鋼管材料等級

適切な鋼管等級の選択は、主に3つの制約によって決定されます：使用環境（腐食と温度）、機械的要求（圧力、衝撃、荷重）、および調達/検査要件（API、ASTM、ENなどの規格）。耐食性が重要な場合は、オーステナイト系ステ ンレス鋼(304/316シリーズ)が典型的な選択肢であ る。塩化物を含む海水や高強度軽量部では、二相 鋼や超二相鋼(2205、2507など)が好まれる。API製品規格レベル(PSL1対PSL2)、ASTM等級 (A、B、C、TP304など)、シームレスか溶接かは、エンジニアが設計要 件を満たすために実際に使用する3つのレバーである。

鋼管材料の等級と規格とは？

鋼管の「等級」は、標準化された規格（ASTM、API、EN/ISO）、等級識別子（A、B、X42、X65、TP304など）、および場合によっては加工/タイプ（シームレス/電縫/EFW）を組み合わせた略記ラベルである。規格機関は、化学組成の限界、要求される機械的特性（最小降伏強度と引張強さ）、試験および検査体制、そして場合によっては許容される製造工程を定義している。

認識すべき主な規格と団体：

• API 5L - 石油・ガスのラインパイプに広く使用され、X番号（X42、X56、X70）と製品規格レベル（PSL1、PSL2）を使用。

• ASTM / ASME (例）： A106, A53, A333, A252圧力/シームレス/溶接パイプ、低温サービス、杭打ちなどをカバー。

• EN / ISO 規格 - 欧州及び国際的に広く使用されている(例えば、シームレス鋼管のEN 10216シリーズ)。(調達における公式規格を参照)

• 素材の指定 - TP304 "または "TP316L "は、ASTMがステンレス・チューブ/パイプの種類を表示する方法である(TP = チューブ/パイプ)。

スタンダードが重要な理由 これらの試験により、パイプが圧力、温度、環境暴露に関する契約要件を満たすかどうかが決まります。より高い仕様レベルでは、さらなる試験とトレーサビリティが要求されます。

等級はどのように生まれるか - 組成、加工、製造指紋

パイプの等級は、冶金学と生産ルートから生じる：

• 基本的な合金化学 (炭素、マンガン、ケイ素、クロム、ニッケル、 モリブデン、窒素など）は、耐食性、焼入れ性、基 礎強度を設定する。例えば、クロムとニッケル を添加するとオーステナイト系ステンレス鋼種 (304、316)になり、モリブデンを添加すると耐孔食 性が向上する (316/316L)。

• 熱機械加工と熱処理 結晶粒径と微細組織の制御（焼ならし、 焼入れ・焼戻し、焼なまし）。ラインパイプの場合、最新のXグレードは、重合金化せずに靭性を高めるために、熱機械制御処理(TMCP)を使用することが多い。

• 製造方法 (シームレス、ERW、UOE、JCOE、EFW）は、残留応力、異方性、典型的な欠陥モードに影響を与える。

• 製造後のテスト (引張、硬度、シャルピーVノッチ、平坦化、静水圧、場合によってはPWHT)および非破壊検査(UT、X線透視)により適合性が確認される。

これら3つの要素（化学、加工、検査）こそが、規格が成文化するものである。

炭素鋼および低合金鋼管の鋼種

炭素鋼は、コストと予測可能な機械的挙動から、ラインパイプ、ユーティリティ配電、構造用途に最も一般的である。以下は、頻繁に指定される炭素/低合金パイプ鋼種と、それらが適合する場所の実用的な比較である。

表1-一般的な炭素/低合金パイプの等級と代表的用途

注意点と実践ポイント

• ASTM A106はシームレス製造を要求し、A53は溶接またはシームレスが可能である。

• API 5L X-グレードは、ノッチ靭性を維持しながら、より高い強度を満たすために正規化/熱機械的に製造されます。パイプラインのロングラン用には、より高いX-グレード（X56～X70）を使用することで、薄肉化と鋼材総トン数の低減が可能になります。

ステンレス鋼、二相鋼および超二相鋼

ステンレス鋼と二相鋼は、化学的腐食や海水腐食、 衛生的要件、あるいは高い強度重量比が重 要な場合に選択される。

配管に使用される主なステンレス・ファミリー

• オーステナイト系（300系）： TP304 / TP304L、TP316 / TP316L が一般的な選択肢です。316/316Lは耐孔食性を向上させるためにモリブデンを含み、海水、化学薬品、食品用途で一般的です。

• フェライト系／マルテンサイト系： 特殊な高温用途や磁気用途に使用され、一般的な配管にはあまり使用されない。

• 二重構造（2205など）と超二重構造（2507など）： 300系オーステナイト鋼の約2倍の強度を持ち、塩化物応力腐食割れに対して優れた抵抗性を持ち、Moとの合金化では優れた耐孔食性を示す。海水用途、オフショア配管、薄肉化による軽量化とコスト削減が求められる用途に好まれている。

表2 - 腐食と機械的な比較（定性的）

設計上の主な結果

• 二相鋼および超二相鋼は、許容応力が高いため、同 じ定格圧力であれば肉厚を大幅に減らすことができ るが、熟練した溶接手順と慎重な入熱管理が必要 である。

• オーステナイト系 (304/316)は、加工と溶接がはるかに容易であるが、沖合や汽水域の条件によっては、塩化物応力腐食割れの危険性がある。

API 5L PSL1とPSL2 - 仕様レベルが実際に意味するもの

API 5Lの用途 製品仕様レベル (PSL1とPSL2）。PSL2はより厳格な管理と追加テストを課している。

実践的な違い

• PSL1ラインパイプの基本要件（化学的、機械的特性、標準試験）。多くの陸上および低リスクの用途に適している。

• PSL2より厳しい化学的制限、より厳格な機械的特性要件、多くのグレード／サイズに対するシャルピー衝撃試験の義務付け、より詳細な製造記録とトレーサビリティ；破壊制御、低温靭性、高信頼性操作が必要な場合に必要（一部の海底パイプラインや高圧パイプラインなど）。

表3-契約上の影響

PSL2を必要とする時期 仕様書作成者は、パイプラインが低温、破砕クリティカルな運転、長時間の修理遅延（オフショア）、規制要件に直面しているかどうかを尋ねるべきである。

シームレスと溶接の比較（ERW / EFW / UOE）

製造ルートは、入手性、コスト、いくつかの機械的性能に影響を与える。

• シームレス継ぎ目がないため欠陥が集中しにくく、歴史的に高温高圧用として好まれてきた。ASTM A106はすべてシームレスである。

• ERW（電気抵抗溶接）適切な検査が行われた最新の電縫鋼管は堅牢で、広く使用されている。

• UOE / JCOE (成形および溶接)非破壊検査と静水圧試験で入念に管理されたUOEプロセスにより、高品質のパイプが得られる。

調達実務ノート 多くのプロジェクト仕様書では、製造工程とNDTが規格の要件を満たしていれば、シームレス管と溶接管の両方を認めているが、一部の規格（A106）ではシームレス管の製造を義務付けている。

機械的特性、靭性、試験への期待

降伏点／引張点以上に重要なのは、使用温度における靭性である。主な試験とチェック

• 引張/降伏： 設計に使用されたベースライン強度の数値。

• シャルピーVノッチ衝撃試験： 指定された温度でのノッチ靭性を保証するために必要です（寒冷地や脆性破壊のリスクがある場所では不可欠です）。PSL2ではシャルピー試験が要求されることが多い。

• 非破壊検査（NDT）： UT、RT、磁粉、染料浸透探傷検査は、体積欠陥と表面欠陥を見つける。

• ポジティブ・マテリアル・アイデンティフィケーション（PMI）： 腐食に敏感な合金の場合、組成を確認するために必要となることがある。

• 静水圧試験： 標準的なリーク／圧力テストで完全性を検証する。

デザインのヒント： シャルピー受入温度は、常に適切な安全マージンをもって、予想される最も低温の使用温度以下に設定する。

国際同等物とクイックマッピング

エンジニアは、ASTM/APIとEN/ISOまたは国別ラベルを翻訳する必要が頻繁にあります。下記はコンパクトなマッピング表です（代表的/概算-常に正確な規格呼称を確認してください）。

表4 - 実技グレードマッピング（一般的な同等性）

警告だ： 「同等」は同一を意味しない。両規格の化学的および機械的限界値を確認することにより、受け入れと検証を行わなければならない。

セレクション・マトリックス - ステップ・バイ・ステップと実施例

プロジェクトのパイプ等級を選択する簡単なプロセス：

1. サービス条件を定義する： 内部流体の化学的性質、圧力、温度範囲、外部環境（土壌、海水）、規制上の制約。

2. 機械的要件を特定する： 設計圧力、許容応力、必要な安全係数、重量制約。

3. 候補家族を選ぶ： 炭素鋼（費用対効果に優れる）、低合金鋼 （より高い強度が必要な場合）、ステンレス鋼ま たは二相鋼（腐食が重要な場合）。

4. 製造ルートを決める： A106や、より薄い部分や耐疲労性が必要な場合はシームレス、より大きな直径やコスト管理の場合は溶接。

5. テストとPSLを指定する： 靭性と破壊制御を重視する場合はPSL2 を選択し、指定温度でのシャルピーVノッチを要求する。

6. 調達言語： 正確な規格、グレード、PSL（API 5Lの場合）、衝撃試験温度、NDT要件、および文書のトレーサビリティを呼び出します。

2つの短い例

• 陸上送水 - 中程度の圧力、非腐食性： API 5LグレードBまたはX42 (クリティカルでない場合はPSL1）。

• オフショア海水ライザー - 高い腐食リスク＋塩化物： デュプレックス2205（またはスーパーデュプレックス） 厳密な溶接管理、PMI、腐食許容量。パイプライン仕様の場合は、PSL2のようなトレーサビリティを要求する。

調達言語と契約のヒント

よく練られたパイプ発注書は、コストのかかる代替品を避けることができる。含む：

• スタンダード (API 5L、ASTM A106、EN 10216など）と 版/年.

• グレード (X65、グレードB、TP316L、S32205など）。

• 製造方法 許可／禁止（シームレス／ERW／UOE）。

• PSLレベル (API 5Lの場合：PSL1またはPSL2）。

• テストと受け入れ基準:シャルピー温度と受入エネルギー、静水圧、UT/RT要件、PMI（ステンレス/二重の場合）、コーティングとライニング要件。

• トレーサビリティと文書化： 溶接されたスプールが供給される場合、ミル・テスト・レポート（MTR）、ヒート・ナンバー、NDTレポート、溶接手順資格（PQR/WPS）。

• 罰則／受諾 不合格の基準と、逸脱した場合の手直しルール。

サマリー表＆クイックリファレンス

表5 - クイックリファレンス：用途別に選ぶべきグレード

よくある質問

1. Q: ASTM A53とASTM A106の違いは何ですか？
   A: A106は高温用のシームレス炭素鋼管に指定され、A53は溶接またはシームレスが可能で、低温および構造用途によく使用される。実際には、多くのサプライヤーがシームレス用にA106を、溶接/ERW用にA53を見積もるが、製造方法を確認すること。

2. Q: API 5L PSL1の代わりにAPI 5L PSL2を必要とするのはどのような場合ですか？
   A: 破壊抑制、低温靭性、より高い信頼性とトレーサビリティが必要な場合（海底、サワーサービス、重要なガスパイプラインなど）には、PSL2を使用してください。PSL2では、追加の試験と、より厳しい化学組成の制限が義務付けられています。

3. Q: ステンレス316Lと304は互換性がありますか？
   A: 316Lは耐孔食性を向上させるためにモリブデンを含んでおり、316Lの低炭素は溶接性を向上させます。塩化物による孔食や化学薬品への暴露が予想される場合は、316Lを使用してください。

4. Q: 海水で316ではなく二相ステンレスを使用する理由は？
   A: 二相鋼は、強度が高く、塩化物応力腐食割れ や孔食に対する耐性が著しく優れている。

5. Q: シームレスは溶接より常に良いのですか？
   A: 必ずしもそうではない。シームレスには継ぎ目がないが、より高価で直径が制限されることがある。適切なNDTを伴う最新の溶接方法（電縫、UOE）により、信頼性が高く、コスト効率の高いパイプが得られる。高温や疲労の影響を受けやすい用途では、シームレスが好まれる場合もある。

6. Q:Xグレード（X56、X65、X70）と強度の関係は？
   A: Xの数値は、指定された降伏強度の最小値をksiで表したものです（例：X42≒42ksi、X70≒70ksi）。Xが大きいほど降伏強度が高くなり、肉厚が薄くなる可能性があります。正確な限界と衝撃試験要件については、常にAPI 5Lの表を参照してください。

7. Q: オフショア配管にはどのようなテストが必要ですか？
   A: 指定温度でのシャルピーVノッチ、継ぎ目および 溶接部の完全なUT/RT、静水圧プルーフテスト、 二相鋼/オーステナイト系鋼のPMI、および溶接手 順の認定。さらなる保証のために、PSL2レベルの管理 を検討すること。

8. Q: ASTM A53をAPI 5Lに置き換えることはできますか？
   A: API5LグレードBの制限を満たすA53をサプライヤーが提供することもあるが、API5Lには業界固有の要件やサイズ/グレードの範囲が追加されているため、代用にはエンジニアの承認が必要である。受け入れ前に、機械的および試験的同等性を確認すること。

9. Q: ステンレス・パイプを指定する際の一般的な落とし穴は？
   A: 溶接性（例えば316L）のためにL/低炭素鋼を指定しなかったり、腐食性環境における腐食許容量や保護コーティングを要求しなかったり、重要な納入品に対するPMIを省略したりしたこと。

10. Q：調達におけるトレーサビリティはどのように扱えばよいですか？
    A: ヒートナンバー、CoC文書、NDT報告書、熱処理やPWHT の記録を含む完全な製造所試験報告書（MTR） を要求する。PSL2/APIまたは二相鋼の注文については、 トレーサビリティの強化を要求する。

参考文献と権威

上記の技術的ポイントや表は、APIやASTMの文書、配管専門業者や冶金学の文献に見られる標準的な慣行を要約したものです。A106とA53の比較、API 5L PSLの違い、二相鋼の利点、一般的な鋼種に関する記述は、権威ある技術資料やサプライヤーと一致している。この資料の作成に使用した主な情報源は、APIとASTMのガイダンス、主要な配管機器メーカーの仕様書ページ、冶金協会のテクニカルガイドなどである。最も重 要な技術的主張については、代表的な出典を本文中 に引用している。

次回の配管仕様のための実用的なチェックリスト

• 規格＋版（例：API 5L 46th Ed. 20XXまたはASTM A106/A53と年号）。

• 等級（明示：X65 PSL2 / A106 B / TP316L など）。

• 許容される製造タイプ（シームレス／電縫／UOE）および禁止されているプロセス。

• PSLレベル（API 5Lの場合）または同等の靭性が認められる。

• シャルピーVノッチ：試験温度と受入エネルギー。

• NDT要件（UT/RT、検査頻度）。

• デュプレックス/316/2507のPMI要件。

• コーティング／ライニングおよび腐食許容量。

• 工場試験報告書とトレーサビリティ要件

• 引渡し、検査保留点、および違約金条項。

クロージング・サマリー

鋼管鋼種の選定は、冶金学、製造方法、プロジェク トの経済性のバランスをとる訓練である。一般的な圧力や構造物には炭素鋼種を使用し、腐食や減肉が決定的な場合はオーステナイトや二相鋼を指定し、調達文書では常に規格、試験体制、製造ルートを明確に定義する。重要なインフラやオフショア工事の場合は、PSL2 または同等の要件に厳格化し、完全な文書化を要求する。