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ステンレス製管殻式熱交換器の管板の腐食亀裂と防食対策 ある企業のステンレス製管殻式熱交換器2基は、1年以上使用した後、管板部に連続して貫通性の腐食亀裂が発生した。き裂は管と管板の拡張溶接部から始まり、徐々にもう一方の管孔へと広がっていく。管と管板の接合部には錆状の腐食生成物が付着しており、この付着物を取り除くと、管孔の周囲に多数の腐食き裂が存在するのが確認できる。熱交換器は8管程の固定管板式熱交換器で、設計圧力は管程が0.71Mpa、ケーシング程が0.3Mpaです；設計温度は、管側が170℃、ケーシング側が100℃で、管側の流体は水蒸気、ケーシング側の流体は190番オイルです。管板およびフランジの材質は1Cr18Ni9Ti、熱交換管は0Cr18Ni9です。熱交換器に使用される蒸気は、当工場の循環工業用水から得られ、加熱後に使用される。蒸気の凝縮水中には多量のCl-が含まれており、水蒸気成分の検査における塩化物濃度（Cl-換算）は25.5mg/lである。 き裂の特性は、粒間腐食（網目状）および応力腐食（粒界沿い）の特徴と一致し、腐食生成物の主成分はFeとCrであり、Cl-の局所的な濃集が見られる。一般的に、200℃の水に2PMCl-がわずかに含まれているだけでオーステナイト系ステンレス鋼に応力腐食が生じ、その多くは点食や隙間腐食が原因となる。また、同工場の蒸気凝縮水中のCl-濃度は25.5mg/lにも達しており、このCl-濃度は200～300℃でステンレス鋼に粒界型応力腐食を引き起こすのに十分である。解析結果からも、き裂面内には明らかなCl-の局所的な濃集が見られることがわかった。微小き裂が形成されると、き裂先端で応力が著しく集中し、そのため先端および周辺領域が急速に変形して降伏し、さらにすべり段差が生じる。このすべり段差の再現によって先端表面が再び引き裂かれ、先端が再び引き裂かれることで先端の溶解がさらに加速される。このように繰り返されることで、き裂は絶えず深部へと進展していく。腐食が進行し、腐食生成物が堆積することで、隙間内に閉塞電池腐食が生じ、応力と腐食の相乗効果により、それが亀裂として深部へと拡大していく。 また、ステンレス鋼製の管殻式熱交換器の材質が要求基準を満たしていないため、基体および結晶界面の粒間腐食や粒間型応力腐食に対する耐性が低下する。媒体中のCl-は、結晶界面での感受性と残留応力の相乗効果により粒間型応力腐食を引き起こし、さらにCl-は管と管板の隙間に滞留し、残留応力や酸性の自己触媒作用によって隙間腐食を引き起こす；また、結晶粒界に存在する非金属介在物が応力集中を引き起こし、結晶粒を粗大化させる。これもまた腐食の発生と進行を促進する要因となる。上記のような腐食の発生に対して、以下のような腐食防止策を講じる：1. 構造的には閉じた空間ができないように配慮し、管板と管との間にはシール溶接を施す。溶接後には応力を除去し、熱処理の温度や時間、および温度変化も規定値を満たす必要がある。これによりクロム炭化物の析出をできるだけ抑え、結晶粒径を適切に制御し、結晶粒を微細化することで、腐食が発生する可能性を低減する。 2. 晶界敏感化の害を軽減するため、0Cr18Ni10Ti、0Cr18Ni11Nb鋼、または超低炭素ステンレス鋼の00Cr19Ni10鋼など、炭素含有量がより低いクロムニッケルオーステナイト系ステンレス鋼を使用する；ステンレス鋼の塩化物応力腐食割れに対する感受性を低減させるため、Cl-含有量を厳しく制御する。上記の耐食対策を講じたことで、ステンレス製管板のひび割れによる腐食被害が十分に解決されました。