石油化学、発電、原子力などの産業分野では、A516 グレード 70圧力容器に最も広く使用されている炭素鋼の 1 つです。ボイラー、貯蔵タンク、反応器などの重要な機器の製造によく使用されます。このような機器は、圧力や温度の変動に長時間さらされるなどの複雑な動作条件にさらされ、その安全な動作は材料の許容応力に直接依存します。
許容応力とは、材料が{0}塑性変形や破壊などによる破損-なしに耐えることができる最大応力を指し、機器設計の中核的な基礎として機能します。多くのエンジニアや技術者は、設計や材料の選択時に A516 グレード 70 の正確な許容応力を考慮します。実際には、この値は固定されていません。それは主に、動作温度や適用される規格などの重要な要素によって決まります。この記事では、その応力値について詳しく説明します。プロジェクト用に A516 グレード 70 鋼板を購入する必要がある場合は、お問い合わせください。
A516 グレード 70 の許容応力度
最も一般的に使用されている ASME 規格 (圧力容器の国際規格) を例に挙げます。
周囲温度 (-20 ～ 100 °F、約 -29 ～ 38 度) では、最大許容応力は 20.0 ksi (約 137.9 MPa) です。使用温度が上昇すると、許容応力は徐々に減少します。これは、高温により鋼の強度が低下し、周囲温度で受ける応力負荷に耐えられなくなるためです。
たとえば、600 °F (約 . 316 度) では、許容応力は 19.4 ksi (約 . 133.8 MPa) に低下します。 1000 度 F (約 . 538 度) では、わずか 2.5 ksi (約 . 17.2 MPa) です。これにより、適用可能な温度範囲が通常 1000 度 F を超えないことも決まります (特定の要件は、機器の適用される規格によって異なります)。
計算ロジック
許容応力度を理解するには、まずその計算ロジックを理解する必要があります。許容応力は、材料の極限応力 (降伏強さまたは引張強さ) を安全率で割ることによって得られます。次の式を使用します: 許容応力=極限応力 ÷ 安全率。
A516 グレード 70 の機械的特性がこれらの計算の基礎となります。 ASTM A516 規格によれば、その最小降伏強さは 260 MPa (38 ksi)、引張強さの範囲は 485 ～ 620 MPa (70 ～ 90 ksi) です。これが、最小引張強さ 70 ksi を示す「グレード 70」という名称の由来です。
安全係数
安全係数の選択では、機器の重要性とその動作条件を考慮する必要があり、通常は ASME などの規格の要件に従います。
炭素鋼圧力容器の場合、降伏強さに基づく安全率は通常 1.5 ～ 1.6 以上であり、引張強さに基づく安全率は 3.0 ～ 4.0 以上です。最終的な許容応力は、機器に十分な安全マージンが確保されるように、2 つの計算値の最小値として採用されます。たとえば、室温では、降伏強度の計算では 260 MPa ÷ 1.6 ≈ 162.5 MPa、引張強度の計算では 485 MPa ÷ 3.0 ≈ 161.7 MPa となります。ただし、実際の規格では 137.9 MPa (20.0 ksi) と指定されています。これは、製造プロセスや溶接品質などの実際的な要素も考慮し、許容応力をさらに低減して安全性を高める必要があるためです。
許容応力度に影響を与える要因
動作温度は、A516 グレード 70 の許容応力に影響を与える最も重要な要素です。温度が上昇すると鋼の強度が低下し、300 度を超えると低下速度が大幅に加速します。したがって、温度に応じて許容応力を調整する必要があります。
ASME BPVC 規格によれば、さまざまな温度での許容応力が明確に指定されています。
- -20 ～ 300 °F (約 -29 ～ 149 度) の範囲内では、許容応力は 20.0 ksi で一定のままです。
- 600 度 F (約 . 316 度) では、19.4 ksi まで低下します。
- 700 度 F (約 . 371 度) では、18.1 ksi まで低下します。
- 850 度 F (約 . 454 度) では、9.3 ksi まで低下します。
- 850 °F を超えると、許容応力は急激に低下し、1000 °F では 2.5 ksi に低下します。
実際のアプリケーションでは、次の 2 つの重要な点に注意する必要があります。
まず、許容応力の選択は、特定の動作条件に基づいて行う必要があります。室温の値を盲目的に適用しないでください。たとえば、高温条件下では、装置の壁の厚さは、その温度に対応する許容応力を使用して計算する必要があります。そうしないと、機器の強度が不足する可能性があります。
第二に、A516 グレード 70 は主に中-および低温-、中-および低圧-条件に適しています。動作温度が 343 度を超える場合は、許容応力が低すぎるために機器が動作要件を満たさない状況を避けるために、Cr-Mo 合金などの高温-耐熱-鋼を優先することをお勧めします。
A516 グレード 70 のコア許容応力値は室温で 20.0 ksi (137.9 MPa) であり、主な影響要因は動作温度と該当する規格です。温度が高くなるほど、許容応力は低くなります。この原理を理解し、実際の使用条件や装置の標準要件と組み合わせることで、適切な許容応力を正確に選択できます。これにより、圧力容器の安全な設計、製造、操作のための信頼できる基盤が提供され、不適切な応力選択によって引き起こされる機器の故障が防止され、工業生産の安全性と安定性が確保されます。
Yuxin Steel は、さまざまなグレードや仕様の鋼板を長期的に安定して供給しています。{0}お願いしますお問い合わせ詳細なプロジェクト ソリューションについては、
