極限環境向けの先進的な合金

エンジニアリング設計者は伝統的に、海水や化学溶液などの腐食性流体にさらされる要求の厳しい用途のデフォルトの選択肢として、合金 625 などの高価なニッケル合金を選択してきました。 ロドリゴ・シニョレッリ氏は、高窒素合金グレードがどのようにしてはるかに高い耐食性を備えたコスト効率の高い代替品を提供できるかを説明します

下流の石油・ガス産業におけるプレート熱交換器 (PHE)、チューブ、パイプ、ポンプなどのシステムの材料の選択は、品質と認証が常に重視されてきました。 技術仕様により、品質、安全性、環境を保護しながら、資産が長期間にわたってプロセスを継続できることが保証されます。 そのため、多くの通信事業者は合金 625 などのニッケル合金を技術仕様や規格に組み込んでいます。

しかし、エンジニアは現在、設備投資を管理するというプレッシャーに直面しており、ニッケル合金は高価で価格変動の影響を受けやすいものです。 これは2022年3月に市場の取引に応じてニッケル価格が1週間以内に2倍に上昇し、見出しを飾ったときに浮き彫りになった。 価格が高いということは、ニッケル合金の使用にコストがかかることを意味しますが、突然の価格変動が収益性に突然影響を与える可能性があるため、この変動によりプロジェクト エンジニアは管理が困難になります。

したがって、多くの設計エンジニアは、その品質に信頼できることはわかっていますが、現在、Alloy 625 を代替品に置き換えることに前向きです。 重要なのは、海水システムに適切なレベルの耐食性を備え、機械的特性に適合する適切な合金を特定することです。

この要件を満たす材料の 1 つは、オウトクンプの Ultra 654 SMO としても知られるグレード EN 1.4652 です。 世界で最も耐食性の高いステンレス鋼とみなされています。

ニッケル合金 625 には少なくとも 58% のニッケルが含まれており、ウルトラ 654 には 22% のニッケルが含まれています。 どちらもほぼ同様のレベルのクロムとモリブデンを含んでいます。 一方、Ultra 654 SMO には少量の窒素、マンガン、銅も含まれています。 合金 625 には、ニッケルよりもはるかに高価なニオブとチタンが含まれています。

一方、一般に高性能ステンレス鋼の出発点とみなされているステンレス鋼グレード 316L からの大幅な進歩をもたらします。

性能の点では、この合金は均一腐食に対して非常に優れた耐性、孔食や隙間腐食に対して非常に高い耐性、応力腐食割れに対して優れた耐性を備えています。 ただし、海水システムに関しては、塩化物環境に対する耐性が優れているため、ステンレス鋼合金の方が合金 625 よりも優れています。

海水は、塩由来の塩化物イオンが 18,000 ～ 30,000 ppm 存在するため、非常に腐食性が高くなります。 塩化物は、多くの鋼グレードで化学腐食のリスクを引き起こします。 ただし、海水中の生物は、電気化学反応を引き起こすバイオフィルムの生成を引き起こす可能性があり、性能に影響を与える可能性もあります。

ニッケルとモリブデンの含有量が低いため、Ultra 654 SMO の合金混合により、適切なレベルの性能を提供しながら、従来のハイスペック合金 625 よりも大幅にコストを削減できます。 通常、30 ～ 40% のコスト削減が実現します。

さらに、ステンレス鋼は、高価な合金元素の含有量を削減することで、ニッケル市場の不安定性への影響も排除します。 その結果、メーカーはプロジェクトの入札と価格見積もりの​​正確さに大きな自信を持つことができます。

材料の機械的特性もエンジニアにとって重要な考慮事項です。 配管、熱交換器、その他のシステムは、高圧、変動する温度、そして多くの場合機械的な振動や衝撃に耐える必要があります。 Ultra 654 SMO は、この分野で優れた機能を備えています。 合金625と同等の高強度を有し、他のステンレス鋼よりも大幅に高い強度を有します。

同時に、メーカーは、簡単な生産を保証するのに十分な成形性と溶接性があり、必要な製品形状で容易に入手できる材料を必要としています。

この合金は、従来のオーステナイトグレードの優れた成形性と良好な伸びを保持しているため、たとえば強力で軽量の熱交換器プレートの設計に最適であるため、この点で優れた選択肢となります。

また、溶接性にも優れており、幅1,000mm、厚さ0.5～3mm、4～6mmまでのコイルやシートなど幅広いフォーマットを取り揃えております。

さらにコスト面での利点は、合金の密度が合金 625 よりも低いことです (8.0 kg/dm3 に対して 8.5 kg/dm3)。 この差はわずかに見えるかもしれませんが、トン数が 6% 減少するため、長いパイプラインなどのプロジェクトで大量に購入する場合には大幅な節約になります。

これに基づいて、密度が低いということは、完成した構造がより軽くなり、物流、持ち上げ、設置が容易になることを意味します。 これは、重いシステムの取り扱いがより困難な海中および海洋の構造物にとって特に有益です。

Ultra 654 SMO のすべての特性と利点 (高い耐食性と機械的強度、価格の安定性、正確な計画の可能性) を考慮すると、ニッケル合金のより競争力のある代替品となる可能性があることは明らかです。

ロドリゴ・シニョレッリは、オウトクンプのテクニカルマネージャー