高温条件下でのバルブ材料の選び方

流体輸送システムでは、高温バルブバルブは制御に不可欠な部品であり、主に調整、分流、逆流防止、遮断、シャントなどの機能を持ちます。このバルブは産業分野や民生分野で広く使用されています。高温バルブは、バルブによく使用されるタイプです。その具体的な特性は、焼入れ性が良く、深焼入れが可能、溶接性が良い、衝撃吸収性が良い、激しい衝撃でも破損しにくい、焼戻し脆性が少ないなどです。高温バルブには比較的多くの種類がありますが、最も一般的なのは高温用です。バタフライバルブ、高温ボールバルブ、高温フィルター、高温ゲートバルブ.

高温バルブの種類は何ですか？

高温用バルブには、高温用ゲートバルブ、高温用遮断弁、高温用チェックバルブ、高温用ボールバルブ、高温用バタフライバルブ、高温用ニードルバルブ、高温用スロットルバルブ、高温用減圧弁などがあります。これらの中で、最も一般的に使用されるのは、ゲートバルブ、グローブバルブ、チェックバルブ、ボールバルブ、バタフライバルブです。

高温バルブの動作条件とは

高温作業条件には主に亜高温、高温Ⅰ、高温Ⅱ、高温Ⅲ、高温Ⅳ、高温Ⅴがあり、以下で個別に紹介します。

高温以下

亜高温とは、バルブの使用温度が325～425℃の範囲であることを意味します。媒体が水や蒸気の場合、WCB、WCC、A105、WC6、WC9が主に使用されます。媒体が硫黄含有油の場合、硫化物腐食に強いC5、CF8、CF3、CF8M、CF3Mなどが主に使用されます。これらは主に製油所の大気圧・減圧装置や遅延コーキング装置に使用されています。このとき、CF8、CF8M、CF3、CF3M製のバルブは酸性溶液の耐腐食性には使用されず、硫黄含有石油製品や石油・ガスパイプラインに使用されます。この状態では、CF8、CF8M、CF3、CF3Mの最高使用温度は450℃です。 

高温Ⅰ

バルブの使用温度が425～550℃の場合、高温I級（PI級という）となります。PI級バルブの主な材質は、ASTMA351規格のCF8を基本形状とする「高温I級中炭素クロムニッケル希土類チタン高級耐熱鋼」です。PI級は特別な名称であるため、高温ステンレス鋼（P）の概念がここに含まれています。したがって、作動媒体が水や蒸気の場合は、高温鋼WC6（t≤540℃）やWC9（t≤570℃）も使用できますが、硫黄含有油製品には高温鋼C5（ZG1Cr5Mo）も使用できますが、ここではPI級と呼ぶことはできません。 

高温II

バルブの使用温度は550～650℃で、高温Ⅱ級（以下、PⅡ級と略す）に分類されます。PⅡ級高温バルブは、主に製油所の重質油接触分解装置に用いられ、三回転ノズルなどに用いられる高温ライニング耐摩耗性ゲートバルブなどで構成されています。PⅡ級バルブの主な材質は、ASTMA351規格のCF8を基本形状とした「高温Ⅱ級中炭素・クロム・ニッケル・希土類・チタン・タンタル強化耐熱鋼」です。 

高温III

バルブの動作温度は650～730℃で、高温III（PⅢ）クラスに分類されます。PⅢクラス高温バルブは、主に製油所の大型重質油接触分解装置に使用されます。PⅢクラス高温バルブの主要材料は、ASTMA351に基づくCF8Mです。 

高温Ⅳ

バルブの使用温度は730～816℃で、高温IV（略してPIV）と定格されています。PIVバルブの使用温度の上限は816℃です。これは、バルブ設計に選択されたASMEB16134圧力温度グレード規格で規定されている最高温度が816℃（1500υ）であるためです。また、使用温度が816℃を超えると、鋼は鍛造温度域に近づきます。このとき、金属は塑性変形域にあり、金属は良好な可塑性を有し、高い使用圧力と衝撃力に耐えて変形しないようにすることが困難です。PⅣバルブの主な材質は、ASTMA351規格の基本形状である「高温Ⅳ中炭素クロムニッケルモリブデン希土類チタンタンタル強化耐熱鋼」のCF8Mです。 CK-20およびASTMA182規格F310（C含有量≥01050%を含む）およびF310H耐熱ステンレス鋼。 

高温Ⅴ

バルブの使用温度は816℃以上で、PⅤと呼ばれます。PⅤ高温バルブ（遮断弁用、調節用バタフライ弁ではない）は、ライニング断熱ライニングや水またはガス冷却などの特殊な設計方法を採用する必要があります。バルブの正常な動作を確保できます。したがって、PⅤクラス高温バルブの使用温度の上限は指定されていません。これは、制御弁の使用温度が材料だけでなく、特殊な設計方法によって決まるためであり、設計方法の基本原理は同じです。PⅤグレードの高温バルブは、その作動媒体と作動圧力、および特殊な設計方法に応じて、バルブに適合する合理的な材料を選択できます。PⅤクラス高温バルブでは、通常、煙道フラッパーバルブまたはバタフライバルブのフラッパーまたはバタフライバルブは、ASTMA297規格のHK-30およびHK-40高温合金から選択されます。耐腐食性がありますが、衝撃や高圧負荷に耐えることはできません。