肉盛溶接 - は、溶接被覆材または硬化肉盛材 - とも呼ばれ、炭素鋼または低合金鋼の基材上に耐食性ニッケル合金層を適用する実証済みの規格-準拠の方法です。-その結果、炭素鋼の機械的強度と低コストが、固体ニッケル合金構造よりも 40 ～ 60% 低い材料コストでニッケル合金 - の耐食性と組み合わされました。この記事では、溶接肉盛が適切な選択である場合、どのニッケル合金が使用されるか、どのような規格が適用されるか、肉盛を正しく指定する方法について説明します。
ニッケル合金による肉盛溶接は、固体合金の製造コストをかけずに、酸性ガス (H₂S)、塩化物、酸、および高温酸化による腐食に耐える必要がある圧力容器、熱交換器、配管部品用の業界標準ソリューションです。{{0}{1}{2}}
肉盛溶接の概要
肉盛溶接は、アーク溶接プロセスを使用して、安価な母材 (通常は炭素鋼または低合金鋼) の表面に耐食性合金 (通常はニッケル{{1}ベース) を 1 つ以上の層を堆積させるプロセスです。{0}{1}オーバーレイ層 - は通常、厚さ 3 ～ 6 mm の - が、腐食性プロセス流体と構造ベース金属の間のバリアとして機能します。
ソリッドアロイの代わりにオーバーレイを使用する理由
テーブル。コストと性能の比較 - 固体合金と肉盛溶接構造
|
パラメータ |
固体ニッケル合金 |
炭素鋼 + ニッケル-合金オーバーレイ |
コスト削減 |
パフォーマンス |
|
材料費 ($/kg、標準) |
$35–60 |
$8–12 (CS) + $15–25 (オーバーレイ) |
40 ～ 60% 低い |
同等の耐食性 |
|
製造時間 |
長い（溶接しにくい） |
短い（CS溶接が容易） |
20 ～ 30% 高速化 |
同じ耐用年数 |
|
設計基準への準拠 |
ASME VIII、ASME B31.3 |
ASME VIII、ASME B31.3 |
同じ |
同じ |
|
一般的なオーバーレイの厚さ |
該当なし (固体) |
3～6mm（2～3層） |
N/A |
腐食代込み |
|
修理とメンテナンス |
難しい（クラックに注意）- |
簡単（オーバーレイは再適用可能）- |
ライフサイクルコストの削減 |
より長い耐用年数 |
|
重さ |
より高い (密度 8.4 ～ 8.9 g/cm3) |
低い (CS 密度 7.85 g/cm3) |
5～10%軽量化 |
同じ圧力定格 |
出典: ASME ボイラーおよび圧力容器コード セクション VIII 部門. 1 (2023); ASME B31.3 プロセス配管 (2022);スペシャルメタルズ株式会社「溶接製品カタログ」(2023); Haynes International の「耐食性-合金」技術データ。 2024 ～ 2025 年の JN アロイの内部コスト分析。
-腐食の攻撃が内面に限定されている大口径の容器、熱交換器シェル、配管スプールの場合、肉盛溶接は材料コストを 40～60% 削減しながら固体合金と同等の耐食性能を実現します。
最も広く指定されているオーバーレイ材料 合金 625 および合金 C-276
すべてのニッケル合金が肉盛溶接に適しているわけではありません。オーバーレイ材料は溶接可能で、炭素鋼の希釈に適合し、特定の腐食環境に耐性がなければなりません。合金 625 (UNS N06625) と合金 C-276 (UNS N10276) の 2 つの合金が業界を支配しています。
腐食環境による合金の選択
テーブル。ニッケル合金オーバーレイ材料 - 腐食環境別の選択ガイド
|
合金 (UNS) |
主要な合金元素 |
一次耐食性 |
一般的なオーバーレイ アプリケーション |
溶接プロセス |
ASME P-番号 |
|
アロイ625 (N06625) |
Ni-22Cr-9Mo-3.5Nb |
酸化、塩化物孔食、H₂S、海水 |
坑口設備、海中コネクタ、圧力容器 |
GTAW、GMAW、FCAW、SAW |
P-いいえ. 43 |
|
合金 C-276 (N10276) |
Ni-16Cr-16Mo-4W |
還元酸、HCl、H₂SO₄、塩素、酸性ガス |
化学反応器、スクラバー、FGD システム、酸配管 |
GTAW、GMAW、FCAW、SAW |
P-いいえ. 44 |
|
合金 C-22 (N06022) |
Ni-22Cr-13Mo-3W |
重度の混合酸、次亜塩素酸塩、湿った塩素 |
医薬品、紙パルプ、廃棄物焼却 |
GTAW、GMAW |
P-いいえ. 44 |
|
アロイ 825 (N08825) |
Ni-22Cr-42Fe-3Mo-1Ti |
酸性ガス(H₂S)、硫酸/リン酸 |
ダウンホールチューブ、ガス処理、熱交換器 |
GTAW、GMAW |
P-いいえ. 45 |
|
アロイ600 (N06600) |
Ni-16Cr-8Fe |
高温酸化、窒化、苛性 |
炉コンポーネント、熱処理バスケット |
GTAW、GMAW |
P-いいえ. 43 |
|
アロイX (N06002) |
Ni-22Cr-18Fe-9Mo |
1100～1200度で酸化、浸炭 |
燃焼室、ガスタービン部品 |
GTAW、GMAW |
P-いいえ. 43 |
|
アロイ 59 (N06059) |
Ni-23Cr-16Mo-1Fe |
極端な還元性の酸、HCl、H2SO4 混合物 |
化学プロセス、汚染防止 |
GTAW、GMAW |
P-いいえ. 44 |
出典: Special Metals Corporation の「INCONEL® Alloy 625」および「INCONEL® Alloy 725」データシート (2023)。ヘインズインターナショナル「HASTELLOY® C-276 合金」技術データ (2023); ASME ボイラーおよび圧力容器コード セクション IX (2023) QW-422 P 番号グループ化。 NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015。
化学組成の比較
テーブル。一般的なニッケル合金オーバーレイ材料の化学組成 (重量%、代表値)
|
合金 (UNS) |
ニ |
Cr |
モー |
鉄 |
W |
注意 |
ティ |
C(最大) |
|
アロイ625 (N06625) |
58–63 |
20–23 |
8–10 |
5 以下 |
- |
3.15–4.15 |
0.4以下 |
0.10 |
|
合金 C-276 (N10276) |
バランス |
14.5–16.5 |
15–17 |
4–7 |
3–4.5 |
- |
- |
0.01 |
|
合金 C-22 (N06022) |
バランス |
20–22.5 |
12.5–14.5 |
2–6 |
2.5–3.5 |
- |
- |
0.015 |
|
アロイ 825 (N08825) |
38–46 |
19.5–23.5 |
2.5–3.5 |
22分 |
- |
- |
0.6–1.2 |
0.05 |
|
アロイ600 (N06600) |
72分 |
14–17 |
- |
6–10 |
- |
- |
- |
0.15 |
|
アロイX (N06002) |
バランス |
20.5–23 |
8–10 |
17–20 |
0.2–1.0 |
- |
- |
0.05–0.15 |
|
アロイ 59 (N06059) |
バランス |
22–24 |
15–16.5 |
1.5以下 |
- |
- |
- |
0.01 |
出典: ASTM B443 (合金 625); ASTM B575 (合金 C-276、C-22、59); ASTM B425 (合金 825); ASTM B168 (合金 600); ASTM B435 (合金 X);特殊金属およびヘインズ インターナショナルのデータシート (2023)。
合金 625 は、海水、塩化物、酸性ガス (H₂S) サービスのデフォルトの選択肢です。合金 C-276 は、還元酸 (HCl、H2SO4) および厳しい化学環境に対するデフォルトの選択肢です。境界例の場合は、NACE MR0175 / ISO 15156-3 を参照し、腐食試験を実施してください。
高整合性オーバーレイ用の GTAW と GMAW-
溶接プロセスの選択は、オーバーレイの品質、希釈率、堆積速度、およびコストに影響します。臨界圧力機器の場合、GTAW (TIG) および GMAW (MIG) が最も一般的な選択肢です。大面積のクラッディングの場合、FCAW と SAW は高い生産性をもたらします。-
ニッケル合金オーバーレイのプロセス比較
テーブル。ニッケル合金肉盛の溶接プロセス - 品質と生産性による比較
|
プロセス |
希釈率 |
成膜速度 |
最優秀アプリケーション |
位置 |
スキルレベル |
料金 |
|
GTAW (TIG) |
10–25% |
0.5～1.5kg/h |
第 1 層、ルートパス、薄いオーバーレイ、小径 |
すべてのポジション |
高い |
高い |
|
GMAW (ミグ) |
20–30% |
2～4kg/h |
塗りつぶしとキャップのレイヤー、中程度の厚さのオーバーレイ- |
平ら、水平 |
中くらい |
中くらい |
|
FCAW (フラックス-) |
20–35% |
3～6kg/h |
大規模な-エリアのオーバーレイ、-重要ではないアプリケーション |
平ら、水平 |
中くらい |
低い |
|
SAW（サブマージアーク） |
30–50% |
5 ～ 15 kg/h |
大型容器、厚い被覆、高い生産性 |
フラットのみ |
中くらい |
最低 |
|
PAW（プラズマアーク） |
5–15% |
1 ～ 3 kg/h |
精密オーバーレイ、自動化システム |
フラット、機械化 |
高い |
高い |
|
レーザークラッディング |
5–10% |
1 ～ 5 kg/h |
精密な修復、薄いオーバーレイ、最小限の希釈 |
フラット、機械化 |
高い |
非常に高い |
出典: ASME ボイラーおよび圧力容器コード セクション IX (2023)。 AWS D1.6/D1.6M-22「構造溶接規定 - ステンレス鋼」;特殊金属「ニッケル合金の溶接ガイドライン」(2023);リンカーン エレクトリックの「ニッケル合金溶接製品」テクニカル ガイド (2023)。
希釈管理はオーバーレイのパフォーマンスにとって重要です
希釈は、母材 (炭素鋼) が溶けて、ろう材 (ニッケル合金) と混合するときに発生します。過剰な希釈は、臨界合金含有量 (Cr、Mo、Nb) を低下させるため、オーバーレイの耐食性を低下させます。合金 625 オーバーレイの場合、最初の層の鉄含有量は 10% 未満に保つ必要があります。 C-276 の場合は 7% 未満。
テーブル。最大許容希釈率 - 合金別の鉄含有量の制限
|
合金 |
オーバーレイ中の最大 Fe (wt%) |
オーバーレイ中の最小 Cr (wt%) |
オーバーレイ中の最小 Mo (wt%) |
推奨プロセス |
|
アロイ625 |
10%以下 |
18%以上 |
7%以上 |
第 1 層には GTAW または GMAW。フィル用FCAW/SAW |
|
合金 C-276 |
7%以下 |
14%以上 |
14%以上 |
第 1 層の GTAW。フィル用のGMAW/FCAW |
|
合金 C-22 |
6%以下 |
19%以上 |
11%以上 |
すべてのレイヤーの GTAW または GMAW |
|
アロイ825 |
15%以下 |
20%以上 |
2.5%以上 |
GTAW または GMAW |
|
アロイ600 |
10%以下 |
14%以上 |
N/A |
GTAW または GMAW |
出典: 特殊金属「INCONEL® 合金 625 の溶接ガイドライン」(2023)。 Haynes International「HASTELLOY® C-276 合金の溶接と製造」(2023); ASME セクション IX QW-404.12「フィラー金属の希釈」; AWS A5.14/A5.14M:2018「ニッケルおよびニッケル合金の裸溶接電極および棒の仕様」。
希釈を最小限に抑え、化学的コンプライアンスを確保するには、最初の層に GTAW (TIG) を使用します。生産性を向上させるには、後続のレイヤーに GMAW、FCAW、または SAW を使用します。 PMI (Positive Materials Identification) または実験室分析によって、オーバーレイの化学的性質を常に検証してください。
オーバーレイの厚さ 3 ～ 6 mm
最小オーバーレイ厚さは、腐食代、希釈深さ、溶接プロセス能力、およびコード要件によって決まります。ほとんどの圧力容器および配管では、3 ～ 6 mm (2 ～ 3 層) が標準です。オーバーレイを薄くすると突破口の危険性があります。オーバーレイが厚いとコストが増加し、残留応力の問題が発生する可能性があります。
厚さの設計ガイドライン
テーブル。オーバーレイ厚さの設計 - アプリケーション別の推奨値
|
応用 |
腐食の激しさ |
最小厚み(mm) |
典型的な層 |
コードリファレンス |
注意事項 |
|
圧力容器（一般） |
中程度 (H₂S なし) |
3.0 |
2層 |
ASME VIII ディビジョン. 1 UG-16 |
加工後1.5mm以上 |
|
サワーガスサービス (H₂S) |
重度 (NACE MR0175) |
4.0–5.0 |
2～3層 |
NACE MR0175 / ISO 15156 |
硬度の確認 22 HRC 以下 |
|
海水熱交換器 |
高Cl⁻孔食 |
4.0 |
2～3層 |
ASME VIII + ユーザー仕様 |
アロイ625または825を使用してください |
|
酸性ガス吸収塔 |
重度 (HCl、H₂SO₄) |
5.0–6.0 |
3層 |
ASME VIII + ユーザー仕様 |
合金 C-276 または C-22 を使用してください |
|
海底坑井設備 |
重篤 + HPHT |
5.0–6.0 |
3層 |
API 6A、API 17D |
アロイ 625 を使用、PMI で検証 |
|
FGD（排煙脱硫） |
重度 (湿った SO₂、HCl) |
5.0 |
3層 |
ユーザー仕様 |
合金 C-276 または C-22 を使用してください |
|
接触改質装置 |
高温酸化- |
4.0 |
2～3層 |
API 560 / ユーザー仕様 |
アロイ600またはXを使用してください |
出典: ASME ボイラーおよび圧力容器コード セクション VIII 部門. 1 (2023) UG-16「最小肉厚」; NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015「石油および天然ガス産業 - H₂S 含有環境で使用する材料」; API 6A (第 21 版、2024) 「坑口およびツリー装置」; API 17D (第 3 版、2021)「海底生産システムの設計と運用」。
腐食代の計算
オーバーレイの厚さには、(1) 腐食代 (通常、10 ～ 20 年の耐用年数に対して 1.5 ～ 3.0 mm)、(2) 機械加工代 (表面仕上げの場合 0.5 ～ 1.0 mm)、および (3) 希釈ゾーンの厚さ (第 1 層の場合 1.0 ～ 1.5 mm) を含める必要があります。
テーブル。オーバーレイの厚さの内訳 - 腐食代と製造公差
|
厚さ成分 |
一般的な範囲 (mm) |
目的 |
制御方法 |
標準リファレンス |
|
腐食代 |
1.5–3.0 |
設計寿命にわたる材料損失 |
プロセス設計仕様 |
ASME VIII UG-25 |
|
加工代 |
0.5–1.0 |
表面仕上げ、NDE準備 |
加工公差 |
ASME B46.1 |
|
希釈ゾーン |
1.0–1.5 |
ベースメタルを混合した最初の層 |
溶接手順（PQR） |
ASME IX QW-404 |
|
ミニマムサウンドメタル |
0.5–1.0 |
希釈を超える安全マージン |
UTまたはRT検査 |
ASME V 第 4 条 |
|
設計総厚さ |
3.5–6.5 |
上記の成分の合計 |
工学設計 |
プロジェクトの仕様 |
出典: ASME ボイラーおよび圧力容器コード セクション VIII 部門. 1 UG-25「腐食許容量」。 ASME B46.1-2019「表面テクスチャー (表面粗さ、うねり、およびレイ)」; ASME セクション V 第 4 条「溶接部の超音波検査方法」; ASME セクション IX「溶接、ろう付け、および融着の資格」。
結論：ほとんどのアプリケーションでは、機械加工後のオーバーレイの最小厚さを 3.0 mm に指定します。厳しい腐食環境（酸性ガス、酸、海水）の場合は、4.0 ～ 5.0 mm を指定します。設計仕様には必ず腐食代を含めてください。
PMI 検証と NDE
オーバーレイ層は薄く (3 ～ 6 mm)、耐食性は正確な化学反応に依存するため、固体合金構造よりも品質管理が重要です。すべてのオーバーレイは、Positive Materials Identification (PMI) によって検証され、超音波検査 (UT) または放射線検査 (RT) によって検査される必要があります。
肉盛溶接の検査要件
テーブル。ニッケル合金肉盛溶接の品質管理テスト
|
テスト |
目的 |
方法 |
合格基準 |
頻度 |
標準 |
|
PMI (ポジティブマテリアルID) |
オーバーレイの化学的性質を確認する |
XRF または OES |
仕様内の Cr、Mo、Nb。 Fe 制限値以下 |
オーバーレイ表面の 100% |
ASTM E1621 |
|
超音波検査（UT） |
融着の欠如、気孔率の検出 |
直進ビームまたは斜角ビーム |
表示なし > 20% DAC |
オーバーレイ領域の 100% |
ASME V アート. 4、5 |
|
放射線検査 (RT) |
内部欠陥の検出 |
X-線またはガンマ線 |
ASME VIII UW-51 に準拠 |
スポットまたは指定どおり 100% |
ASME V アート. 2 |
|
液体浸透剤 (PT) |
表面の亀裂を検出 |
可視染料または蛍光染料 |
1.5 mm を超える直線の兆候なし |
オーバーレイ表面の 100% |
ASME V アート. 6 |
|
硬さ試験 |
NACE MR0175 への準拠を確認する |
ポータブル硬度計 |
22 HRC 以下 (サワーサービス) |
NACE MR0175 表 A.1 に基づく |
ASTM E10 / E18 |
|
フェライト番号 (該当する場合) |
Ni-合金オーバーレイには必要ありません |
フェライトメーター |
N/A (オーステナイト系) |
N/A |
ASTM A342 |
|
金属組織検査 |
微細構造、希釈の検証 |
断面-、エッチング |
亀裂、気孔、過度の希釈がないこと |
手順ごとの資格 |
ASTM E3、E407 |
出典: ASTM E1621-21「波長分散 X- 線蛍光分光分析による元素分析の標準ガイド」; ASME ボイラーおよび圧力容器コード セクション V (2023) 第 2、4、5、6 条; ASME セクション VIII 部門. 1 UW-51「溶接部の放射線検査」; NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015 表 A.1「炭素鋼および低合金鋼の硬度要件」。
一般的な欠陥とその原因
テーブル。一般的な肉盛溶接欠陥 - の原因と予防
|
欠陥 |
外観 |
根本的な原因 |
防止 |
検出方法 |
|
融合の欠如 |
インターフェースでのリニア表示 |
入熱が不十分、技術が不十分 |
アンペア数を増やし、適切な移動速度を増やす |
ユタ州、RT |
|
気孔率 |
オーバーレイの丸いガスポケット |
汚れ（油分、水分、酸化物） |
ベースメタルをきれいにし、乾燥フィラーを使用し、適切なガスシールドを使用します |
RT、ユタ州 |
|
熱間割れ |
オーバーレイの粒界亀裂 |
高い拘束、不適切なビード順序 |
入熱の制御、適切な接合設計 |
PT、VT、金属組織学 |
|
過度の希釈 |
オーバーレイ中の低 Cr/Mo |
高い入熱、不適切な技術 |
アンペア数を減らし、最初の層に GTAW を使用します |
PMI、化学分析 |
|
タングステン含有物 |
オーバーレイ内の明るい粒子 |
GTAW 電極と溶融池の接触 |
適切なスタンドオフを維持し、適切な電極を使用してください |
RT、バーモント州 |
|
スラグ混入 |
不規則な黒い斑点 |
不適切なパス間クリーニング (FCAW、SAW) |
パス間のクリーニング、適切なフラックス処理 |
RT、ユタ州 |
|
アンダーカット |
溶接止端の溝 |
過電流、不適切な技術 |
アンペア数を減らし、トーチの角度を適切にする |
ＶＴ、ＰＴ |
出典: AWS D1.6/D1.6M-22「構造溶接規定 - ステンレス鋼」;特殊金属「ニッケル合金の溶接ガイドライン」(2023); ASME セクション IX QW-190「溶接部の検査と修復」。
オーバーレイの化学的性質の PMI 検証はすべてのジョブで必須です。 UT または RT 検査により、接着の完全性が確認されます。サワーサービスの場合、NACE MR0175 による硬度試験が必要です。すべての検査結果は材料試験報告書に文書化する必要があります。
ASME VIII および ASME B31.3
溶接肉盛は「代替」方法ではありません - ASME 設計コードによって明示的に認識され、管理されています。オーバーレイ層は腐食代としてカウントできますが、特に認定および文書化されていない限り、圧力保持の厚さとしてカウントすることはできません。-
肉盛溶接のコード要件
テーブル。肉盛溶接構造に関する ASME コード要件
|
コード |
段落 |
要件 |
オーバーレイ処理 |
重要なメモ |
|
ASME VIII 部門. 1 |
UG-16、UW-42 |
最小厚み、溶接手順 |
オーバーレイ=の腐食代 |
圧力設計にはオーバーレイは含まれません |
|
ASME VIII 部門. 1 |
UCL-30 ～ UCL-46 |
クラッドおよび溶接肉盛容器 |
資格がある場合、オーバーレイが含まれる場合があります |
UCL-30要件を満たす必要がある |
|
ASME VIII 部門. 2 |
パート D、条項 D.11 |
肉盛および肉盛溶接 |
ディビジョン. 1に似ています |
オーバーレイには{0}分析による設計が必要です{1} |
|
ASME B31.3 |
パラ. 323.4.2 |
クラッドおよび溶接肉盛配管 |
オーバーレイ=の腐食代 |
資格があればオーバーレイを圧力に使用できます |
|
ASME B31.3 |
パラ. 328.5.1 |
肉盛溶接手順 |
ASME IX に準拠した資格が必要です |
各オーバーレイプロセスに必要な PQR |
|
ASME IX |
QW-214、QW-283 |
肉盛溶接施工資格 |
オーバーレイ PQR には化学分析が必要です |
希釈制御を実証する必要がある |
|
ネイス MR0175 |
ISO 15156-3 |
サワーサービス素材 |
CS ベースに許容されるオーバーレイ |
硬度 22 HRC 以下、認定手順 |
出典: ASME ボイラーおよび圧力容器コード セクション VIII 部門. 1 (2023) UG-16、UW-42、UCL-30 から UCL-46。 ASME ボイラーおよび圧力容器コード セクション VIII 部門. 2 (2023) パート D 条項 D.11; ASME B31.3-2022「プロセス配管」パラグラフ 323.4.2、328.5.1; ASME ボイラーおよび圧力容器コード セクション IX (2023) QW-214、QW-283; NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015。
オーバーレイをデザイン厚さに含めることができる場合
デフォルトでは、ASME コードは肉盛溶接を腐食代として扱います - 圧力保持厚さの計算には含まれません。-ただし、オーバーレイ手順が完全な冶金的結合を実証するのに適格であり、設計仕様で明示的に許可されている場合は、オーバーレイの厚さ（腐食代を差し引いたもの）を加算することができます。
テーブル。圧力設計にオーバーレイを含めるための条件
|
状態 |
要件 |
検証 |
参照 |
|
完全冶金的結合 |
融合の欠如がなく、界面で完全に融合 |
UT試験、100%カバー率 |
ASME VIII UCL-30 |
|
適格なオーバーレイ手順 |
化学分析、機械試験を伴う PQR |
ASME IX QW-283 資格 |
ASME IX QW-214 |
|
設計仕様書の承認 |
エンジニアはオーバーレイ クレジットを承認する必要があります |
書面による仕様書が必要 |
ASME VIII UG-22 |
|
腐食代は差し引かれます |
腐食許容値を超える健全な金属のみがクレジットされる |
UG-25 に基づく腐食代 |
ASME VIII UG-25 |
出典: ASME ボイラーおよび圧力容器コード セクション VIII ディビジョン. 1 UCL-30「被覆および溶接-金属-ライニング容器」; ASME セクション IX QW-283「耐食性オーバーレイの溶接変数」; WRC Bulletin 447「圧力機器の溶接肉盛被覆材の評価に関するガイドライン」(1999 年)。
溶接肉盛は完全にコードに準拠しています。{0}デフォルトでは、腐食代として扱われ、圧力設計には含まれません。設計仕様が許可する場合、オーバーレイを圧力厚さ - に加算することができますが、これには資格のある手順と明示的な技術承認が必要です。
石油・ガス、化学、発電
ニッケル合金による肉盛溶接は、プロセス環境が非常に腐食性であるが、装置のサイズにより固体合金構造が経済的に魅力的でない産業で最も一般的に使用されます。石油・ガス産業が最大のユーザーであり、化学処理と発電がこれに続く。
業界別の応用例
テーブル。業界およびサービス環境別の肉盛溶接アプリケーション
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業界 |
装置 |
腐食モード |
一般的な合金オーバーレイ |
厚さ(mm) |
コード/規格 |
|
石油とガス (上流) |
坑口、X-ツリー、チョークバルブ |
H₂S、CO₂、Cl⁻、海水 |
アロイ625 |
5–6 |
API 6A、API 17D、NACE MR0175 |
|
石油とガス (中流) |
パイプライン、バルブボディ、ポンプケーシング |
H₂S、CO₂、湿ったガス |
アロイ625または825 |
3–5 |
ASME B31.3、NACE MR0175 |
|
石油とガス (下流) |
水素化分解装置、HDS 反応装置 |
H₂、H₂S、高温 |
アロイ625または825 |
4–5 |
API 934-A、NACE RP045 |
|
石油化学 |
反応容器、熱交換器 |
酸、塩化物、H₂S |
合金 C-276 または C-22 |
4–6 |
ASME VIII、ユーザー仕様 |
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化学プロセス |
酸反応器、スクラバー、配管 |
HCl、H2SO4、H3PO4、Cl2 |
合金 C-276 または C-22 |
5–6 |
ASME VIII、ユーザー仕様 |
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発電 |
FGDアブソーバー、ダクト、ファン |
SO₂、HCl、湿式スクラバー |
合金 C-276 または C-22 |
4–6 |
ASTM、ユーザー仕様 |
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脱塩 |
熱交換器管板 |
海水、高温 |
アロイ625または825 |
3–4 |
ASTM、ユーザー仕様 |
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海洋/オフショア |
ポンプ、バルブ、海水配管 |
海水、生物付着 |
アロイ625 |
4–5 |
DNV、ABS、ユーザースペック |
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紙パルプ |
消化槽、漂白洗浄機 |
NaOH、ClO₂、H₂SO₄ |
合金 C-276 または C-22 |
4–6 |
TAPPI、ユーザー仕様 |
出典: API 6A (第 21 版、2024)「坑口およびツリー装置」。 API 17D (第 3 版、2021) 「海底生産システム」; API 934-A（第 3 版、2019 年）「高温高圧水素サービス用の 2 14 Cr-1Mo および 3Cr-1Mo 鋼製厚壁圧力容器の材料と製造」; NACE RP045-2003 「水素サービスのための肉盛溶接」; ASME B31.3-2022「プロセス配管」; DNVGL-OS-F101 (2021) 「海底パイプライン システム」。
ケーススタディ: 坑口装置のオーバーレイ
海底坑口設備とクリスマスツリーは、外側が海水、内側が酸性ガス (H₂S) と塩水、最高 200 度の温度など、最も激しい腐食環境で動作します。ソリッド アロイ 625 構造の場合、炭素鋼の 5 ～ 8 倍のコストがかかります。炭素鋼または低合金鋼（AISI 4130、F22 など）に合金 625 を肉盛溶接すると、40 ～ 50% 低いコストで同等の耐食性が得られます。
テーブル。ケーススタディ - 海底坑井ハブ: F22 鋼に合金 625 をオーバーレイ
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パラメータ |
ソリッドアロイ 625 |
F22 + 合金 625 オーバーレイ |
貯蓄 |
注意事項 |
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母材コスト |
55ドル/kg |
$4/kg (F22) |
90％低い |
F22 は低-合金 Cr-Mo 鋼です |
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オーバーレイコスト |
N/A |
$18/kg (625 フィラー + 労働力) |
N/A |
GTAW + GMAW プロセス |
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総製造コスト |
$180,000 |
$95,000 |
47% 低い |
API 6A 仕様に準拠 |
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納期 |
16週間 |
10週間 |
6週間早くなった |
F22 溶接は簡単、肉盛は日常的です |
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腐食性能 |
素晴らしい |
優れた（同等） |
同じ |
API 6A に従って認定されたオーバーレイ |
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規範への準拠 |
API 6A、NACE MR0175 |
API 6A、NACE MR0175 |
同じ |
オーバーレイ硬度 22 HRC 以下 |
出典: API 6A (第 21 版、2024)「坑口およびツリー装置」。 NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015; 2023年に製造された海底坑口ハブに関するJNアロイの内部プロジェクトデータ。特殊金属「INCONEL® 合金 625」データシート (2023)。
腐食の影響が内面に限定される大型で厚肉の機器の場合、肉盛溶接が経済的に優れた選択肢となります。{0}固体合金は、オーバーレイが現実的ではない小型コンポーネント (バルブ内部、機器継手) に使用する必要があります。
ERNiCrMo-4 および ERNiCr-3
フィラーメタル仕様 (AWS 分類) により、オーバーレイの化学的性質と耐食性が決まります。合金 625 オーバーレイの場合は、ERNiCrMo-3 または ERNiCrMo-4 を使用します。 C-276 オーバーレイの場合は、ERNiCrMo-4 を使用します。 -4 分類は Mo 含有量が高く、厳しい還元酸の使用に適しています。
ニッケル合金肉盛用ろう材の分類
テーブル。ニッケル合金溶接肉盛用の AWS フィラー金属の分類
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AWS の分類 |
UNS |
適合合金 |
Cr(%) |
Mo (%) |
Nb+Ta (%) |
主な用途 |
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ERNiCr-3 |
N06082 |
アロイ600、601 |
18–22 |
- |
2.0–3.0 |
高温酸化、異種溶接 |
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ERNiCrMo-3 |
N06625 |
アロイ625 |
20–23 |
8–10 |
3.15–4.15 |
海水、H₂S、塩化物、一般オーバーレイ |
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ERNiCrMo-4 |
N10276 |
合金 C-276 |
14.5–16.5 |
15–17 |
- |
還元酸、重度の腐食 |
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ERNiCrMo-10 |
N06022 |
合金 C-22 |
20–22.5 |
12.5–14.5 |
- |
混酸、次亜塩素酸塩 |
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ERNiCrMo-14 |
N06686 |
アロイ686 |
19–23 |
15–17 |
- |
極度の酸、海水 |
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ERNiFeCr-1 |
N08065 |
アロイ825 |
19.5–23.5 |
2.5–3.5 |
- |
酸性ガス、硫酸 |
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ERNiMo-7 |
N10665 |
合金B-2、B-3 |
1.0以下 |
26–30 |
- |
塩酸、還元環境 |
出典: AWS A5.14/A5.14M:2018「ニッケルおよびニッケル-合金裸溶接電極および棒の仕様」。 AWS A5.11/A5.11M:2017 「シールド金属アーク溶接用のニッケルおよびニッケル-合金溶接電極の仕様」;特殊金属「溶接製品カタログ」(2023);ヘインズ インターナショナルの「溶接フィラー金属」技術データ (2023)。
使用環境別のろう材の選定
テーブル。フィラーメタル選択ガイド - 腐食環境別のニッケル合金オーバーレイ
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サービス環境 |
腐食モード |
推奨フィラー |
代替 |
注意事項 |
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海水、塩水 |
Cl⁻ 孔食、隙間 |
ERNiCrMo-3 (625) |
ERNiCrMo-4 |
625は海水の標準です |
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酸性ガス (H₂S) |
SSC、HIC、SOHIC |
ERNiCrMo-3 または ERNiFeCr-1 |
ERNiCrMo-4 |
硬度の確認 22 HRC 以下 |
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塩酸 |
全体的な腐食 |
ERNiMo-7 (B-2/B-3) |
ERNiCrMo-4 |
HCl には B-3 が好ましい |
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硫酸 |
全体的な腐食 |
ERNiCrMo-4 または ERNiFeCr-1 |
ERNiCrMo-10 |
C-276: < 50% H₂SO₄ |
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混合酸 (HCl + H₂SO₄) |
重度の腐食 |
ERNiCrMo-4 または ERNiCrMo-10 |
ERNiCrMo-14 |
エクストリームサービス用のC-22または686 |
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高温酸化- |
酸化、浸炭 |
ERNiCr-3 |
ERNiCrCoMo-1 |
900度以上のサービスに使用 |
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苛性アルカリ（NaOH、KOH） |
苛性亀裂 |
ERNiCr-3 |
ERNiCrMo-3 |
苛性アルカリ用アロイ 600 フィラー |
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排煙脱硫 |
SO₂、HCl、湿式スクラバー |
ERNiCrMo-4 |
ERNiCrMo-10 |
C-276はFGDの標準です |
出典: NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015「石油および天然ガス産業-H₂S-含有環境で使用する材料」;特殊金属「耐食合金セレクションガイド」(2023);ヘインズインターナショナル「腐食データ」技術パンフレット (2023);オウトクンプ『ステンレス鋼およびニッケル合金の腐食ハンドブック』(2021)。
ERNiCrMo-3 (合金 625 フィラー) は、一般的なオーバーレイ用途に最も汎用性の高い選択肢です。 ERNiCrMo-4 (C-276 フィラー) は、厳しい還元酸の使用に適しています。常に PMI によってオーバーレイの化学的性質を検証し、溶加材と溶接手順が必要な Cr、Mo、Fe 含有量を確実に満たしていることを確認してください。
