二相ステンレス鍛造フランジの NORSOK 認証取得
シモダ技報 No.3（2017.10）
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二相ステンレス鍛造フランジの NORSOK 認証取得†
上谷昌史*，浦川博史*
1.

緒言

前者は，二相ステンレスの Standard とされている材質である．なお，F60 の成分規定範囲は，近年，Oil ＆ Gas の分野では，浅海・良質の油F51 の規定範囲に含まれており，F60 で評価すれ田が枯渇し，次第に，より深く，かつ，腐食性のば，同時に F51 として評価できるため，本稿では強い油田を掘削せざるを得なくなってきており，以降 F51/F60 と記載する．

配管部材の使用環境は益々厳しくなっている．そ後者はスーパー二相ステンレスと呼ばれる材質のため，優れた耐食性とともに，高い靱性と強度で，前者に対し Cr を増量して耐食性を向上させるを有する二相ステンレス材の需要の増大が期待さとともに，オーステナイト生成を促進する Ni と Nれている．

を増量して，二相組織のバランスを保つコンセプ
トで成分設計された材質である．3，4)

当社は，かねてより，化学プラント向けなどに二相ステンレス配管部材の納入実績を積み重ねてきているが，今後の戦略として，Oil ＆Gas 分野

2.2

品種への販路拡大を目指している．しかしながら，二対象品として，下記のフランジを選択し，上記相ステンレスに限らず，Oil ＆Gas 分野へ製品を２材質を用いて，ハンマーによる型入鍛造で製造納入するためには，その前提条件として，関連すした．

る規格や組織による認証の取得が必須である．
この観点から，今般，主に北欧での Oil &Gas

900lbs. 14B WN RF Sch80

市場を対象とする NORSOK 認証を取得する目標（φ640×φ318×220H）を立てて，実際に鍛造製フランジを製造し，認証試験に供した．その結果，二相ステンレス 2 材質

3.

製造プロセスについて認証を取得することができたので以下に報告する．

3.1

鋼材

鋼材には，海外素材メーカー（S 社）製の丸ビ2.

対象材質と品種

レットを用いた．直径は，F51/F60 はφ300，F53はφ350 である．使用したビレットの化学成分を認証取得の対象として，下記の材質と品種の組

第 1 表に示す．

み合わせを選択した．

素材鋼片は 346kg に切断した．すなわち，
F51/F60 用鋼片はφ300×610L，F53 用鋼片は2.1

材質

φ350×450L である．

代表的な二相ステンレス材料である下記の 2 材
質を選択した．

3.2

鍛造

フランジの鍛造は鍛造メーカー（Y 社）に委託
22Cr 二相ステンレス：NORSOK M-630

し，全面拘束金型を用いてハンマーで鍛造した．

MDS（Material Data Sheet）D44，ASTM A182

(1)

両材質，各 2 個，合計 4 個を鍛造した．成形の履

F51（UNS S31803）/ F60（UNS S32205）

歴を第 2 表に示す．合わせて，各工程での写真を

1)

第 1 図に示す．F51/F60 では合計 3 ヒート，F53(2)25Cr 二相ステンレス：NORSOK M-630

では合計 4 ヒートを要した．いずれにも，表面キMDS D54，ASTM A182 F53（UNS S32750）2)

ズ，欠肉などの欠陥は認められなかった．

--------------------------------------------------------------------†原稿受付 2017 年 10 月*
業務部 技術管理課 副主任

1

二相ステンレス鍛造フランジの NORSOK 認証取得

シモダ技報No.3（2017.10）------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------3.3 熱処理
NORSOK 規定の要求温度範囲は±14℃である
下記の条件で，溶体化熱処理を施工した（熱処ため，余裕を持って規定を満足できていることが理メーカー（T 社）に委託）．

確認できた．

1,050℃×2hr→水冷

3.3.2対象品の熱処理認証申請対象品の処理に当たって，被処理品の3.3.1

熱処理炉の検定

表面 3 点に熱電対を取り付けて，実体測温を実施

処理に先立ち，NORSOK の規定に則って，熱処した．その結果，1,050℃の雰囲気温度設定に対理炉の実炉検定を行った．使用した炉は，T 社のして，概ね±7℃の良好な精度で保持されているこバッチ炉である．とを確認した．2hr の保持後，水冷を行った．水炉の有効加熱ゾーンに，ダミー材として WN タ

冷に関しては，NORSOK 規定で，「出炉から 60secイプフランジを 5 山配置し，これらに熱電対を取以内に水冷を開始する」ことが求められているが，り付けて，実体測温を実施した（第 2 図）．加熱温実測の結果は 53sec であり，規格要求を満足でき度を 1,050℃に設定して加熱した結果を第 3 図のた．また，冷却水の温度に関して，「50℃以下」を温度チャートに示しており，保持時間帯での実体要求されているが，冷却水温度の実測データは常の温度範囲は，1,043℃～1,057℃であった．

時 50℃未満であった．

第 1 表 供試材の化学成分（wt%）

第2表a)鋼片加熱b)据込み

フランジ鍛造の履歴

c)型入鍛造
第1図d)バリ抜き穿孔

フランジの鍛造状況

2e)鍛造水冷後

二相ステンレス鍛造フランジの NORSOK 認証取得

シモダ技報No.3（2017.10）-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------第3図

フランジ完成品（PT 後）

第 2 図 実体測温用ダミー
第3図
3.4

実炉検定測温結果

機械加工

熱処理後，各材質の素材 1 個を用いて機械加工仕上げを施工した．機械加工の内容は，特に特殊なものではないため，問題なく施工できた．機械
加工後，液体浸透探傷試験（PT）によって表面欠陥を検査した結果，いずれの製品にも異常は認められなかった．F51/F60 材フランジの PT 後の現像液除去前の状態での外観を第 4 図に示す．F53
材フランジも外観は同一である．
4.

第4図

フランジ完成品（PT 後）

確性試験結果NORSOK standard M-630

およびM-650の規定に従って，認証のための各種の試験を実施した．試験項目は下記である．
(1)

引張試験

(2)

衝撃試験

(3)

腐食試験

(4)

ミクロ組織観察(5)

フェライト量4.2 衝撃試験結果(6)

硬さ試験（F53 のみ）

2V ノッチ試験片によるシャルピー試験結果を

第5図

試験片採取位置

第 4 表に示す．NORSOK 規格で要求される衝撃試
硬さ試験以外の試験片は，第 5 図に示す Pos.1

験には，量産時に必ず実施する出荷試験と，認証（ハブ部）と Pos.2（フランジ部）の 2 ケ所からのための追加試験の 2 種類があり，それぞれ，採採取した．

取位置，方向が異なり，規定値も相違している．
試験の結果は，いずれも，合格したが，F51/F60

4.1

引張試験結果のフランジにおいて，認証追加試験のフランジ部引張試験結果を，規定値とともに第 3 表に示す．

軸方向の結果は余裕のない値である．したがって，両材質共に，問題のない結果が得られた．

量産に当たっては，軸方向の靱性改善対策を検討する必要がある．

3二相ステンレス鍛造フランジの NORSOK 認証取得

シモダ技報No.3（2017.10）------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------4.3 腐食試験
ナイト（白色部分）とフェライト（灰色部分）のNORSOK 規 格 が 要 求 し て い る ASTM G48二相組織である．いずれにおいても，フェライトMethod A にしたがって 6％塩化第二鉄孔食試験中に，二次オーステナイトの点在が認められたが，を行った．結果を第 5 表に示しており，F53 ではσ相は認められなかった．

腐食減量はゼロであり，F51/F60 に於いても，規定値 4.0g/m2 に対して，小数点以下の全く問題な4.5 フェライト量い結果であった．

フェライト量を測定した結果を第 6 表に示す．
F53 は，F51/F60 に比べて低い値となっているが，4.4

ミクロ組織

NORSOK の規定値 35～55％に対しては，いずれ指定された 2 ケ所の位置で，ミクロ組織を観察も合格している．

した結果を第 6 図に示す．基本的には，オーステ

第3表

第4表

引張試験結果シャルピー試験結果

第5表

第6図

腐食試験結果ミクロ組織

4

二相ステンレス鍛造フランジの NORSOK 認証取得

シモダ技報No.3（2017.10）------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------5.2 その他の NORSOK 認証
第6表

フェライト量

当社では，本稿で報告した鍛造製フランジに加えて，NORSOK 認証の他品種への拡大を進めており，既に，F51/F60 材を用いたリングローリング圧延品の認証も取得している．更に，目下，新しいプロセスである HIP（Hot Isostatic Pressing：熱間等方圧加圧）プロセスで製造した配管部材についても，取得に向けての試作評価を進めている．
6.

結言

22Cr（F51/F60），および，25Cr（F53）の二4.6

硬さ試験

相ステンレス材の NORSOK 認証取得を目指して，硬さに関しては，NORSOK の要求はないが，型鍛造製フランジを製造し評価した．

ASTM A182 によって，F53 のみ max.HB300 が規定されているため，F53 材について，断面 HB(1)

両材質のフランジをハンマーによる型入測定を行った．断面全体の 25 点で測定した結果，鍛造で熱間成形した結果，それぞれ数ヒートを要HB238～260 の範囲であり，規定値に対して問題したものの，良好な品質で成形することができた．

ない結果であった．
(2)
5.

認証取得

5.1

溶体化処理時の実体測温結果は良好であった．

認証内容

(3)

以上の結果，両材質ともに規定値を満足するこ

機械加工は，特に問題なく施工することができた．とができたため，これらの結果に基づいて，
NORSOK への認証申請を行った．審査の結果，(4)2017 年 8 月付けで，両材質に関して認証を取得

NORSOK 規定に基づいて，特性を評価した結果，いずれも規定値を満足することができた．

することができた．
認 証 状 に相 当 する QTR （ Qualification Test

(5)Record）の主な記載内容を第 7 表に示す．

以上の結果に基づき，F51/F60，および，

F53 材の型鍛造製フランジについて NORSOK の認証を取得することができた．
以上

第7表

QTR の内容

5

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シモダ技報No.3（2017.10）------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------参考文(1)

NORSOK standard M-630 Material Data SheetMDS D44 Rev.5, Edition 6, 2013.10(2) NORSOK standard M-630 Material Data SheetMDS D54 Rev.5, Edition 6, 2013.10(3) 小川，二相ステンレス鋼の発展と最近の動向，(社)日 本 溶 接 協 会 ， WE-COM マ ガ ジ ン 第 17 号 ，2015.7(4) 二相ステンレス加工マニュアル，IMOA，2009

献(5)中出ほか，スーパー二相ステンレス鋼におけるシグマ相の析出機構，高温学会 第33巻 第2号，2007.3(6) A.J.Ramirez etal., The Relationship between
Chromium Nitride and Secondary Austenite
Precipitation in Duplex Stainless Steels,
Metallurgical and Materials Transaction,
Vol.34A, 2003.86