の強化によりクリープ破断強度を高めます。実際には、316H は約 500 ～ 870 度の範囲での連続使用向けに指定されており、設計は短期の引張特性ではなくクリープによって決まります。

耐食性

モリブデン含有量が 2 ～ 3% である 316H は、304 や 304H などのモリブデンを含まないグレードに比べて、塩化物含有媒体中での孔食や隙間腐食に対する耐性が大幅に優れています。硫黄を含む高温環境では、モリブデンはスケールの保護にも貢献します。そのため、排ガスや硫黄を含むプロセス流には 316H がよく選ばれます。すべてのオーステナイト グレードと同様に、316H は高温の湿った塩化物使用環境では依然として塩化物応力腐食割れを起こしやすいため、海水または塩水グレードとして扱うべきではありません。

316Hの溶接

溶接金属の炭素とモリブデンの含有量が母材と一致するように、適合する溶加材 (通常は ER316H) を使用して溶接を実行する必要があります。高温設計で ER316L などの低炭素フィラーを使用すると、溶接部のクリープ強度が設計要件を下回る可能性があります。予熱は必要なく、316H では通常、溶接後の熱処理は行われません。溶接構造において鋭敏化が懸念される場合、316Ti や 321 などの安定化グレードが好ましい場合があります。

代表的な用途

ボイラーおよび過熱器のコンポーネント、高温再熱蒸気配管、高温化学反応器、炉のラジアントチューブ、廃棄物焼却熱交換器、沿岸または硫黄含有環境における発電所の配管。このグレードは、モリブデン含有耐食性とクリープ強度の両方が必要とされる高温プロセスラインのフランジ、バルブボディ、継手にも使用されます。

選考ガイダンス

316H は、使用温度が 500 ～ 870 度の範囲にあり、環境に塩化物、二酸化硫黄、プロセス酸などの腐食性種が含まれる場合に適切な選択肢です。 900 度を超える非腐食性の高温使用には、309S や 310S などの耐熱グレードがより優れた耐酸化性を提供します。耐粒界腐食性が優先される 400 ～ 900 度で静的に保持される溶接部品の場合、多くの場合、316Ti などのチタン安定化グレードが好まれます。

よくある質問

Q1: 316Hと316Lの違いは何ですか?316L の炭素含有量は最大 0.03% であるのに対し、316H は 0.04 ～ 0.10% に制御されています。より高い炭素は、約 500 度を超える使用でのクリープ破断強度を高めますが、316L は、鋭敏化に対する耐性のため、溶接室温および穏やかな高温での使用に適しています。

Q2: 316H の溶接にはどの溶加材を使用する必要がありますか?溶接デポジットが母材の炭素およびモリブデン含有量と一致するように、ER316H フィラー ワイヤを推奨します。 ER316L などの低炭素フィラーは、高温でクリープ荷重に耐える必要がある溶接部には適していません。

Q3: 316Hは硫黄を含む高温環境でも使用できますか?はい。モリブデンの添加により、高温での硫黄含有ガスに対する耐性が向上し、316H は通常、温度制限内で動作する排ガスダクト、熱回収装置、硫酸プラントのコンポーネントに指定されます。

Q4: 316Hと316Tiの違いは何ですか?316Ti は耐粒界腐食性のためにチタンで安定化されており、400 ～ 900 度での長期静的使用に適しています。. 316H は、500 ～ 870 度でシャフト、バルブステム、加圧配管などの動的負荷がかかるコンポーネントに対してより高いクリープ強度を提供します。

Q5: カーボン含有量は 316H の性能にどのような影響を与えますか?炭素が 0.04% 未満では、耐クリープ性が低下します。 0.10%を超えると、感作と粒界腐食のリスクが増加します。標準範囲の 0.04 ～ 0.10% は、クリープ強度と溶接性および耐食性のバランスをとります。

Q6: 高温コンポーネントには 316H または 309S が適していますか?腐食性の環境（塩化物、硫黄ガス）および温度が 870 度以下の場合は、316H を選択してください。耐酸化性が基本的な要件である 900 ～ 1000 度での非腐食性酸化サービスには 309S をお選びください。