炭素鋼フランジ: 種類、用途、材料ガイド

フランジは、周囲にボルト穴のある平らな円盤状の機械部品です。パイプ、バルブ、ポンプ、または機器のノズルの端に溶接、ねじ切り、または滑り込ませてから、通常はフランジの間にガスケットを挟んで、相手フランジと向かい合わせにボルトで固定して、密閉された耐圧ジョイントを形成します。

フランジは、あらゆる配管システムにおいて 4 つの主要な機能を果たします。

• パイプの接合部分 永久溶接が不要なため、検査または交換のための分解が可能
• パイプをバルブ、ポンプ、機器に接続する 移行点で
• 漏れに対するシール ボルト締めされたガスケットの圧縮による高圧および高温下で
• アクセスポイントの提供 パイプラインのメンテナンス、清掃、または変更のため

形状別の最も一般的なフランジ タイプは、ウェルド ネック (WN)、スリップオン (SO)、ソケット ウェルド (SW)、ブラインド、ラップ ジョイント、およびネジ付きです。各タイプは、ASME B16.5、ASME B16.47、EN 1092-1 などの規格で定義された特定の圧力定格、パイプ サイズ、設置要件に合わせて設計されています。

炭素鋼フランジ are specified wherever a piping system requires high mechanical strength without the premium cost of corrosion-resistant alloys. Their operating range typically covers temperatures from -29 degrees C to 425 degrees C and pressure classes from 150 to 2500 LB under ASME B16.5.

石油とガスだけでも、 陸上パイプラインシステムで使用されるすべてのフランジの 70% 以上を炭素鋼が占めています 、業界の調達調査によると。 ASTM A105 (鍛造) と ASTM A234 WPB (継手グレード) の組み合わせは、依然として世界的に最も広く指定されている炭素鋼材料の指定です。

重量パーセントで表される炭素含有量は、炭素鋼の性能を決定する変数です。フランジは単一のグレードから作られるわけではありません。適切な炭素レベルは、必要な機械的要件と製造方法によって異なります。

ASTM A105 は、主要な鍛造炭素鋼フランジ材料であり、中炭素範囲に分類されます。 最大炭素含有量は 0.35%、最小引張強度は 485 MPa です。この強度と溶接性のバランスがまさに、クラス 150 からクラス 2500 までの圧力クラスのフランジの調達を支配している理由です。

溶接が頻繁に行われ、溶接後の熱処理を最小限に抑える必要がある場合には、ASTM A516 Gr.70 などの低炭素グレードが推奨されます。これは、圧力容器や貯蔵タンクのフランジ接続に一般的です。高炭素鋼は、衝撃荷重下での脆性と溶接時の熱影響部亀裂の影響を受けやすいため、標準フランジ仕様には事実上含まれていません。

合金鋼フランジには、ベースラインの鉄と炭素の組成を超えて、追加の合金元素 (クロム、モリブデン、バナジウム、ニッケル) が組み込まれています。これらの追加は表面的なものではありません。炭素鋼では到達できない性能の限界を解き放ちます。

エンジニアリング調達における実際的なルール: 最高 425 ℃ およびクラス 2500 の炭素鋼フランジを使用します。温度またはプロセスの化学的性質が必要な場合にのみ、合金鋼を指定してください。 炭素鋼で十分な場合に合金鋼を代替すると、エンジニアリング上のメリットがなくコストが増加し、溶接手順の認定プロセスが複雑になります。

これは、比較エンジニアと調達チームが最も頻繁に議論する点です。ステンレス鋼フランジは、同等の炭素鋼フランジに比べて 3 倍から 5 倍の価格プレミアムがあり、大規模プロジェクトでは大きなコスト要因となります。そのプレミアムがどこに正当化されるのかを理解することで、過剰な仕様とコストのかかる障害の両方を防ぐことができます。

炭素鋼フランジを選択してください プロセス流体が非腐食性 (炭化水素、乾燥ガス、蒸気、中性水) の場合、環境は制御またはコーティングされ、コストの最適化がプロジェクトの優先事項となります。 ステンレス製フランジを選択してください プロセスに酸、塩化物、海水、食品グレードまたは医薬品の液体が含まれる場合、または外部大気腐食が避けられず、メンテナンスへのアクセスが制限されている場合。

よくある工学上の間違いは、流体自体が非腐食性である海に面した屋外の配管にステンレス鋼を指定することです。防湿層と炭素鋼フランジを備えた外部断熱材により、数分の 1 のコストで同等の耐用年数が実現します。

指定する場合 炭素鋼フランジ 、注文書の材料指定は、一般的な説明と互換性がありません。各 ASTM グレードには、特定の化学組成範囲、最小限の機械的特性要件、および許可される熱処理方法が規定されています。

• ASTM A105 — 周囲温度から 425 ℃ までの使用に耐える鍛造炭素鋼。ウェルドネック、スリップオン、ブラインド、ソケットウェルドフランジ用の最も一般的なグレードです。最小降伏 250 MPa、最小引張 485 MPa。
• ASTM A350 LF2 — 低温炭素鋼、-46℃までの衝撃試験済み。極低温および北極でのサービス用途に必要です。
• ASTM A694 F65 / F70 — パイプラインフランジ用の高降伏炭素鋼。肉厚の低減が重要な高圧伝達パイプラインで使用されます。
• ASTM A181 Cl.70 — 低圧、中温用途向けの汎用鍛造炭素鋼。最近のプロジェクトでは A105 ほど指定されることは多くありません。
• EN 1092-1 P250GH — 欧州のプロセスプラント設計で一般的な、圧力容器グレードの炭素鋼フランジの欧州同等品。