X11CrMo5-1 / 1.7361鋼ボイラーパイプの紹介
材料の分類
X11CrMo5-1 (EN 10027-2 指定) または1.7361（材料番号）は炭素鋼ではありません、むしろ低{0}}合金クロム-モリブデン鋼高温用途向けに特別に設計されています。-これは重要な違いP355NH や 16Mo3 などの前述の材料とは、特性を向上させるための十分なクロム含有量が含まれているためです。
正しい分類:
低-合金クリープ-耐熱性-鋼（クロム基5%）
主な特徴と用途
材質指定の内訳:
X: 高合金鋼を示します-（「炭素鋼」の分類に矛盾します）
11: 約. 1.1%のクロム含有量（実際には4.0～6.0%の範囲）
Cr：クロム合金元素
モー：モリブデン合金元素
5: 約. 0.5%のモリブデン含有量
1: この合金グループの最初のバリアント
特徴的な機能:
耐酸化性の向上：クロム含有により、水蒸気酸化やスケーリングに対する優れた耐性を提供します。
高いクリープ強度：600度までの高温でも機械的特性を維持します。
耐焼戻し脆性: 高クロム鋼と比較して脆化に対する感受性が低い
優れた熱疲労耐性: 温度サイクルが発生するコンポーネントに適しています
主な用途:
過熱器および再熱器管高効率ボイラーでの-
蒸気配管従来型および複合サイクル発電所における
熱交換器チューブ石油化学処理において
分解炉管製油所で
高温ヘッダー-そして多様体
廃棄物-から-エネルギープラントに含まれる成分
一般的なサービス条件:
温度範囲：500度～600度(16Mo3以上)
プレッシャー： まで250バール
耐用年数: 向けに設計100,000～200,000時間設計温度で
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 - 0.15 | 0.10 - 0.13 | 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) | 0.30 - 0.70 | 0.40 - 0.60 | 強度、硫化物制御 |
| リン(P) | 0.025以下 | 0.020以下 | 不純物管理 |
| 硫黄(S) | 0.015以下 | 0.010以下 | 不純物管理 |
| クロム(Cr) | 4.00 - 6.00 | 4.80 - 5.20 | 耐酸化性、クリープ強度 |
| モリブデン(Mo) | 0.45 - 0.65 | 0.50 - 0.60 | 耐クリープ性、炭化物安定化 |
| ニッケル(Ni) | 0.30以下 | 0.25以下 | 残留要素 |
| アルミニウム(Al) | 0.040以下 | 0.030以下 | 粒子の微細化 |
| ニオブ(Nb) | -- | -- | 通常は追加されません |
| バナジウム(V) | -- | -- | 通常は追加されません |
| 窒素(N) | 0.030以下 | 0.020以下 | 制御された添加 |
表 2: 室温での機械的特性
| 財産 | 標準要件 | 試験条件 | 注意事項 |
|---|---|---|---|
| 降伏強さ(Rp0.2) | 280MPa以上 | 正規化+強化 | 最小値 |
| 引張強さ(Rm) | 450 - 600 MPa | 正規化+強化 | フルレンジ |
| 伸び(A) | 20%以上 | L₀=5.65√S₀ | 最小値 |
| 衝撃エネルギー (KV) | 40 J 以上 (平均) | +20度 | シャルピー V-ノッチ |
| 硬度 | 160 - 210 HB | ブリネル | 代表的な範囲 |
表 3: 高温特性
| 温度（度） | 450 | 500 | 525 | 550 | 575 | 600 | 625 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 最小Rp0.2(MPa) | 240 | 225 | 215 | 205 | 195 | 185 | 175 |
| クリープ強度 Rₚ 1% | 130 | 100 | 85 | 70 | 55 | 45 | 35 |
| クリープ破断強度 | 180 | 140 | 120 | 100 | 80 | 65 | 50 |
| 許容応力(MPa)* | 120 | 95 | 82 | 70 | 58 | 48 | 38 |
温度における 100,000 時間の耐用年数の値
表4：関連鋼種との比較
| パラメータ | X11CrMo5-1 | 16Mo3 | 13CrMo4-5 | 10CrMo9-10 | X20CrMoV11-1 |
|---|---|---|---|---|---|
| 材料番号 | 1.7361 | 1.5415 | 1.7335 | 1.7380 | 1.4922 |
| クロム含有量 | 5% | <0.3% | 1% | 2.25% | 11% |
| 最小降伏量(MPa) | 280 | 280 | 310 | 280 | 490 |
| 最高温度 (度) | 600 | 550 | 560 | 580 | 620 |
| 耐酸化性 | とても良い | 公平 | 良い | とても良い | 素晴らしい |
| 耐クリープ性 | とても良い | 良い | とても良い | 素晴らしい | 優れた |
| 溶接性 | 介護が必要 | 良い | 介護が必要 | 難しい | とても難しい |
| コスト要因 | 2.0 | 1.0 | 1.5 | 2.2 | 3.5 |
製造・加工
製造プロセス:
文章
電気炉 → AOD/VOD 精錬 → 連続鋳造 → 造管（シームレス：押出または穿孔、溶接も可能だが一般的ではない） → 焼きならし（950 ～ 980 度） + 焼き戻し（730 ～ 780 度） → 冷却 → 試験 → 最終検査
熱処理要件:
正規化: 950～980度、その後空冷
テンパリング：730～780度で2～4時間
-溶接後の熱処理: すべての厚さで必須
最終的な微細構造: 焼き戻しベイナイト/マルテンサイト
重要な溶接技術:
文章
溶接の課題: • クロム含有量による空気-硬化傾向 • HAZ での冷間割れのリスク • 溶接部での硬質マルテンサイトの形成 • 焼き戻し脆化のリスク 溶接プロセス: • 特別な低水素電極を備えた SMAW • ルートパス用の GTAW（推奨方法） • 適切なフラックスとワイヤの組み合わせによる SAW • 水素リスクのため GMAW の使用は限定的 必須手順: 1. 予熱: 200-250 度 (最低) 2. パス間温度: 250 ～ 300 度 3. 溶接後熱処理: • 温度: 730 ～ 780 度 • 時間: 2 ～ 4 時間 (25mm あたり最低 1 時間) • 冷却速度: 150 度/時間以下から 400 度まで 4.水素制御：<3 ml/100g deposited metal Filler Materials: • EN ISO 18276: S CrMo 5 (matching composition) • EN ISO 16834-A: G 42 6 M G3Si1 • Often undermatching compositions used to improve weld toughness
設計上の考慮事項
X11CrMo5-1 の利点:
優れた温度特性：16Mo3より50度高い
優れた耐酸化性: クロム含有により過度のスケールを防止します。
優れたクリープ延性：高級クロム鋼よりも優れています。
確かな実績: ヨーロッパの電力業界で広く使用されています
バランスのとれた特性：このクラスとしては強度、延性、溶接性の優れた組み合わせ
制限事項と注意事項:
溶接の複雑さ: 経験豊富な溶接工と厳格な手順が必要
PWHT 必須：フィールドアプリケーションでは避けられません
ノッチ感度: 高温では中程度の感度
黒鉛化のリスク: 特定の温度範囲で長時間可能
数量限定: 16Mo3 などの標準グレードよりも一般的ではありません。
設計パラメータ:
デザインコード: EN 12952、EN 13480、ASME セクション I
安全係数: 100,000時間のクリープ破断で1.5
腐食代: 0-2mm (環境による)
最低設計温度：0度（衝撃試験によりそれ以下）
疲労に関する考慮事項: 循環サービスにとって重要
微細構造の特徴
相変換動作:
オーステナイト化温度: 950-1000度
臨界冷却速度：5%Crにより中程度に高い
変革製品：ベイナイト、マルテンサイト
テンパリング応答性：550度付近で二次硬化ピーク
-長期的な微細構造の安定性:
炭化物の析出: M₂₃C₆、M₇C₃、Mo₂C の生成
炭化物の粗大化：サービス中に徐々に成長
ラベス相の形成: 長時間露光後も可能
回復プロセス：転位密度の低減
品質保証と基準
認定要件:
EN 10204 3.1 または 3.2 証明書
溶解作業を含む完全なトレーサビリティ
Cr、Mo含有量の検証を伴う完全な化学分析
室温および高温での機械試験
非破壊検査（UT、RT、ET、PT）-
断面にわたる硬度調査
微細構造と粒子サイズのレポート
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、特定の PWHT 要件
検査基準：EN10246シリーズ
特別なテスト (重要なアプリケーション):
クリープおよび破断試験：設計検証用
応力緩和試験：ボルト締め用途
熱疲労試験: 循環サービスコンポーネントの場合
微細構造解析: 炭化物の特性評価のための TEM/SEM
焼入性試験: Jominy または類似のテスト
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:
クリープダメージ: 主な寿命-制限メカニズム
酸化: 内部（蒸気-側）および外部
微細構造の劣化：炭化物の粗大化、相変化
熱疲労: 周期的に動作するコンポーネント内
黒鉛化: 特定の温度範囲内 (まれ)
検査と監視:
通常のNDT: クリープボイドの超音波検査
レプリケーション顕微鏡：微細構造評価用
硬度モニタリング：軟化を検知する場合
寸法チェック：クリープひずみ測定
表面検査：酸化、スケール除去用
余寿命評価方法:
ラーソン・-ミラー・パラメータ: 温度-時間履歴に基づく
クリープひずみ測定: ダイレクトモニタリング
微細構造評価: 定量的金属組織学
硬度-温度の相関：間接法
サンプルの取り出しと検査: 最も正確な方法
選定ガイドライン
X11CrMo5-1が適切な場合:
温度要件: 550-600度の動作範囲
酸化の懸念: スケーリングに問題がある環境
実証済みの設計: 既存のプラント仕様または置き換え
ヨーロッパのプロジェクト: この材料が一般的に指定される場所
バランスのとれた要件: 高温性能を伴う良好な溶接性の必要性
代替案を検討する場合:
550度以下: 16Mo3 または 13CrMo4-5 の方が経済的かもしれません
600度以上: 9-12% クロム鋼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
限られた製造施設: 適切な PWHT が保証できない場合
ASME コードプロジェクト: 同等の ASTM 仕様 (A335 P5) 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 P5 | 似ているが同一ではない構成 |
| ディン | 12CrMo195 | 古いドイツの呼称 |
| ISO | 11CrMo5-1 | 同様の仕様 |
| ASME | SA335 P5 | セクション I および VIII は受け入れ可能 |
最新のアプリケーションと開発
現在の使用傾向:
改修プロジェクト: 既存プラントの古いコンポーネントの交換
バイオマスプラント: 特定のバイオマス燃料-ボイラーセクションに適しています
廃棄物を-エネルギーに-: 特定の温度帯での適用が限定される
複合サイクル: 排熱回収ボイラ部
素材開発:
改良されたバリアント: より優れた特性を実現するための強化された純度バージョン
溶接の革新: 新しい溶加材と手順
寿命延長: 劣化メカニズムの理解が深まる
デジタルツイン: 予知保全のための監視システムとの統合
経済的考慮事項
コスト要因:
材料費: 炭素鋼よりも 2 ～ 3 倍高価
製造コスト: 溶接と熱処理が必要なため、より高くなります。
ライフサイクルコスト：寿命が長いため有利な場合が多い
可用性の問題: プロジェクトのスケジュールに影響を与える可能性があります
総所有コストの分析:
文章
初期コスト: 高い 設置コスト: 高い メンテナンスコスト: 中程度の交換コスト: 高い 耐用年数: 長い (20+ 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有利
まとめ：X11CrMo5-1 は、重要な中間材料耐クリープ鋼-ファミリーの一員であり、16Mo3 などの低合金鋼-と X20CrMoV11-1 などの高クロム鋼-の間のギャップを橋渡しします。その5% のクロム含有量がバランスのとれた組み合わせを実現耐酸化性とクリープ強度に優れており、要求の高い高温用途-炭素鋼は不十分ですが、高級合金は不必要か非経済的です。その内容を正しく理解することで、溶接要件と熱処理の必要性ボイラーや圧力容器の建設に適切に適用するには不可欠です。
