低温圧力容器用炭素鋼鋼板の規格|SLA鋼板のJIS規格、成分、材質、厚さ、機械的性質

2014年3月1日更新

低温圧力容器用炭素鋼鋼板は、JIS規格で規定されている6種類の鋼板のことで、いずれもSLAからはじまる材料記号を持ちます。名称が示している通り、この鋼板は圧力容器用のなかでも鋼が本来苦手としている低温環境での使用を想定したもので、種類によりますが、その使用限界温度はおおよそ−30℃〜−60℃となります。

JISで規定されている項目としては、成分、熱処理の有無と種類、最低使用可能温度、圧力容器の規格につきものの溶接性を見るための炭素当量、溶接割れ感受性組成、機械的性質である降伏点、耐力、引張強さ、伸び、曲げ性、耐衝撃性や低温脆性をみるためのシャルピー吸収エネルギー(シャルピー衝撃値)、サイズ別の寸法公差等があり、ISO規格、ASME規格との対応表についても記述されています。

圧力容器鋼板はボイラーや熱交換器など設備には不可欠な素材の一つですが、他の鋼材と違い、特定の温度域に耐えうること、中に通す気体や液体の種類ごとの耐性、破裂や破損をコントロールするパラメータが設定されていること、容器や設備の製造時に必須となる溶接において、溶接した箇所からの破損等が起きないかを見る指標となる溶接性などが求められます。

SLA鋼材は、この圧力容器鋼板のなかでも、鋼材が本来苦手とする低温環境での使用を想定している規格材料です。

鋼は一般的には高温には強い素材ですが、低温や極低温になると金属組織がもろくなってしまう「低温脆性」という宿命を背負っています。このため、低温域では、もともと低温脆性のない金属素材を選択するか、このSLA材のように低温環境での使用を想定した材料を選ぶことになります。他の金属と比べた場合、鋼の強みの一つが「ねばり強さ」で、靭性と呼ばれますが、低温においてこれが損なわれてしまうと鉄鋼材料の強みが活かせなくなります。低温脆性は一般に0℃以下といった氷点下で顕著に見られ、常温では破損しないような負荷や衝撃で材料が壊れてしまいます。予測や計算が困難となるため、特殊な条件が重なるようであれば個別に材料設計の検討が必要です。

低温圧力容器用炭素鋼鋼板の素材そのものは炭素鋼で、細粒キルド鋼から製造されています。

低温圧力容器用炭素鋼鋼板の性質

圧力容器用途であるSLA鋼板の項目ごとにJISにて設定されているパラメータは以下の通りとなります。

低温圧力容器用炭素鋼鋼板の熱処理

この鋼板には、焼きならし、焼入れ焼き戻し、熱加工制御のいずれかが熱処理として定められており、材料の種類により下表のように分けられています。どのような熱処理を施しているのかは材料記号の末尾に表の記号を用いて標記します。

熱処理の記号
熱処理の記号 熱処理の内容 表示例
TMC 熱加工制御 SLA235BTMC、SLA325BTMCなど
N 焼きならし SLA325AN、SLA235ANなど
Q 焼入れ焼き戻し SLA365Q、SLA325BQなど
SR 溶接後熱処理に相当する熱処理を試験片に行う SLA235BN3SR(焼きならしのあと、3回このSRの処理をする)、SLA325BQ2SR(焼き入れ焼き戻しのあと、2回SR処理する)
低温圧力容器用炭素鋼鋼板の熱処理
鋼板の種類 熱処理の内容
SLA235A 焼きならし。受け渡し当事者の間で取り決めがあれば熱加工制御も可。
SLA235B
SLA325A
SLA325B 焼入れ焼き戻し。受け渡し当事者の間で取り決めがあれば熱加工制御も可。
SLA365
SLA410 熱加工制御か、焼入れ焼き戻し

低温圧力容器用炭素鋼鋼板の最低使用温度

この材料の長所となる、低温限界、つまりどこまで低温に耐えられるのかという目安ですが、下表の値は通常の使用条件で耐えられる温度となるため、脆性亀裂の伝播阻止といった性能は考慮されていません。ただし、個々の材料のページに記載があるとおり、耐衝撃性を見るためのシャルピー吸収エネルギーの値が常温におけるものに比べて半分以上には設定されているため、低温域でも通常の半分のねばり強さ、耐衝撃性を持つことが推測できます。

SLA鋼板の最低使用温度
鋼板の種類 最低使用温度
SLA235A −30℃
SLA235B −45℃
SLA325A −45℃
SLA325B −60℃
SLA365 −60℃
SLA410 −60℃

低温圧力容器用炭素鋼鋼板の溶接性

溶接性を見るため、規格では炭素当量と溶接割れ感受性組成の値が材料ごとに設定されています。ただし、SLA235シリーズは対象外です。

計算式は成分組成を次の式にあてはめて算出します。

炭素当量(Ceq)

炭素当量

溶接割れ感受性組成(PCM)

溶接割れ感受性組成
SLA鋼材の炭素当量と溶接割れ感受性組成
鋼材の種類 炭素当量(Ceq 溶接割れ感受性組成(PCM
SLA325A 0.38以下 0.23以下
SLA325B 0.38以下 0.23以下
SLA365 0.38以下 0.23以下
SLA410 0.39以下 0.24以下

低温圧力容器用炭素鋼鋼板の厚み、寸法許容公差

厚さは材料によりますが、6mm以上から50mm以下のもの、6mm以上38mm以下のものとなります。

なお、マイナス側にふれてよい許容差は0.25mmとなりますので、厚みに関係なく、下表においてマイナス公差は-0.25となります。受け渡し当事者の間で、マイナス側を0に設定することもできますが、その場合は、プラス側の下表の値に0.25を加算することになります。

SLA鋼板の板厚の誤差、許容差(単位:ミリ)
厚さ
1600未満 1600以上2000未満 2000以上2500未満 2500以上3150未満 3150以上4000未満 4000以上5000未満
6.00mm以上6.30mm未満 +0.75 +0.95 +0.95 +1.25 +1.25 -
6.30mm以上10.0mm未満 +0.85 +1.05 +1.05 +1.35 +1.35 +1.55
10.0mm以上16.0mm未満 +0.85 +1.05 +1.05 +1.35 +1.35 +1.75
16.0mm以上25.0mm未満 +1.05 +1.25 +1.25 +1.65 +1.65 +1.95
25.0mm以上40.0mm未満 +1.15 +1.35 +1.35 +1.75 +1.75 +2.15
40.0mm以上50.0mm以下 +1.35 +1.65 +1.65 +1.95 +1.95 +2.35

「JIS G 3126 低温圧力容器用炭素鋼鋼板」に規定のある材料記号

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