13CrMo4-5 / 1.7335 鋼ボイラーパイプの紹介
材料の分類
13CrMo4-5（材質番号）1.7335） は炭素鋼ではありませんしかし、低{0}}合金クロム-モリブデン鋼ボイラーや圧力容器での高温使用向けに特別に設計されています。このマテリアルは、中級普通炭素鋼と高合金耐クリープ鋼の間で、特定の温度範囲でバランスのとれた特性の組み合わせを提供します。{0}
正しい分類:
低-合金クリープ-耐熱性-鋼（クロム基1.25%）
材質指定の内訳:
13：クロム含有量約1.3％（実際には0.7～1.2％の範囲）
Cr：クロム合金元素
モー：モリブデン合金元素
4-5: クロム (~1%) とモリブデン (~0.5%) の両方の含有量を示します。
代替名称:1Cr-0.5Mo鋼、1.25Cr-0.5Mo（おおよその組成）
主な特徴と用途
特徴的な機能:
強化された耐クリープ性: 高温において普通炭素鋼よりも優れています。
良好な溶接性: 高級クロム鋼より優れていますが、炭素鋼よりも注意が必要です
耐酸化性：クロム含有により炭素鋼よりも改良されています。
耐焼戻し脆性: 一部の高級合金グレードよりも優れています
良好な加工性：標準装備で成形・加工可能
歴史的背景:
20世紀半ばに開発された中温用途向け
ヨーロッパの適応1.25Cr-0.5Mo などの同様の米国グレード
広く使用されている従来の発電所やプロセス産業で
実証済みの信頼性豊富なサービス実績がある
主な用途:
ボイラードラムとヘッダー
過熱器管そしてサポートします
蒸気配管従来の発電所では
熱交換器チューブ製油所で
圧力容器化学処理用
地域暖房システムのコンポーネント
一般的なサービス条件:
温度範囲: 450℃～550℃(最適温度475～525℃)
プレッシャー： まで150バール通常
耐用年数: 100,000～150,000時間設計温度で
経済範囲: 温度機能の点で最もコスト効率が高い-
技術仕様
表 1: 化学組成要件 (EN 10216-2)
| 要素 | 標準範囲(%) | 一般的な分析 (%) | 機能的な役割 |
|---|---|---|---|
| カーボン(C) | 0.08 - 0.18 | 0.10 - 0.15 | 強度、炭化物生成 |
| シリコン（Si） | 0.10 - 0.35 | 0.15 - 0.30 | 脱酸素剤 |
| マンガン(Mn) | 0.40 - 1.00 | 0.60 - 0.90 | 強度、硫化物制御 |
| リン(P) | ≤ 0.025 | ≤ 0.020 | 不純物管理 |
| 硫黄(S) | ≤ 0.015 | ≤ 0.010 | 不純物管理 |
| クロム(Cr) | 0.70 - 1.20 | 0.90 - 1.10 | 耐酸化性、クリープ強度 |
| モリブデン(Mo) | 0.40 - 0.60 | 0.45 - 0.55 | 耐クリープ性、炭化物安定化 |
| ニッケル(Ni) | ≤ 0.30 | ≤ 0.25 | 残留要素 |
| アルミニウム(Al) | ≤ 0.040 | ≤ 0.030 | 粒子の微細化 |
| 銅(Cu) | ≤ 0.30 | ≤ 0.25 | 残留要素 |
| バナジウム(V) | -- | -- | 通常は追加されません |
| ニオブ(Nb) | -- | -- | 通常は追加されません |
| 窒素(N) | ≤ 0.012 | ≤ 0.010 | 制御された添加 |
表 2: 室温での機械的特性
| 財産 | 標準要件 | 代表的な値 | 試験条件 |
|---|---|---|---|
| 降伏強さ(Rp0.2) | ≧310MPa | 320～400MPa | 正規化+強化 |
| 引張強さ(Rm) | 460 - 590 MPa | 480～550MPa | 正規化+強化 |
| 伸び(A) | ≥ 22% | 24-30% | L₀=5.65√S₀ |
| 面積の縮小(Z) | -- | 60-75% | 横方向 |
| 衝撃エネルギー (KV) | ≥ 40 J (平均) | 50-100 J | +20℃ |
| 硬度 | 140 - 195 HB | 150-180HB | ブリネル |
表 3: 高温特性
| 温度(℃) | 400 | 450 | 475 | 500 | 525 | 550 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 最小Rp0.2(MPa) | 260 | 240 | 225 | 210 | 200 | 190 |
| 10⁵h クリープ強度 | 110 | 70 | 55 | 40 | 30 | 22 |
| 許容応力(MPa) | 96 | 68 | 55 | 43 | 33 | 25 |
| vs. 16Mo3 | +10% | +25% | +35% | +40% | +45% | +50% |
| 対P460NH | +20% | +30% | -- | -- | -- | -- |
表4：関連鋼種との比較
| パラメータ | 13CrMo4-5 | 16Mo3 | 10CrMo9-10 | P460NH | X11CrMo5-1 |
|---|---|---|---|---|---|
| 材料番号 | 1.7335 | 1.5415 | 1.7380 | 1.8949 | 1.7361 |
| Chrome コンテンツ | 1% | <0.3% | 2.25% | <0.3% | 5% |
| モリブデン | 0.5% | 0.3% | 1% | <0.08% | 0.5% |
| 最小降伏量(MPa) | 310 | 280 | 280 | 460 | 280 |
| 最高温度 (°C) | 560 | 550 | 580 | 550 | 600 |
| 耐クリープ性 | 良い | 適度 | とても良い | 限定 | とても良い |
| 溶接性 | 良い | 良い | 難しい | 良い | 介護が必要 |
| コスト要因 | 1.4 | 1.0 | 1.8 | 1.3 | 1.7 |
製造・加工
製造プロセス:
文章
塩基性酸素・電気炉 → 取鍋処理 → 連続鋳造 → 造管（シームレスまたは溶接） → 焼ならし（900～950℃）＋焼戻し（650～700℃） → 冷却 → 試験 → 最終検査
熱処理要件:
正規化：900～950℃後空冷
テンパリング：650～700℃、1～2時間
-溶接後の熱処理: 厚さ > 10-15mm に必要
最終的な微細構造: 冷却速度に応じてフェライト-パーライトまたはベイナイト
溶接技術:
溶接特性:
中程度の硬化性：高級クロム鋼以下
良好な溶接金属特性: 適切な手順で
PWHTが必要です: ストレスを軽減するためのほとんどのアプリケーション向け
水素制御：ひび割れ防止に重要
推奨される溶接手順:
文章
溶接前要件: • 材料認証のレビュー • 溶接手順認定（WPQR） • 溶加材の選択 予熱要件: • 最低 150-200°C • 厚さと拘束に応じて増加 溶接プロセス: • 基本的な低水素電極を使用した SMAW • ルートパス用の GTAW（推奨） • 縦方向の継ぎ目用の SAW • 適切な GMAWガスシールド パス間温度: • 最高: 250-300°C • 継続的に監視する 溶接後熱処理: • 温度: 650-700°C • 時間: 1-2 時間 (最小 1 時間/25mm) • 加熱/冷却速度: ≤ 200°C/時間 • 応力除去と HAZ 軟化に不可欠 フィラー材料: • 適合: EN ISO 16834-A: G 42 4 M M1Mo ・共通電極：E9015-B3（AWS）または同等品
設計上の考慮事項
13CrMo4-5 の利点:
実証済みの信頼性：電力業界での豊富なサービス実績
費用対効果の高い-：使用温度範囲の割に経済的
良好な加工性：曲げ、成形、加工が容易に行えます。
予測可能な動作:-材料の特性をよく理解しています
コードの受け入れ: すべての主要な設計コードで広く受け入れられています
制限事項と注意事項:
温度制限: 560°C を超える温度では長期使用には適しません-
黒鉛化のリスク: 延長使用後の特定の条件下での可能性
PWHTの要件: 圧力を伴う溶接では多くの場合必須です-
中程度の強度: 一部の代替材料よりも低い
酸化限界: 攻撃的な環境では保護が必要な場合があります
設計パラメータ:
安全係数: クリープ破断強度は通常 1.5
腐食代: 使用環境に応じて1-2mm
最低設計温度：-10℃（衝撃試験により低下）
疲労に関する考慮事項: 循環サービスコンポーネントにとって重要
微細構造の特徴
相変換:
オーステナイト化温度：900～950℃
臨界冷却速度： 適度
変革製品：パーライト、ベイナイト可
テンパリング応答性：安定炭化物（M₃C、M₇C₃）
長期的な安定性:-
炭化物の粗大化: M₃C から M₇C₃ への変換
黒鉛化のリスク: 特定の温度範囲で (まれに)
球状化：パーライトの経年劣化
クリープキャビテーション: 長期間の高温使用後-
品質保証と基準
認定要件:
EN 10204 3.1 または 3.2 材質証明書
熱/ロット番号までの完全なトレーサビリティ
完全な化学分析
機械的試験レポート（室温）
非破壊検査レポート-
熱処理記録
適用規格:
製品規格: EN 10216-2 (シームレス)、EN 10217-2 (溶接)
材質規格: EN 10028-2
試験基準: EN ISO 6892-1、EN ISO 148-1
溶接規格:EN ISO 15614-1
デザインコード: EN 12952、EN 13480、ASME セクション I
特別なテスト (必要に応じて):
クリープ試験: クリティカルなアプリケーション向け
硬度調査：母材、HAZ、溶接金属
微細構造検査: 粒度評価
曲げ試験：溶接施工資格取得用
サービスのパフォーマンスとメンテナンス
劣化のメカニズム:
クリープ: 設計温度における主な寿命-制限要因
酸化: 外部と蒸気側の両方-
黒鉛化: 非常に長期間使用した後の溶接 HAZ 内 (まれ)
熱疲労: 温度サイクルのあるコンポーネント内
腐食: 特定の攻撃的な環境において
検査と監視:
定期的な目視検査：表面劣化用
超音波検査：クリープ損傷検出用
レプリケーション顕微鏡：微細構造評価用
硬さ試験：軟化を検知する場合
寸法チェック：クリープひずみ測定用
余命診断:
動作履歴（温度、時間）に基づく
クリープひずみ測定
微細構造評価
重大な場合のサンプルテスト
経済的考慮事項
コスト要因:
材料費：炭素鋼より30～40％多い
製造コスト: 溶接要件により中程度の増加
ライフサイクルコスト：温度下での寿命が長いため有利
可用性: 欧州市場で好調
総所有コスト:
文章
初期コスト: 中程度 設置コスト: 中程度 メンテナンスコスト: 低から中程度 交換コスト: 中程度 耐用年数: 通常 20 ～ 25 年 全体的な経済性: 設計されたアプリケーションにとって非常に有利
選定ガイドライン
13CrMo4-5 が適切な場合:
温度要件：動作範囲475～525℃
経済プロジェクト: コストパフォーマンスのバランスが重要な場合-
実証済みの設計: サービス履歴が確立されているコンポーネントの場合
優れた加工性が必要: 複雑な形状または広範囲の溶接
規範への準拠: ヨーロッパのデザインコードを使用したプロジェクト
代替案を検討する場合:
475℃以下: P460NH などの方が経済的かもしれません
525℃以上: 10CrMo9-10 などを検討してください。
非常に周期的なサービス: 異なる材料の選択が必要な場合があります
過酷な環境: より多くの耐腐食性の素材が必要です-
非常に高い圧力: より高強度の材料が必要な場合があります
同等の仕様:
| 標準 | 相当グレード | 注意事項 |
|---|---|---|
| ASTM | A335 P11 | 同様の組成、異なる特性 |
| ASME | SA335 P11 | セクション I および VIII は受け入れ可能 |
| ディン | 15CrMo5 | 古いドイツの呼称 |
| ISO | 12CrMo4-5 | 同様の仕様 |
最新のアプリケーションとトレンド
現在の使用状況:
従来型発電所：既存施設でも広く利用されている
延命プロジェクト: 老朽化したコンポーネントの交換
工業用ボイラー：プロセス蒸気発生用
コージェネレーションプラント: 熱電併給システム
再生可能エネルギーの統合: バックアップおよびバランス電源
今後の展望：
段階的な置き換え: 高効率プラントの新しい材料による-
継続使用: レトロフィット市場およびメンテナンス市場
特別な用途: その特定の特性が最適な場所
標準化: すべての主要な設計コードに依然として含まれています
主な代替品との比較分析
対. 16Mo3:
アドバンテージ: 475℃以上でのクリープ強度が向上
短所：高コスト、より複雑な溶接
決定点: ~475°C 動作温度
対 P460NH:
アドバンテージ: 優れた高温特性-
短所: 室温強度が低い
決定点: 温度と圧力の要件
対 X11CrMo5-1:
アドバンテージ：溶接性向上、コストダウン
短所: 低温対応
決定点: 使用温度限界525℃
まとめ：13CrMo4-5 は、-確立された信頼性の高い素材電力およびプロセス産業の中温用途向け。その耐クリープ性、加工性、コストのバランスの取れた組み合わせそれを作りました標準的な選択数十年にわたって 475-525°C の範囲で運転されるボイラードラム、ヘッダー、配管システムに最適です。新しい材料は改善された高温性能を提供しますが、13CrMo4-5 はその実証済みの実績、優れた可用性、有利な経済性が最適なソリューションを提供する用途に引き続き指定されています。適切な注意溶接手順と熱処理はアプリケーションを成功させるために不可欠ですが、これらの要件は高合金鋼ほど厳しくないため、幅広い製造業者やオペレーターが利用できます。
