LNG および極低温用途向けの材料ガイド

液化天然ガス (LNG) および極低温システムは、-196 度 (-321 度 F) - という低い温度で動作し、通常の炭素鋼が脆くなり危険になるのに十分な温度です。適切な素材を選択することは好みではありません。それは安全上の必須事項です。オーステナイト系ステンレス鋼と高-ニッケル合金は、このような極端な温度でも並外れた靭性を維持するため、液化プラント、貯蔵タンク、極低温パイプライン、再ガス化ターミナル、浮体式LNG（FLNG）容器など、LNGバリューチェーン全体にわたって選ばれる材料となっています。

このガイドは、エンジニア、調達チーム、プロジェクト マネージャーに、LNG および極低温サービス - で最も広く指定されているステンレス鋼およびニッケル合金グレードに関する簡潔なリファレンスを提供し、主要な機械的特性、適用される規格、一般的な応用分野をカバーしています。

普通鋼が極低温で壊れる理由

炭素および低合金フェライト鋼-は、温度が低下すると延性から脆性への転移（DBT）を起こします。- DBT 点 - を下回ると、一般的な炭素鋼では 0 度になる可能性があります - 衝撃エネルギーが急激に低下し、ほとんど警告なしに材料が破壊される可能性があります。この現象は、寒冷気候で大型の鋼製タンクが破裂し、21 人が死亡した 1919 年の糖蜜災害など、歴史上の壊滅的な失敗の原因となっています。

オーステナイト系ステンレス鋼には、延性から脆性への移行を示さない面心立方晶（FCC）結晶構造が含まれています。{{0}実際、温度が下がると靭性が向上するため、ASME B31.3 や EN 13480 などの規格で極低温使用が義務付けられています。

LNGサービス向けのオーステナイト系ステンレス鋼グレード

グレード 304L および 316L - 業界の主力製品

304L (UNS S30403): 最も広く使用されている極低温ステンレス鋼。 「L」は低炭素 (0.03 % 以下) を表し、溶接中の鋭敏化を防ぎます -。溶接された LNG 配管および貯蔵システムの重要な要件です。最小引張強さは 485 MPa で、シャルピー衝撃値は -196 度で 100 J 以上を維持します。

316L (UNS S31603): 2 ～ 3 % のモリブデンを添加して耐孔食性と隙間腐食性を強化し、海洋 LNG プラットフォーム、沿岸ターミナル、および塩化物への曝露が懸念される環境に最適です。一般的な降伏強さは室温で最低 170 MPa で、温度が低くなると増加します。

グレード 321 および 347 - の安定化グレード

321 年生(チタン-安定化)と347（ニオブ-安定化）は、液化温度とプロセス温度の間で変動する熱交換器など、極低温への曝露と高温{1}}サイクル-を組み合わせたサービス向けに設計されています。安定化元素が炭素を結びつけ、粒界での炭化クロムの析出を防ぎ、幅広い温度範囲にわたって耐食性を維持します。

要求の厳しい極低温サービス向けの高-ニッケル合金

酸性ガス処理、サワーサービス、または海水など、腐食条件がより激しい場合-、FLNG コンポーネントに濡れた場合-、高ニッケル合金は、オーステナイト系ステンレス鋼だけでは太刀打ちできない優れた性能を発揮します。-

合金 825 (UNS N08825)

アロイ82538 ～ 46 % のニッケル、19.5 ～ 23.5 % のクロム、2.5 ～ 3.5 % のモリブデン、および銅を含み、酸化性酸と還元性酸の両方に対して優れた耐性を示します。 H₂S および CO₂ にさらされる LNG 処理装置向けに広く指定されており、ASTM B424 (プレート) および ASTM B425 (バー) に準拠しています。その耐孔食性等価数 (PREN) は通常 30 を超え、標準の 316L をはるかに上回ります。

合金 625 (UNS N06625)

58 % 以上のニッケル、20 ～ 23 % クロム、および 8 ～ 10 % のモリブデンを含む、アロイ625FLNG 船体の柔軟なライザーと被覆材の標準材料です。その引張強さは焼きなまし状態で 830 MPa を超え、-196 度でも完全な延性を保持します。合金 625 は ASTM B443 (プレート) および ASTM B446 (バー/ロッド) に準拠しており、サワー サービスについては NACE MR0175/ISO 15156 に基づく認定も受けています。

アロイ 600 (UNS N06600)

アロイ600高ニッケル-クロムの組み合わせ（Ni 72 % 以上、Cr 14～17 % 以上）を提供し、極低温熱交換器やコールド ボックスにおける応力腐食割れ（SCC）に対する優れた耐性を備えています。 ASTM B166 (バー) および ASTM B168 (プレート) に指定されており、空気分離および LNG 液化トレインのコールドボックス シェル-およびチューブ熱交換器-に引き続き使用されています。-

材質比較早見表

以下の表は、最も一般的に指定されているグレード、その最低使用温度、管理基準、ニッケル含有量、および主な用途をまとめたものです。

表 1: LNG および極低温用途向けのステンレス鋼およびニッケル合金グレード。

主要な材料選択基準

LNG または極低温サービス用の材料を指定する場合、エンジニアは次の要素を評価する必要があります。

設計温度: 選択したグレードが最低設計温度で適切なシャルピー衝撃エネルギー (通常、ASME に従って 27 J 以上) を維持していることを確認します。

腐食環境: 塩化物{0}}が豊富なガスまたは酸性-ガスの環境では、316L、合金 825、合金 625 などの高級合金グレードが必要です。{{2}

溶接性: 低炭素 (「L」) グレードまたは安定化グレードは、感作を防止します。極低温使用におけるすべての突合せ溶接は、可能な場合には溶体化処理を行う必要があります。{2}

該当するコード: ASME VIII Div. 1、ASME B31.3 Chapter IX (低温配管)、EN 13458 (静的極低温容器)、および IGC コード (LNG 船用) はすべて、許容される材料を指定しています。

製品形状: 板、パイプ、棒、継手、鍛造品はそれぞれ ASTM / ASME SB/SA 仕様に準拠する必要があります。

典型的な LNG および極低温応用分野

ステンレス鋼とニッケル合金は、LNG バリューチェーン全体に使用されています。

LNG 貯蔵タンク: 9 % ニッケル鋼 (ASTM A553) または 304L ステンレス鋼の内殻。 304L / 316L の支持構造と配管。

極低温パイプラインおよび配管システム: ASME B36.19 に従って 304L / 316L で 10S から 80S のパイプをスケジュールします。 ASTM A403 に準拠したフィッティング。

熱交換器およびコールドボックス: 温度サイクル負荷に応じて、321、347、または合金 600 のチューブ、ヘッダー、およびシェルコンポーネント。

ポンプ、バルブ、計器類: CF-3M (316L 相当) または CF-8M の鋳物。高圧極低温バルブ用の合金 625 のトリム。

FLNG および海洋 LNG 構造: 合金 625 または 316L の被覆デッキ、柔軟なライザー、スプレー冷却配管。{0}}

管理基準

ASTM A240 / ASME SA-240 - ステンレス鋼の板、シート、およびストリップ

ASTM A276 / A479 / ASME SA-479 - ステンレス鋼の棒および形状

ASTM A182 / ASME SA-182 - 鍛造ステンレス鋼フランジおよび継手

ASTM A403 / ASME SA-403 - 鍛造ステンレス鋼配管継手

ASTM B424 / B443 / B166 - ニッケル合金板（合金 825、625、600）

ASTM B425 / B446 / B166 - ニッケル合金棒 (合金 825、625、600)

ASME B31.3 Chapter IX - 極低温配管設計

JP 13458 - 静的極低温容器

NACE MR0175 / ISO 15156 - サワー-サービス資格

結論

すべての重要な決定は、該当する ASME、ASTM、EN、または船級協会の規格に照らして検証され、最低設計温度での衝撃試験データで検証される必要があります。迷ったときは、JNサプライヤーに問い合わせてください.