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SUS304鋼管の応力腐食割れと修理方法について
- SUS304鋼管の応力腐食割れによる漏れの原因と対策方法を探ります。
- SUS304鋼管の応力腐食割れで発生した漏れ部分の修理方法について考えます。
- 応力腐食割れの場合に適用できる修理方法とその効果について説明します。
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↓の回答の中に「温度差による応力集中箇所にマルテンサイト変態が生じ、 そこにて応力腐食が進んだ」とありますが、全く同意見で共感します。 単に応力腐食割れで「特定部分」の材料劣化だとすれば部分的な交換で済む しかし、その範囲が一体何処までかというのは目視では不可能だし非破壊- 検査でも聞いたことが無い。部分的に溶接補修してもイタチの追いかけっこ になり苦労した思いが蘇ってきます（実際に現場に立ち会えば直ぐに判る） 材料劣化の範囲を知ることも大事と思う（実際、組織を確認する） 私の経験上、仕方なく全て交換しました。塩素雰囲気でそれだけの長期間 使用できたので寿命と思うより無いと思います。「固溶化熱処理」も可能 ならば良いが、長尺の配管ならばスケール的に難しいし、再度酸化した 金属面の処理に金額が嵩むこを考えると新規製作の方がコスト安いと思う
私がメンテをしている会社でも同様のことが起こりました。 使用液体は書けませんが、SGP では問題がないが SUS304 では配管全体から漏れるということがありました。漏れといっても配管全体が汗をかいた様に漏れている感じです。 状況としては肉眼では確認できない様な亀裂が入っていたのだと思います。 さて今回の件ですが、配管はフランジで接続されていないのでしょうか？ フランジがあればとりあえずの処置として、漏れている箇所の前後のフランジまでを交換することをおすすめします。 漏れ箇所を切断して再溶接しても、一時的には保つのかもしれませんが、すぐにだめになると思います。 やるのであればハイパワーロックまたはストラブカップリングのような継ぎ手で接続した方が良いと思います。 http://www.hitachi-metals.co.jp/prod/prod08/img_p08/hl-k73-i.pdf http://www.sb-coupling.co.jp/product/index.html ちなみに私のところでは配管はすべて SUS316 に交換いたしました。
応力腐食割れ（SCC）の発生要因は 引張応力（残留応力、拘束応力、負荷応力） 環境（特定イオン塩素、温度） 材質（今回はステンレス） 溶接をすると、熱ひずみによる引張残留応力、 および熱履歴による鋭敏化から粒界腐食割れがSCCの起点になりうる。と思います。 ローカーボンであれば粒界腐食割れは抑制できますが、熱ひずみによる引張残留応力は起こります。 ただ、回答３さんのご指摘どおり３０年前の溶接部であれば、溶接時の熱の影響ではないかもしれません。 引張応力をなくすれば起こらないとは思いますが、自信はありません。
オーステナイト型ステンレス鋼の応力腐食割れは、主に溶接の熱影響部に発生します。熱影響部とは溶接部分の周辺のことで、溶接熱によりオーステナイトの結晶が粗大化し、結晶の境界（粒界）に不純物（主に炭素）を析出してマルテンサイトを形成した部分のことを言います。 この粒界に生じたマルテンサイトは脆く、装置の環境温度や使用温度の変化で伸び縮みするとこれが繰り返し応力となり、ミクロな割れを作ります。この割れは徐々に成長し、ある年月を経過するとプラントに支障がでるほどの漏れや割れに成長します。また、この部分は酸などの腐食性物質にも敏感なので、流体に酸が入っているとすれば、３０年も持たないと考えられます。 溶接を行えば必ず結晶粗大化部分ができるので、この影響を小さくするには、全体を固溶体熱処理（１０５０℃程度まで過熱し、急冷することによって熱影響部を再度微結晶化する）を実施します。 今回のように流体が塩酸を含んでいるとすれば、マルテンサイト部分の割れは促進されて配管の寿命はもっと短いと考えられます。しかし今回は３０年も使っていることを考えると、熱影響部の割れではなく、むしろ、温度差による応力集中箇所にマルテンサイト変態が生じ、そこにて応力腐食が進んだと考えるべきでしょう。つまり、配管や配管を固定する部分の温度差による伸び縮みが発生する場所に割れが成長したのではないかと思います。 従って、私は、追加の説明の中にあった保全担当の方の意見に賛成です。 ただし、全部代える必要性があるかないかは、構造を良く見て、温度変化による応力の発生を緩和する構造になっていて、今回漏れた場所のみ損傷していると判断できれば、質問者の意見のように今回漏れた部分の近傍のみを修理することでよいのではないかと思います。
お礼
ありがとうございます。 振動によって応力集中が起きた可能性はあると思います。 保全から今回漏れ修理を行った際に、配管の振動が大きかったためサポートを増やしたとの話を聞きました。 流体は、30～40℃程度なので熱による伸縮は無視できるレベルと思っています。 流体の酸にしても説明が不十分でしたが、ごく微量の塩酸希釈水であるのでそれほど急激な酸の影響は無いと思います。 まさに、 kinko-zがおっしゃられる通り、 （応力集中箇所にマルテンサイト変態が生じ、そこにて応力腐食が進んだと考えるべきでしょう。） が当てはまると思います。 貴重な意見、ありがとうございました。
補足
こういった場合は応力腐食割れとは呼ばないのでしょうか？ 経年劣化なんですかね・・・。
酸による腐食については、よくわかりません。 しかし、溶接で修復できない理由は腐食とは関係ありません。 溶接で修復するためには、溶接箇所が不純物が取り除かれた キレイな状態であることが条件となるでしょうから、 液体が亀裂面に少しでも残っているような状態では割れて当たり前です。 ちなみに、乾燥炉に数時間入れた程度では純水ですら取りきれません。 上記の理由から、溶接での修復は不可能に近いと考えます。 あとは、実際の修理にかかる金額を額面で担当者に見せてみてはいかがでしょうか？
お礼
回答ありがとうございます。 補足説明をさせていただきます。 調査の結果応力腐食割れの場合、溶接の熱影響があった部分は組成が変化し、そこに塩素イオンを含む環境化で起こる現象だそうです。 溶接修理ができない理由として、錆びたりはしていないが亀裂が入っており、亀裂部分を直接溶接すると亀裂が走るためそのままの状態の溶接修理は不可と言うことになりました。 亀裂が走るのは、応力腐食で熱影響部分の強度が落ちており、修理するときの溶接熱と残留応力が原因と考えられます。 よって私の考えとしては、既存の溶接部と熱影響部は劣化していると考えられるのでその部分を除去(溶接線を中心とし、両側100mmづつで200mm切断）し、新しい同じ長さのパイプを入れ、両側を溶接すればよいのではないかということです。 これによって、応力腐食を起こしている部分を除去でき、両側の溶接部分は応力腐食が起こる可能性はあるが、今回20～30年でおきているのでこれくらいもてばいいだろうということです。 そこで、実際このような修理を行っていたりするのかな？ということです。
使えるかわかりませんがどうでしょうか？
- 参考URL：
- http://www.lnsjapan.com/
お礼
早速の回答ありがとうございます。 一応、応急処置で包帯巻きしてあります。 応急処置であるので、修理及び更新を検討する必要がありますがここがネックになっています。 私の意見としては、クラックをそのまま溶接すればクラックが広がるだけなので、今回応力腐食割れをおこしている部分の溶接部と、熱影響のある部分100mm程度を切除し、短管を入れて２ヵ所溶接すれば、応力腐食割れの影響は無くなり、今回の実績から20～30年もつと思います。 しかし、保全担当は経年劣化でSUSの材質事態が劣化していると考え、ポンプから装置まですべての配管更新を依頼してきています。 熱影響のなかった部分で溶接しても、材質が劣化しているから割れるだろうという意見です。 この経年劣化というのも根拠がよくわかりません。(勘と経験で言っている。） 配管更新となるとコストもかかるので私の意見に賛同してもらいたいのですが、私も根拠がないので是非皆さんの経験をお聞かせいただいたらと思います。
お礼
ありがとうございます。 ↓お礼文通り、振動の影響の線が強いと思います。