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工業用バルブの一般的な金属および非金属材料とその耐食性特性
作成日 08.21
工業用バルブに使用される一般的な金属および非金属材料とその耐食特性
1. 一般的な金属材料とその耐食性
1.1 ステンレス鋼
304ステンレス鋼
- 大気曝露、水、弱酸、弱アルカリに対して良好な一般的耐食性を示します。
- 不適
濃酸、濃アルカリ、または強酸化性環境には不適です。
316ステンレス鋼
- 304の組成に加えてモリブデン（Mo）を含み、耐食性、特に塩化物に対する耐性が大幅に向上します。
- 海水、塩化物溶液、その他の腐食性媒体に対して優れた耐性を発揮します。
- 塩化物が存在する化学および海洋環境で広く使用されています。
重要注意事項: ステンレス鋼の「ステンレス」特性は条件付きです。塩化物の存在、高温、低pHなどの特定の条件下では、孔食や応力腐食割れ(SCC)が依然として発生する可能性があります。
1.2 チタンおよびチタン合金
- 塩化物、次亜塩素酸、湿塩素、酸化性酸、有機酸、アルカリに対して優れた耐食性を示します。
- 耐性なし
フッ化水素酸、フッ素、発煙硫酸、または苛性アルカリに対しては耐性がありません。
- 一般的なグレードとしては、
Ti‑0.3Mo‑0.8NiおよびTi‑0.2Pdは、すき間腐食耐性が向上しており、容器および機器用途のシール面材料として広く使用されています。
1.3 タンタル
- ガラスに匹敵する優れた耐食性を備えています。
- フッ化水素酸、発煙硫酸、強アルカリを除くほぼすべての化学媒体に耐性があります。
- コストが高いため、タンタルは通常、特別な防食用途にのみ使用されます。
1.4 ニッケル基合金（ハステロイ®を含む）
- ニッケル、クロム、モリブデンなどの元素を高い割合で含有し、高温耐性と耐食性の両方に優れています。
- 多くの強酸、強アルカリ、塩類などの過酷な媒体に耐えることができます。
- 化学計器において、これらの合金は高腐食性媒体と直接接触する部品に一般的に使用されています。
一般的なシリーズ：
- ハステロイBシリーズ
– 塩酸に耐性があります。
- ハステロイCシリーズ
– 酸化性酸や混合酸に耐性があります。
1.5 アルミニウム合金
アルミニウムの耐食性には、化学腐食と応力腐食の両方に対する耐性が含まれます。一般的に：
シリーズ | 合金タイプ | 耐食性（相対ランク） |
1xxx | 純アルミニウム | 最良 |
5xxx | Al-Mg | 良好 |
3xxx | Al-Mn | 中程度 |
6xxx | Al-Mg-Si | 中程度 |
2xxx | Al-Cu | 不良 |
7xxx | Al‑Zn | 不良 |
選定は、具体的な使用環境と要件に基づいて行う必要があります。
2. 一般的な非金属材料とその耐食性
2.1 プラスチック
熱可塑性プラスチック – 例：ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）
- 優れた耐食性を示し、ほぼすべての化学媒体に耐えることができます。
- ライニング、シール、ガスケットに広く使用されています。
- 制限：
最高使用温度は一般的に ≤ 200 °C です。
熱硬化性プラスチック – 例：エポキシ樹脂
- 良好な耐食性と電気絶縁性を備えています。
- 計器ハウジング、絶縁部品などに使用されます。
2.2 合成ゴム
- 良好な弾性と耐食性を提供します。
- ニトリルブタジエンゴム（NBR）
はOリングやその他のシールに適しており、油、水、弱酸、弱アルカリに耐えます。
- ゴムの種類によって耐媒体性や耐温度範囲が異なるため、選定時には適切な組み合わせが不可欠です。
2.3 セラミックス
- 優れた耐高温性と化学的安定性を示します。
- ほとんどの酸、アルカリ、塩に耐性があります。
- 欠点：
脆く、耐衝撃性に劣ります。
- 高温の計器部品によく使用されますが、高振動や衝撃を受けやすい用途には適していません。
3. 工学的材料選定の要点
- 「ステンレス鋼」は万能ではありません：
304は塩化物含有環境や還元性酸環境での耐性が低いです。316は304より優れていますが、高温・高濃度の塩化物環境では孔食や応力腐食割れが発生する可能性があります。
- 非金属材料 ≠ 絶対的な耐食性：
PTFEは耐薬品性においてほぼ万能ですが、温度と圧力の限界を尊重する必要があります。ゴムやプラスチックは経年劣化するため、使用寿命を慎重に考慮すべきです。
- ニッケル基合金は「万能薬」ではありません：
多くの腐食性媒体に耐性がありますが、高コストのため、性能と経済性のトレードオフが求められます。
- 材料コストと耐食性のバランスを取る：
プロセス要件を満たすことを前提に、最も費用対効果の高いソリューションを選択し、盲目的に最高グレードの材料を選ばないこと。
- 腐食データハンドブックを参照する：
選定前に、特定の媒体組成、温度、濃度、その他の使用条件に基づいて腐食データを確認してください。必要に応じて、クーポン試験を実施して検証してください。
付録：早見表 – 一般的な材料の耐食性
注記：以下のデータは化学腐食ハンドブックからまとめたものです。最終的な選定にあたっては、媒体の純度、温度、濃度、流速などの実際の使用条件を考慮する必要があります。
材質 | 適合媒体 | 不適合媒体 |
304ステンレス鋼 | 大気、水、弱酸、弱アルカリ | 濃酸、濃アルカリ、強酸化剤、塩化物含有溶液 |
316ステンレス鋼 | 海水、塩化物溶液 | 高温・高濃度の塩化物、強還元性酸 |
チタンおよびチタン合金 | 塩化物、酸化性酸、有機酸、湿塩素 | フッ化水素酸、発煙硫酸、アルカリ |
タンタル | ほとんどすべての化学媒体（HF、発煙H₂SO₄、アルカリを除く） | フッ化水素酸、発煙硫酸、アルカリ |
ハステロイ®合金 | 多くの強酸、強アルカリ、塩類 | 特定のグレードによる |
PTFE | ほとんどすべての化学媒体 | 高温（>200°C）、高圧 |
NBR（ニトリルゴム） | 油、水、弱酸、弱アルカリ | 強酸、強アルカリ、高温 |
この概要は、腐食性使用条件下におけるバルブの材質選定、調達、およびエンジニアリング設計のための実用的な参考資料として意図されています。
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