ASTM A213 TP316H モリブデン含有高炭素オーステナイト系耐熱ステンレス鋼
概要
ASTM A213 TP316H（UNS S31609）は、TP316の炭素含有量を0.04–0.10%に高め、高温クリープ強度を向上させた「H」グレードです。モリブデン2–3%による優れた孔食・隙間腐食抵抗性を維持しつつ、500℃以上の高温構造用途に対応できるよう設計されています。
一般特性
| 特性 | 温度 | 値 | 備考 |
|---|
| 密度 | 23.0 ℃ | 7.9 – 8.2 g/cm³ | オーステナイト系ステンレス鋼として典型的 |
機械的特性（室温、熱処理後）
| 特性 | 温度 | 値 | 備考 |
|---|
| 弾性係数 | 23.0 ℃ | 195 GPa | オーステナイト系ステンレス鋼として典型的 |
| 伸び（A50） | 23.0 ℃ | 35 % | |
| ブリネル硬度 | 23.0 ℃ | 192 HB | |
| ロックウェルB硬度 | 23.0 ℃ | 90 HRB | |
| ビッカース硬度 | 23.0 ℃ | 200 HV | |
| ポアソン比 | 23.0 ℃ | 0.30 | オーステナイト系ステンレス鋼として典型的 |
| せん断弾性係数 | 23.0 ℃ | 77 GPa | オーステナイト系ステンレス鋼として典型的 |
| 引張強さ | 23.0 ℃ | 515 MPa | |
| 降伏強さ | 23.0 ℃ | 205 MPa | |
熱的特性
| 特性 | 温度 | 値 | 備考 |
|---|
| 線膨張係数 | 23.0 ℃ | 1.7 – 1.9 × 10⁻⁵ 1/K | オーステナイト系ステンレス鋼として典型的 |
| 融点 | – | 1230 – 1480 ℃ | オーステナイト系ステンレス鋼として典型的 |
| 比熱容量 | 23.0 ℃ | 440 J/(kg·K) | オーステナイト系ステンレス鋼として典型的 |
| 熱伝導率 | 23.0 ℃ | 11 – 21 W/(m·K) | オーステナイト系ステンレス鋼として典型的 |
電気的特性
| 特性 | 温度 | 値 | 備考 |
|---|
| 電気抵抗率 | 23.0 ℃ | 8.5 × 10⁻⁷ Ω·m | オーステナイト系ステンレス鋼として典型的 |
化学組成（質量%）
| 元素 | 含有量 |
|---|
| 炭素 (C) | 0.04 – 0.10 % |
| クロム (Cr) | 16.0 – 18.0 % |
| マンガン (Mn) | 2.00 % |
| モリブデン (Mo) | 2.0 – 3.0 % |
| ニッケル (Ni) | 11.0 – 14.0 % |
| リン (P) | 0.05 % |
| ケイ素 (Si) | 1.00 % |
| 硫黄 (S) | 0.03 % |
TP316系グレードの使い分け指針
| グレード | 炭素% | 高温強度 | 感度化抵抗性 | 推奨用途 |
|---|
| TP316 | ≤0.08 | 標準 | 良好 | 一般耐食・中温配管 |
| TP316L | ≤0.035 | 低い | 最高 | 溶接構造・低温配管 |
| TP316H | 0.04–0.10 | 高い（Hグレード） | 要注意 | 高温構造（非溶接主体） |
| TP316Ti | ≤0.08 | 高い | 優秀（Ti安定化） | 高温溶接構造 |
| TP316Cb | ≤0.08 | 高い | 優秀（Nb安定化） | 高温溶接構造 |
高温クリープ特性（代表値）
| 温度 (℃) | 1000時間クリープ破断強度 (MPa) | 10000時間クリープ破断強度 (MPa) |
|---|
| 550 | ≈200 | ≈150 |
| 600 | ≈130 | ≈90 |
| 650 | ≈80 | ≈55 |
| 700 | ≈50 | ≈35 |
| 750 | ≈30 | ≈20 |
モリブデンの高温効果
- 固溶強化: Moはオーステナイト格子歪みを大きくし、高温での転位移動を阻害
- 炭化物安定化: Mo₂C、M₆C、M₂₃C₆型炭化物形成に関与し、高温析出挙動に影響
- 酸化抵抗性: 高温酸化皮膜の保護性をやや向上（Cr₂O₃皮膜へのMo取り込み）
主な用途
- ボイラー過熱器・再熱器チューブ（塩化物・硫黄含有環境）
- 石油精製：触媒分解装置（FCC）リジェネレーター配管、改質炉チューブ
- 石油化学：高温反応器チューブ、パイロリシス炉（腐食環境下）
- 廃棄物焼却・排ガス処理：高温腐食環境下のチューブ・ダクト
- 原子力・化学プラント：高温高圧配管（ASME Section III対応）
熱処理と供給状態
固溶熱処理（1040–1120℃、急冷）状態で供給。高炭素グレードのため、溶接時は感度化リスク（550–850℃でのCr₂₃C₆析出）に注意が必要です。溶接構造が主体の場合はTP316L、TP316Ti、TP316Cbの使用を推奨します。ASME BPVC Section I, III, VIII対応、Section II Part D収載。
設計上の留意点
- 設計応力値: ASME Section II Part Dでは、TP316Lより高温側で高い設計応力値が割り当てられている
- 感度化対策: 溶接部は溶接後熱処理（PWHT）または安定化グレード選定で対応
- σ相脆化: 600–900℃長期曝露でσ相析出リスク。定期検査で靭性確認推奨
- 応力腐食割れ（SCC）: 高温塩化物環境ではMo効果でTP304系より抵抗性良好だが、完全防止ではない
