硫化水素応力腐食下における圧力容器材料の選定

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一、湿潤硫化水素腐食環境の定義
アメリカ腐食工学会（NAcE）のMR 0103—2005「腐食性石油精製環境における硫化ストレスクラッキングに対する材料の耐性」規格では、次のように定義されている。容器が接する媒体に液相中で遊離水が存在し、かつ以下のいずれかの条件を満たす場合を湿潤H2S腐食環境という：(1)遊離水中の溶解H2S濃度が50mg/Lを超える場合； (2)遊離水のpH値は4.0未満で、かつH2Sが溶解している； (3)遊離水のpHが7.6以上で、水中に20ppmの溶解したシアン化水素（HCN）およびいくらかの溶解したH2Sが含まれている。(4)気相中のH2S分圧（絶対圧）が0.3kPaを超える。 湿潤H2S腐食環境の分類：腐食メカニズムの違いにより、湿潤H2S腐食環境はI類とII類に分けられる。 第II種湿潤H2S腐食（HB、HIC、S0HIC）環境： 容器の作業環境が室温から150℃であり、かつ以下のいずれかに該当する場合を第II種湿潤H2S腐食環境という： (1)水分を含む腐食によって生成される水素の活性が高い場合； (2)水中のH2S濃度が2000mg/Lを超え、かつpH値が7.6を超える場合； (3)水中のH2S濃度が50mg/Lを超え、かつpH値が4.0未満； (4)遊離水のpH値が7.6以上で、水中のHCNまたはシアン化物の濃度が20 mg/Lを超え、かつH2Sが溶解している。 クラスI湿潤H2S腐食（SSC）環境：湿潤H2S腐食環境がクラスIIに該当しない場合、それをクラスI湿潤H2S腐食環境と呼ぶ。 二、材料選定の一般的な原則：弾性設計基準に従って設計・製造される機器に使用する材料の選定および評価は、ISO 15156-2(GB/T20972.2)およびISO15156-3(GB/T20972.3)、またはNACE_MR0175-2003の規格で既に合格と評価されている材料の中から行うことができる。これらの規格では、応力腐食が発生しないような環境条件が定められており、この条件を満たした場合にのみ、該当する規格の要求に従って材料を選定することができる；これらの制限条件を満たさない場合は、HIC試験およびSSC試験を行い、対応する規格要求を満たす必要があります。 三、炭素鋼、低合金鋼および鋳鉄材のSSCおよびHIC試験を免除する条件
1. 材料は以下のいずれかの状態で出荷されなければならない：熱間圧延（炭素鋼のみ）、焼き戻し、正常火処理、正常火処理＋時効処理、正常火処理、オーステナイト化、焼入れ＋時効処理、オーステナイト化、焼入れ＋時効処理
2. 材料の硬さは22HRCを超えず、ニッケル含有量は1.0％未満でなければならない；S≤0.003%、P≤0.010%
3. 材料の降伏強度は355MPa未満
4. 材料の引張強度は630MPa未満
5. 炭素当量の制限：
　低炭素鋼および炭素マンガン鋼：CE≤0.43　CE=C+Mn/6
　低合金鋼：CE≤0.45　CE=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15
6. 厚さが12mmを超える場合は、一枚ずつ超音波検査を行う必要がある
7. 溶接部および熱影響部の硬度は22HRCを超えてはならない
8. 鋼印や硬質なマーキングを施すことは禁止されている
9. 装置には溶接後の応力除去のための熱処理が必要である

四、オーステナイト系ステンレス鋼のSSCおよびHIC試験を免除する条件
1. 化学的成分の制限
2. 固溶化アニーリングまたは焼入れ、あるいはアニーリングによる安定化熱処理が必要である
3. 機械的性質を向上させるための冷間加工は禁止されている
4. 原材料、溶接部および熱影響部の硬度は22HRCを超えてはならない
5. 環境上の制限
　HIC試験では、一般的にNACE ETM0284—2016に従い、A溶液が使用される。要求値はCLR≤5％である；CTR≤1.5％；CSR≤0.5％ ここで：CLR＝亀裂長さ比；CTR一き裂厚さ比；CSRのき裂感受性は、SSC試験、すなわち母材の硫化物応力き裂抵抗試験に比べて用いられる。一般的な方法はNACE TM0177-2016に従い、具体的な要件は以下の通りである。各ロットの鍛造品からσbまたはHBが最も高いものから1組の試験片を、各ロットの鋼板からも1組の試験片を取り出して硫化物応力き裂抵抗試験を行い、閾値応力σthが247MPa以上であれば合格とする。A、B、Dクラスの溶接継手の硫化物応力割れ試験では、溶接工程評価用試験片から一組の試料を取り出して硫化物応力割れ試験を行い、閾値応力σthが247MPa以上であれば合格とする