Sandvik 3RE60：耐食性に優れた高性能デュプレックスステンレス鋼

概要

Sandvik 3RE60は、オーステナイト・フェライト系のデュプレックスステンレス鋼で、以下の優れた特性を備えています。

• 塩化物環境における応力腐食割れ（SCC）に対する高い耐性
• 一般腐食および点食に対する良好な耐性
• 高い機械的強度 - オーステナイト系グレードの約2倍の耐力
• 浸食腐食および腐食疲労に対する良好な耐性
• 設計上有利な物理的特性
• 良好な溶接性

本材料の腐食、機械、物理的性能に関するより詳細な技術情報およびチャートは、材料ページ右側の図表に示されています。

データシートURL: Sandvik 3RE60

データシート更新日: 2019年8月26日（従来版を置き換え）

特性

一般特性

特性	温度	値	備考
密度	23.0 °C	7.8 g/cm³
リサイクル含有率		82.1 %	平均リサイクル含有率

機械的特性

特性	温度	値	備考
弾性係数	20.0 °C	200 GPa
	100.0 °C	194 GPa
	200.0 °C	186 GPa
	300.0 °C	180 GPa
伸び	23.0 °C	30 %	最小値
伸び（A2）	23.0 °C	30 %	最小値
硬さ（ロックウェルC）	23.0 °C	28	最大値
引張強さ	23.0 °C	700 - 880 MPa	最小値
耐力 Rp0.1	23.0 °C	500 MPa	最小値
耐力 Rp0.2	20.0 °C	480 MPa	最小値
	50.0 °C	430 MPa	最小値
	100.0 °C	370 MPa	最小値
	150.0 °C	350 MPa	最小値
	200.0 °C	330 MPa	最小値
	250.0 °C	325 MPa	最小値
	300.0 °C	320 MPa	最小値

熱的特性

特性	温度	値	備考
熱膨張係数	100.0 °C	1E-5 1/K	30°Cから当該温度まで
	200.0 °C	1E-5 1/K	30°Cから当該温度まで
	300.0 °C	1.05E-5 1/K	30°Cから当該温度まで
	400.0 °C	1.1E-5 1/K	30°Cから当該温度まで
比熱容量	20.0 °C	475 J/(kg·K)
	100.0 °C	505 J/(kg·K)
	200.0 °C	530 J/(kg·K)
	300.0 °C	555 J/(kg·K)
	400.0 °C	580 J/(kg·K)
熱伝導率	20.0 °C	13 W/(m·K)
	100.0 °C	15 W/(m·K)
	200.0 °C	16 W/(m·K)
	300.0 °C	17 W/(m·K)
	400.0 °C	19 W/(m·K)

化学組成

元素	含有量	備考
炭素	0.03 %	最大値
クロム	18.5 %
鉄	残部
マンガン	1.5 %
モリブデン	2.6 %
ニッケル	4.5 %
窒素	0.07 %
リン	0.03 %	最大値
ケイ素	1.6 %
硫黄	0.015 %	最大値

技術的特性

用途分野

3RE60は、点食および応力腐食割れが懸念される塩化物環境での使用に最適な材料です。このような環境では、3RE60は標準的なオーステナイト系ステンレス鋼よりもはるかに優れています。したがって、中程度の塩化物を含む冷却水で動作する熱交換器での使用に特に適しています。

典型的な用途例として、石油精製所、化学・石油化学プラント、パルプ工業などが挙げられます。

3RE60の高強度と高硬度は、重荷重や摩耗が作用する構造物において、オーステナイト系ステンレス鋼の魅力的な代替材料となります。

認証・承認

• ASMEボイラおよび圧力容器コード 第VIII部門 第1および第2分類 NGS 1604（SS 2376の適用に関する北欧規則）での使用が承認済み
• VdTÜV-Werkstoffblatt 385（非錆フェライト・オーステナイト系鋼）

3RE60が300°C（570°F）を超える温度に長期間さらされると、微細組織が変化し、衝撃強度が低下します。この影響は、必ずしも動作温度での材料の振る舞いに影響を与えるわけではありません。例えば、熱交換器チューブはより高い温度でも問題なく使用できます。詳細についてはSandvikにお問い合わせください。

圧力容器用途では、VdTÜV-Wb 385およびNGS 1604に従い、最高300°C（570°F）までとされています。

冷間成形

曲げ加工

曲げ加工に必要な力は、AISI 304L/316Lの約2倍ですが、耐力を超えると、3RE60ではオーステナイト系ステンレス鋼と同様に容易に塑性変形が進行します。3RE60は、その後の熱処理を必要とせずに25%の変形まで冷間曲げが可能です。ただし、材料温度が酸素含有環境で約100 ppm Cl⁻、150°C（300°F）に近いなど、応力腐食割れのリスクが増大し始める使用条件下では、適度な冷間曲げ後でも熱処理を推奨します。

耐食性

一般腐食

一般腐食耐性において、3RE60はほとんどの媒質でAISI 316Lと同等または優れています。下表は、ギ酸および塩酸における実験室試験から得られた腐食データの例を示しています。

硫酸に対する耐性は、図3の等腐食図に示されています。この図は、3RE60がAISI 316Lと同等の性能を示すことを確認しています。

質量%	温度¹⁾		腐食速度 3RE60		AISI 316L
	°C	°F	mm/年	mpy	mm/年	mpy
ギ酸, HCOOH	B	B	0.04	1.6	0.17	6.8
5%	B	B	0.15	5.9	0.37	14
10%	B	B	0.5	20	0.6	24
25%	50	122	0.00	0.0	0.00	0.0
50%	B	B	1.1	43	1.5	59
80%	B	B	0.35	14	1.0	40
100%	70	158	0.01	0.4	0.00	0.0
塩酸, HCl	70	158	0.02	0.8	0.36	14
0.3%	80	176	0.10	4.0	0.93	37
0.5%
0.5%
1) B = 沸騰溶液

強酸化性条件下（例：硝酸）での使用には、3RE60は推奨しません。このような環境では、オーステナイト系鋼（例：Sandvik 3R12（AISI 304L）や特殊鋼Sandvik 2RE10（AISI 310L））を選択すべきです。

点食

鋼の点食耐性は、クロムおよびモリブデン含有量の増加により向上します。AISI 316タイプの鋼と比較して、3RE60はより高いクロム含有量を有し、したがって優れた点食耐性を示します。モリブデンを含まないAISI 304タイプの鋼と比較すると、3RE60は明らかに大きく優れています。これは、塩化物水溶液中での点食腐食発生臨界温度（CPT）の定電位測定（図4）によって確認されています。

応力腐食割れ

標準的なオーステナイト系鋼AISI 304LおよびAISI 316Lは、約60°C（140°F）を超える温度の塩化物溶液において、応力腐食割れ（SCC）を起こしやすい材料です。

デュプレックスステンレス鋼は、このタイプの腐食に対してははるかに感受性が低いです。3RE60のSCCに対する優れた耐性は、実験室試験によって証明されていますが、より重要なのは過去20年間の広範な運転経験によって実証されていることです。運転経験と実験室結果は図5にまとめられています。

この図は、3RE60および標準鋼AISI 304L、AISI 316Lが応力腐食割れのリスクなく使用できる温度-塩化物濃度の範囲を示しています。高塩化物濃度では、点食耐性が制限要因となることが多く、その場合はデュプレックスステンレス鋼Sandvik SAF 2205（22% Cr, 5.5% Ni, 3% Mo）の使用を推奨します。

塩化カルシウム中で実施された実験室試験の結果は図6に示されています。試験は破壊または最長500時間まで継続されました。この図は、3RE60がオーステナイト系標準鋼AISI 304LおよびAISI 316Lに比べてはるかに優れたSCC耐性を有することを示しています。

粒界腐食

3RE60は、最新のデュプレックスステンレス鋼の一群に属し、その組成は溶接時に溶接部に隣接する熱影響部でのオーステナイトの再生成が速やかに起こるように調整されています。これにより、母材とほぼ同等の耐食性と靭性を与える微細組織が得られます。3RE60を溶接構造物で長年使用してきた経験は、この鋼の高い粒界腐食耐性を裏付けています。

隙間腐食

点食耐性が鋼のクロムおよびモリブデン含有量に関連付けられるのと同様に、隙間腐食耐性もこれらの元素含有量に関連します。したがって、3RE60はAISI 316Lタイプの鋼よりも優れた隙間腐食耐性を備えています。

浸食腐食

AISI 316Lタイプの鋼は、高研磨性固体粒子を含む流動媒質にさらされると浸食腐食を受けます。高硬度のため、3RE60はこのような条件下で非常に優れた耐性を示します。

腐食疲労

例えば製紙工場のサクションロールなど、特定の用途では材料の腐食疲労耐性が寿命を左右します。実験室試験により、3RE60はAISI 316Lタイプの鋼よりも腐食条件下ではるかに優れた疲労強度を持つことが示されています。これは固溶焼鈍材と溶接材の両方に当てはまります。この2鋼種の差は、3RE60の優れた機械的強度によって説明されます。

室温で400 ppm Cl⁻および250 ppm SO₄²⁻を含む溶液（pH=3.5）中で、3RE60とAISI 316Lの回転曲げ疲労試験を実施しました。試験結果は図7に示されています。

拡管

オーステナイト系ステンレス鋼と比較して、3RE60はより高い0.2%耐力と引張強さを有します。チューブをチューブシートに拡管する際は、この点を考慮する必要があります。通常の拡管方法が使用できますが、より高い初期力が必要で、一回の操作で行うべきです。

熱処理

チューブは通常、熱処理済みの状態で供給されます。さらなる加工後に追加の熱処理が必要な場合、以下を推奨します。

固溶焼鈍: 990-1130°C（1815-2065°F）、空気または水中で急冷。

熱処理は、固溶焼鈍（上記参照）または抵抗焼鈍の形で実施されます。

熱間成形

熱間曲げは1100-950°C（2010-1740°F）で実施し、その後固溶焼鈍を行うべきです。

機械加工

ステンレス鋼の機械加工では、満足のいく結果を得るために切削条件と加工方法の調整が常に必要です。超硬チップ工具で旋削を行う場合、AISI 316に適用される切削速度と比較して、仕上げ加工では20%、荒加工では60%切削速度を低減すべきです。他の加工でもほぼ同様です。ハイス工具を使用する場合、AISI 316とほぼ同じ切削速度を使用できます。

工具選択と切削データの詳細な推奨事項は、カタログS-1,462-ENGに記載されています。グレード5R60（AISI 316）としてデータを選択し、上記のコメントを考慮してください。

その他

供給形態

Sandvik 4C54のシームレスチューブおよびパイプは、外径125mmまでの寸法で、固溶焼鈍および白色酸洗い条件、またはブライトアニール条件で供給されます。

その他の供給形態

Sandvik 3RE60は以下の形態でも供給可能です：

• 溶接チューブおよびパイプ
• 継手
• ストリップ、焼鈍または様々な硬度に冷間圧延
• 棒鋼
• 板、シート、広幅ストリップ
• 鍛造チューブシート

シームレスチューブおよびパイプ: ASTM A789に準拠した熱交換器用シームレスチューブは、サイズ（平均肉厚）32 x 1.5 mmで、固溶焼鈍および白色酸洗い条件で在庫されています。

溶接用充填材は以下の径で在庫されています：

• 溶接ワイヤ Sandvik 22.8.3.L
• 0.80, 1.60, 2.0, 2.4 mm（2/64, 1/16, 5/64, 3/32 in.）
• 被覆アーク溶接棒 Sandvik 22.9.3.LR
• 2.5, 3.25, 4.0 mm（3/32, 1/8, 5/32 in.）

溶接

Sandvik 3RE60の溶接性は良好です。溶接は予熱なしで実施し、事後熱処理は通常不要です。適切な融接法として、手溶接（MMA/SMAW）およびガスシールドアーク溶接があり、TIG/GTAW法を第一選択とします。

Sandvik 3RE60には、熱入力0.5-2.5 kJ/mm、層間温度150°C（300°F）未満を推奨します。

推奨充填材：

• TIG/GTAWまたはMIG/GMAW溶接
  • ISO 14343 S 22 9 3 N L / AWS A5.9 ER2209（例: Exaton 22.8.3.L）
• MMA/SMAW溶接
  • ISO 3581 E 22 9 3 N L R / AWS A5.4 E2209-17（例: Exaton 22.9.3.LR）