ボイラーチューブグレード — ASTM A192、A210、A213 & SA-106: 仕様、温度制限、および選択ガイド

間違ったボイラーチューブのグレードを選択しても、調達に問題があるわけではありません。それは、エンジニアリング上の失敗が待っているということです。クリープ限界を超えて使用された炭素鋼管は、長年の使用による微細構造の劣化によって破損します。適切な PWHT なしで指定された合金鋼管は、数か月以内に溶接 HAZ で亀裂が発生する可能性があります。また、ASME BPVC セクション II の許容応力表を確認せずに、あるグレードを「類似」グレードに置き換えると、圧力容器の認証が無効になる可能性があります。

ZC Steel Pipe は、ASTM A192、A210、A213、ASME SA-106 に準拠したシームレスボイラーチューブと熱交換器チューブを炭素鋼およびクロムモリブデン合金グレードで製造しています。当社は、アフリカ、中東、南米全域のボイラー製造業者、発電所請負業者、石油化学プラント建設業者に製品を供給しています。このガイドでは、各グレードの内容、できることとできないこと、およびアプリケーションに合わせてグレードを選択する方法について説明します。

1. ボイラーチューブ規格の概要

4 つの規格はすべてシームレスです。溶接シームは応力が集中し、周期的な熱環境では腐食が発生する可能性があるため、伝熱サービス用のボイラー チューブは事実上溶接されません。規格は、合金含有量、強度レベル、および持続的な圧力使用において安全であるためにグレードが適切なクリープ強度を維持する最高温度が異なります。

通常、ボイラーチューブの選択の分かれ目は温度です。炭素鋼グレード (A192、A210、SA-106) は、約 450°C までの使用に適しています。それを超えると、炭素鋼のクリープ速度が許容できないほど高くなり、低合金グレード (A213 T11、T22) を使用する必要があります。約 580°C を超える温度では、最新の超臨界および超超臨界ボイラー設計には高度な 9Cr グレード (A213 T91) が必要です。

2. 炭素鋼ボイラー管 — A192 および A210

2.1 ASTM A192 — 最小壁炭素鋼

ASTM A192 は、最もシンプルで最も経済的なボイラーチューブのグレードです。これは、最大炭素含有量が 0.18%、最小引張強度がわずか 325 MPa (47 ksi) である最小肉厚のシームレス炭素鋼鋼管です。炭素含有量が低いため、溶接性が向上し、熱サイクル中に粒界で炭化物が析出するリスクが軽減されます。

A192 は、水管ボイラー ドラム、マッド ドラム、および約 425°C 以下で作動するユーティリティおよび工業用ボイラーの低温水壁チューブに使用されます。天井の強度が低いため、最新の高圧ボイラーでの過熱器や再熱器の使用には適していません。

2.2 ASTM A210 — 中炭素鋼ボイラー管

ASTM A210 は、炭素とマンガンの含有量がわずかに多いため、A192 よりも優れた強度を提供します。 2 つのグレードで生産されています。

• グレード A-1 : 最小引張 415 MPa (60 ksi)、最小降伏 255 MPa (37 ksi)。水壁、エコノマイザー、および下位過熱器サービスのより一般的なグレード。

• グレード C : 最小引張 485 MPa (70 ksi)、最小降伏 275 MPa (40 ksi)。より要求の厳しい炭素鋼ボイラー用途向けの高強度。 A-1 ほど指定されることは多くありません。

3. 合金鋼ボイラー管 — ASTM A213

ASTM A213 は、ボイラー、過熱器、熱交換器用のシームレスなフェライト系 (クロム モリブデン) およびオーステナイト系 (ステンレス) 合金鋼管を幅広くカバーしています。フェライト系グレードは T という接頭辞 (T11、T22、T91) で指定され、オーステナイト系グレードは TP (TP304、TP316、TP321 など) で指定されます。

クロムモリブデン (CrMo) 合金システムは、高温ボイラー管冶金の主力製品です。クロムを添加すると耐酸化性と高温強度が向上します。モリブデンを添加するとクリープ強度が向上します。 T11 (1 1/4 Cr-1/2 Mo) から T22 (2 1/4 Cr-1Mo)、そして T91 (9Cr-1Mo-V 修正) まで両方の温度を高めると、温度上限が徐々に広がり、長期のクリープ寿命が向上します。

4. A213 T11 — 1 1/4Cr-1/2Mo

T11 は、炭素鋼の温度制限を超えてボイラーチューブに使用するためのエントリーレベルの合金グレードです。約 570 °C までは良好な耐酸化性があり、450 ～ 570 °C の範囲では炭素鋼と比較してクリープ強度が向上します。 T11 は、亜臨界および超臨界ボイラーの過熱器出口管、再熱器入口セクション、および低温過熱器管回路で一般的に使用されます。

T11 は通常、薄肉の場合は予熱なしで溶接可能ですが、ASME BPVC に基づく特定の厚さのしきい値を超える PWHT が必要です。 1 1/4 Cr 含有量のため、PWHT 中に 370 ～ 565 °C の範囲で冷却が遅すぎると焼き戻し脆化が起こりやすくなります。炉の冷却速度を制御する必要があります。

5. A213 T22 — 2 1/4Cr-1Mo

T22 (21/4Cr-1Mo) は、数十年にわたり、高温ボイラーの過熱器および再熱器のサービスに主力合金として使用されてきました。 T11 と比較してクロムとモリブデンの含有量が高いため、540 ～ 580 °C の範囲での耐クリープ性が向上し、蒸気側および火側への曝露に対する耐酸化性が向上します。 T22 は、高温過熱器出口管、再熱器出口ヘッダー、および亜臨界温度範囲の上部で動作するあらゆるボイラー管回路に使用されます。

6. A213 T91 — 9Cr-1Mo-V (修正)

T91 は、バナジウム、ニオブ、窒素で改質されたマルテンサイト 9Cr-1Mo 合金で、未改質の 9Cr-1Mo グレード (T9) と比較してクリープ強度が劇的に向上しています。最小引張強さは 585 MPa、最小降伏強度は 415 MPa で、どちらも T11 や T22 よりも大幅に高いため、同じ圧力定格でチューブ壁を薄くすることができ、熱サイクル応力が軽減され、熱伝達効率が向上します。

T91 は、蒸気温度が 580°C を超える高度な超臨界 (SC) および超超臨界 (USC) ボイラー設計の標準材料です。これは、現代の発電所ボイラーの高温過熱器出口管、高温再熱配管、高圧蒸気ヘッダーに使用されています。

7. SA-106 グレード B — ボイラーサービス用シームレス炭素鋼

ASME SA-106 (ASTM A106 に相当) は、高温使用用継目無炭素鋼鋼管仕様です。これはチューブ仕様ではなく、チューブではなくパイプを対象とし、伝熱表面チューブではなく、主に蒸気ヘッダー、ボイラー接続配管、給水ライン、蒸気分配本管に使用されます。 3 つのグレードは次のとおりです。

• グレード A : 最小引張 330 MPa (48 ksi)。指定されることはほとんどありません — グレード B が標準的な選択肢です。

• グレード B : 最小引張 415 MPa (60 ksi)、最小降伏 240 MPa (35 ksi)。ボイラーおよび圧力容器の配管に使用される主要なグレードです。

• グレード C : 最小引張力 485 MPa (70 ksi)。周囲温度から中程度の温度で高圧が必要な場合に使用されます。

SA-106 グレード B は、炭素鋼のクリープ制限により、継続的な高応力使用のために約 425 ～ 450°C に制限されます。この温度を超えると、同等の合金グレード (SA-335 P11 または P22 パイプ) を使用する必要があります。

8. 全グレード比較表

9. ボイラーゾーン選択ガイド

発電ボイラーには複数の伝熱ゾーンがあり、それぞれの伝熱ゾーンではチューブの金属温度が異なるため、グレードの要件も異なります。以下の表は、亜臨界および超臨界ボイラー設計の一般的なグレードの割り当てを示しています。

10. 合金グレードの PWHT 要件

11. よくある質問