Grade 91は、鍛造仕様ではASTM A182 F91と表記され、9%クロム鋼にモリブデンと、厳密に管理された少量のバナジウム、ニオブ、窒素を添加した鋼です。これにより改良9Cr-1Mo-V鋼、UNS K90901となり、クロムモリブデン鋼系の中で最も高い許容応力を備えます。Longrui Forgingは、中国浙江省雲和県で、F91をバルブボディ、バルブカバー、フランジ、リング部品、継手ブランクに鍛造し、1個あたり5 kgから520 kgまで対応します。
Grade 91は、現代の超臨界発電プラントで蒸気をより高温で運用できる理由です。バナジウム、ニオブ、窒素が微細な炭窒化物を形成し、高温で微細組織を固定するため、2.25Cr-1Mo (F22) が強度を失い始める領域でも鋼が強度を維持します。その性能の代償は規律です。なぜなら特性は化学組成だけでなく、熱処理された組織に宿るからです。
F91とは
F91はマルテンサイト系クロムモリブデン鋼であり、ステンレス鋼ではありません。9%クロムが高温での耐酸化性を与え、微量合金元素がクリープ強度を与えます。使用前に焼ならしと焼戻しを行い、その処理は仕上げ工程ではなく仕様の一部です。
| 元素 | 範囲 (%) | 元素 | 範囲 (%) |
|---|---|---|---|
| 炭素 | 0.08 – 0.12 | クロム | 8.0 – 9.5 |
| マンガン | 0.30 – 0.60 | モリブデン | 0.85 – 1.05 |
| ケイ素 | 0.20 – 0.50 | バナジウム | 0.18 – 0.25 |
| リン | 0.020 最大 | ニオブ (Cb) | 0.06 – 0.10 |
| 硫黄 | 0.010 最大 | 窒素 | 0.030 – 0.070 |
| ニッケル | 0.40 最大 | アルミニウム | 0.02 最大 |
すべて同じ材料を指すグレードと呼称: UNS K90901、EN 1.4903 (X10CrMoVNb9-1)、Grade 91、そして鍛造品の場合はF91です。密度はサプライヤーのデータシートで7.6–7.8 g/cm³と記載されており、重量推定には十分近い値ですが、図面に記載する数値ではありません。
F91、P91、WP91、C12A：どの呼称が適用されるか
これはほぼすべてのGrade 91の問い合わせで出てきます。そしてその答えによって、検査員がどの特性表を使うかが決まります。
| 呼称 | 規格 | 製品形態 |
|---|---|---|
| F91 | ASTM A182 | 鍛造品：バルブボディ、フランジ、鍛造継手、リング部品 |
| P91 | ASTM A335 | 継目無管（パイプおよびチューブ） |
| WP91 | ASTM A234 | 展伸突合せ溶接継手 |
| C12A | ASTM A217 | 鋳造品 |
4つすべてに同じ化学成分が通っているため、ヘッダーからタービン停止弁までのラインは全体を通して同じ材料です。変わるのは製品規格であり、それに伴い合格判定表も変わります：A182 F91は鍛造品で最小降伏415 MPa、最小引張620 MPaを要求しますが、管グレードのA335 P91は同じ降伏強度で最小引張585 MPaです。フランジに対して585という数値が問い合わせで示された場合、それは管の表を鍛造品に適用したものなので、入荷時ではなく発注前に決着させる価値があります。
機械的特性と硬さ許容範囲
| 特性 | ASTM A182 F91 の最小値 |
|---|---|
| 耐力 (0.2 %) | 415 MPa (60 ksi) |
| 引張強さ | 620 MPa (90 ksi) |
| 50 mm における伸び | 20 % |
| 絞り | 40 % |
| ブリネル硬さ | 190 – 248 HBW |
この鋼種では硬度を両側から監視しており、どちらの側にも意味がある。硬すぎる場合は未焼戻しのマルテンサイトが部品内に残っていることを示し、使用中の割れリスクとなる。軟らかすぎる場合は過焼戻しを示し、この鋼種を選んだ理由であるクリープ強度の一部がすでに失われていることになる。そのため F91 は通常、1 個ごとまたはロットごとの硬度調査を付けて発注され、熱処理記録が証明書とともに提出される。
F91 が答えとならない場合
- およそ 550 °C 未満。 Grade 91 はクリープ強度のために採用される。高温にならないラインでは、F22 や F11 で目的を果たせ、コストはより低く、溶接の許容範囲はるかに広い。
- 湿潤または塩化物を含む使用環境。 クロムだけではステンレス鋼にはならない。温度ではなく腐食が支配する用途では、答えは 9Cr 鋼ではなくステンレス鋼または二相鋼である。
- 熱処理を誰も管理しない場合。 誤った手順で溶接され、または誤った温度で焼戻された F91 は、それを採用した根拠となる特性を失う。F91 を指定するプロジェクトは、サプライチェーン上のすべての供給者に、文書化された熱処理、硬度調査、PWHT の規律を求める。
- それを必要としない薄肉部。 強度上の優位は肉厚と重量に表れる。小さく軽荷重の部品では、それによって得られるものは何もない。
F91 で鍛造する製品
- 高温蒸気および発電所向けのバルブボディとバルブカバー
- ASME B16.5 およびプロジェクト寸法に基づくフランジとリング部品
- 図面に基づく継手ブランクおよび機械加工部品
- 1 個あたり 5 kg から 520 kg、2,000 T から 6,000 T の多方向鍛造プレスまで対応
- 鍛造まま、粗機械加工、または図面に基づく仕上げ機械加工で供給し、機械加工品には寸法報告書を添付
- UT、MT、PT、VT 検査。試験範囲は注文時に合意
鍛造と熱処理の管理
Grade 91 の鍛造可能な温度域は狭い。高温では変形に抵抗するため、プレス能力と、何度も再加熱せず一度の加熱で部品を仕上げる作業員が必要となる。鍛造後は、この鋼種が指定される組織を形成するために焼ならしと焼戻しを行い、炉温と冷却をバッチごとに監視・記録する。
F91 の注文で当社が管理する項目:
- 鍛造温度範囲を維持し記録する。下限以下の加工は行わない
- F91 について ASTM A182 Table 1 のサイクルに従い焼ならしと焼戻しを実施: 焼ならし 1900–1975 °F [1040–1080 °C]、空冷、焼戻し 1350–1470 °F [730–800 °C]、記録されたサイクルで実施。発注書が独自の焼戻し温度を指定する場合は、それに従う
- 硬度は熱処理の後に確認するものであり、熱処理の代わりではない
- すべてのヒートについて自社の分光分析装置で化学成分を検証する。Grade 91 を通常の 9Cr-1Mo と区別するバナジウム、ニオブ、窒素の添加も含む
- 出荷前に UT および表面検査を実施。範囲は事前に合意
規格、文書、試験
F91鍛造品は、高温サービス用の合金鋼およびステンレス鋼の管フランジ、継手、バルブ、部品を対象とした鍛造または圧延の規格であるASTM A182に基づいて製造されます。管はA335、継手はA234、鋳造品はA217で発注され、同じ材料がそれぞれの規格で納入されます。証明書には、製造に用いた規格が記載されています。
F91のご注文には、標準でEN 10204 3.1の検査証明書を発行します。プロジェクトで立会試験が求められる場合は、外部検査員が連署した3.2を要望に応じて提供し、別項目としてお見積もりします。化学組成および機械試験成績書、熱処理チャート、硬さ調査結果は出荷に同梱し、ヒート番号はビレットから出荷まで追跡可能です。試験設備と証明書一式については、設備能力 と 認証 をご覧ください。
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よくあるご質問
F91とはどのような材料ですか?
F91(UNS K90901)は、Grade 91に対するASTM A182の鍛造品呼称です。9 %クロム、1 %モリブデンにバナジウム、ニオブ、窒素を添加した鋼です。高温サービス用のマルテンサイト系クロムモリブデン鋼で、主に超臨界および超々臨界圧蒸気配管部品に使用されます。欧州の呼称は1.4903、X10CrMoVNb9-1です。
F91とP91の違いは何ですか?
製品形状と、それを規定する規格です。F91はASTM A182における鍛造品の呼称で、バルブボディ、フランジ、鍛造継手に使用されます。P91はASTM A335における継目無管およびチューブの呼称です。化学成分は同じ系統のため、両呼称の部品が1つのラインで使用されますが、機械的性質の表は異なります。A182 F91は最小引張強さ620 MPa、A335 P91は585 MPaを要求します。
F91とF22、どちらを指定すべきですか?
使用温度と肉厚によって決まります。F22(2.25Cr-1Mo)は高温域の低い側に対応する従来型のクロムモリブデン鋼で、溶接および熱処理の条件範囲がより緩やかです。F91は同じ温度ではるかに高い許容応力を保持するため、より薄い肉厚、より軽量な部品が可能になりますが、その代わりに熱処理と硬さ管理が非常に厳しくなります。約550 °C以下では、通常F91を選ぶ理由はありません。
ASTM A182 F91の機械的性質は?
最小降伏強さ415 MPa(60 ksi)、最小引張強さ620 MPa(90 ksi)、伸び20 %(50 mm)、絞り40 %、ブリネル硬さ範囲190~248 HBWです。硬さが範囲で指定されているのは意図的で、その上下限の両方が熱処理に関する情報を持っています。
F91のバルブボディやフランジの鍛造は可能ですか?
はい。F91は、F22やF92と並んで当社が日常的に鍛造している高温用鋼種のひとつです。ボディ、カバー、フランジ、リング部品、継手ブランクを5 kgから520 kgまで鍛造し、記録されたサイクルで熱処理を行い、熱処理後に硬さを確認し、出荷前に試験を実施します。鋼種、規格、試験範囲を記載した図面をお送りいただければ、お見積もりいたします。
F91にはどのような熱処理が必要ですか?
ASTM A182 表1のサイクルに従った焼ならし及び焼戻し: 焼ならしは 1900–1975 °F [1040–1080 °C] で行い、空冷し、次に 1350–1470 °F [730–800 °C] で焼戻しする。目的は、この鋼種の強度が依存する焼戻しマルテンサイト組織を生成し、未焼戻しマルテンサイトを残さないことにある。規格はまた、断面が 3 in. を超える F91 継手について、製造業者の選択により焼入れ焼戻しを認めており、発注書では、規格の補充要求事項に基づき独自のサイクルを指定できる。熱処理後の硬さ検査で結果を確認し、記録は証明書とともに提出される。
証明書にはバナジウム、ニオブ、窒素が記載されていますか？
はい。これら3元素は Grade 91 を通常の 9Cr-1Mo と異ならせている要素です。そのため、これらは証明書に記載される化学成分分析の一部であり、ヒートごとに、供給業者の紙の分析結果ではなく当社自身の分光分析装置で測定しています。