904L 対 316L ステンレス鋼: 耐クリープ性と高温限界

オーステナイト系ステンレス鋼の耐クリープ性

クリープは、高温で一定の応力下にある材料の時間依存の変形です。鋼の場合、動作温度が融点に対して十分に高い場合、通常は絶対融解温度の約 0.4 以上である場合、クリープは設計要素になります。これは、オーステナイト系ステンレス鋼の場合、応力レベルと必要な寿命に応じて、クリープの考慮が約 425 ～ 500 ℃で始まることを意味します。耐クリープ性は、化学処理、発電、圧力容器の製造、熱交換器の設計において重要です。ただし、ここで比較した 2 つのグレード、316L と 904L は、主に耐食性を目的として合金化されています。どちらもクリープ範囲での持続的な耐荷重使用を目的としたものではなく、この区別が正しい材料選択の中心となります。

904L および 316L: グレードの概要

316L (UNS S31603、EN 1.4404、JIS SUS316L) は、低炭素モリブデン含有オーステナイト系グレードで、特に塩化物および弱酸性環境における一般腐食用途に広く使用されています。溶接時の鋭敏化を防ぐため、その炭素は最大 0.03% に制限されています。. 904L (UNS N08904、EN 1.4539) は、ニッケル 23～28%、クロム 19～23%、モリブデン 4～5%、銅 1～2% を含む高合金オーステナイトグレードです。硫酸、リン酸、塩化物孔食、隙間腐食に対する耐性を目的として開発され、耐熱グレードではなく完全オーステナイト高合金鋼として分類されます。

化学組成の比較

要素	316L (UNS S31603)	904L (UNS N08904)
炭素、最大 %	0.030	0.020
クロム%	16.0 - 18.0	19.0 - 23.0
ニッケル%	10.0 - 14.0	23.0 - 28.0
モリブデン%	2.0 - 3.0	4.0 - 5.0
銅%	-	1.0 - 2.0
シリコン、最大 %	0.75	1.00
マンガン、最大 %	2.00	2.00

組成制限は両方のグレードの ASTM A240 に従います。

機械的性質の比較（焼きなまし）

財産	316L	904L
引張強さ、最小 MPa	485	490
降伏強さ (0.2%)、最小 MPa	170	220
伸び、最小%	40	35
密度、g/cm3	7.93	8.00

室温では、904L は合金含有量が高いため 316L よりも高い最小降伏強度を示しますが、伸びはわずかに低くなります。どちらの違いも、高温設計では重要ではありません。

高温およびクリープ性能: 規格の内容

どちらのグレードの高温能力にも限界があります。 EN 10028-7 は、圧力用鋼の平板製品に関する欧州規格であり、高温耐強度値は 1.4404 (316L) と 1.4539 (904L) の両方で 400 ℃までしか提供されません。この温度を超えると、持続負荷設計には、これらのグレードに対して標準化されていないクリープ データが必要になります。実際には、どちらの材料も、軽荷重または非圧力コンポーネントに対して約 400 ～ 450 ℃ までの温度で使用されますが、この範囲では 904L は 316L を上回る有意なクリープ利点を提供しません。約 500 ℃を超える応力に耐える必要がある機器の場合、クリープ範囲向けに設計されたグレードが適切な選択です。中程度の塩化物含有用途には H グレード 316H、高温には 321H、酸化が主な用途には耐熱グレード 309S および 310S が選択されます。つまり、316L ではなく 904L を選択する設計要因は、高温強度ではなく、硫酸、リン酸、または塩化物を多く含む媒体における耐食性です。腐食と適度な熱が約 400 ℃まで作用する場合、904L がより耐性のある選択肢となります。本物のクリープ負荷が関係する場合、316L も 904L も適切ではありません。

よくある質問

904Lと316Lではどちらの耐クリープ性が優れていますか?

どちらのグレードも、クリープ範囲での持続的な耐荷重使用については承認されていません。約 400 ～ 500 ℃を超えると、どちらも強度が急速に低下し、904L は 316L を上回る有意なクリープ上の利点を提供しません。クリープ負荷の場合はHグレードまたは耐熱グレードをご指定ください。

904Lは500℃でも使用できますか？

軽負荷または非圧力コンポーネントのみに使用し、注意が必要です。 EN 10028-7 などの規格では、904L の設計データは 400 ℃ までしか提供されておらず、この合金は耐熱グレードとして分類されていません。

316L ではなく 904L を選ぶ理由?

高温の硫酸やリン酸、攻撃的な塩化物、海水熱交換器などの激しい孔食や隙間腐食などの腐食環境が必要な場合には、904L をお選びください。ニッケル、モリブデン、銅の含有量が高いほど、明らかに優れた耐食性が得られます。

904Lは316Lより高価ですか?

はい。 904L はニッケルとモリブデンの含有量が高いため、重量ベースで 316L よりも大幅に高価になります。追加コストが正当化されるのは、316L の耐食性能が不十分な場合のみです。

500℃を超えるクリープ使用にはどのグレードを選択すればよいですか?

約 500 ℃を超える持続負荷の場合は、塩化物腐食も存在する場合は 316H (炭素 0.04 ～ 0.10%)、高温酸化サービスには 321H、または厳しい酸化負荷には 309S および 310S を選択してください。設計の許容応力は、該当する規定に従う必要があります。

904L と 316L は溶接後の熱処理なしで溶接できますか?

どちらも低炭素グレードであるため、通常は腐食環境下で溶体化処理を行わずに溶接したままの状態で使用できます。溶加材のマッチングまたは過合金化が推奨され、904L ジョイントには腐食性能を維持するために高合金溶加材を使用する必要があります。