極低温用ステ.ンレス製グラ･スライニング機器(主として機械的強度について)̀目￣次
GIc(s･sIIinedforLow

ALIS†en言†ic ChrorrliLIm‑nickel
Tempero1･ureS†eet

EqtJipmen†

Use
Mechn;cq[‑FIropert]es‑‑
化工機事真部

製品開発室■

橋沿H益uji T益kahashi
後藤茂

司

商L

ShigeoNewlydevelopedglass

equipment
This
pap甲･
on

the

test

Outlines
dat年for

has
becan

which

thelowmadeusedit possibleat temperaturesmachanicalproperties
temperature

to夫

Got6

manuねctureglass‑lined
fro甲,200of

to‑200oC･
based

thisl equipmentuse.

このたび,当社では新しいグラスの開発によって約‑200otまで使用できるグラスライ=ング機器の製造が,可能になった｡本稿は,この磯器の低温紅･おける機械的強度の概略を紹介する｡
ま1.

えきが:これまでFL当社は,医薬品製準分野の嘩温使用向けダラ

ネライニング磯器と･し,T使用温度丁80oCまでの要畢VL対してはグラスライニング用素地金属紅,SLA33A及び3二!5%.Ni鋼等の低温圧力容器用鋼板を用いて対処納入三してきた.じかし近年,これまでの使用温度‑80oC'よりp･きら虹嘩い温度で使用でき.る･グラスライニング機器の要望が出てきているo.
Lこのたび極低温使用グラスライニング機器の要望FL対し,素地金属にオーステナイト系ステンレス鋼を用い,普炉を用いてガラスの焼成を行い,炉内雰囲気のコンI‑ローたライニング用グラスとして新しく開発したグラスを施エすること紅よって約‑200oCの使用忙耐える機器を製造す〟,グラスライニングの残留応力億やこれらの局部的なバることができた｡

本稿ではこの機器ゐ製造エ程,ライニング用素地金属なlラッヰをコソナロー)I,している.
3.ライニング用素地草属の機械的強度

4壷低温忙用いられる金属材料としやi,オ‑ステナイ二十琴ステi,レス鋼が知られているが,当社は特配低≠‑ボン
IらびK:ダラ子の特性について概要を恵述するこ̀･2.

‑グラスライニング機轟の製革工程

下記のグラスライニ.ング工程について簡単忙説明するo
素地金属の前処理はステンレス鋼め表面を清浄にするとSUS含有のオp‑.ステナイ一系ステンレス鋼(SUS304L･'をグラスライニング用素地金属に選定した｡そ3:16L等)の理由は上記ゐ製造エ寒中の焼成において素地金属が鎖敏

同時R:表面を活性化させることV‑よって下引グラスの密着化範囲の熱履歴を受けるためである.この熱履歴匠よって,を向上させるために行う.下引グラスの施鞄には普通,堤不テンレス鋼vL炭化物の析出および粒子の粗大化がおこり,素地金属の機械的強度が変化する危険性があ畠.この式スプv一法が用いられるo施穐後水分を乾煉さ耳次い■で900‑850oCの温度で焼成が行われ畠o冷却後上引ゲラ･子炭化物の析出を極力おさえるた申VL低カ‑ボン含有のステを下引グラス同様のスプレ‑施エ法で施和するoそして乾 ンレス鋼を選定し,これらの熱履歴の影響を確認するため
燥後800oC前後で焼成するエ程が一般的であるoなお当社 に次の項目pTL̲ついて試験を行ったo. 1
しではコンビュ1‑タ全自動コントロールシステム電気焼成

tTS304L鍛代衰例としてSロS.304L圧延板ならびvLS
̲.∴

第1表
Table

設

蘇製

母材の化学埠頭
1

ChetnicalchLeE,lic占Ico皿POSitiorl

煤缶

161占mpositionof base materials.

Ma.

成terial･position
analysisclsilMnlpt sllNilcr

o16
3sOh4eLetlo:
RS.Vesd

グラスライニングエ程怒監何句亜VoI‑. 28 No.

1(1984/2)

神鋼ファウドラ‑筏報(%)

造板を用いた場合の磯城的強度変化を以下に記述する｡

A□Ac(ヰート(ヰ･ト(ト十(ヰ･■

なお引張試験およぴs'ヤ)Vピ‑衝撃夢験忙用いた供試材の化学成分を第1表紅示す｡
3. 1引張強度ULJ

4〟.i

Z 3121の1号試験片試験片忙は中央部忙溶接線を含むJI?

Xl

Base metal's spacemen(Rolled sheet, Forged sheet)
Deposllted
w芦etal's spacernerL: spacemen(Rolled sheet, Forget sheet)of heat affected zone:･･A
Bcを使用した(第1図を参照)｡試験は100Tの引張試験機
2241の試験方法紅準じて行った.oを用いてJIS
なお試鹸ほ焼成工程の熟履歴を施したもの,および施さ第3図ないものの2≡匝類の試験片を用いて比較テストを行った.

Fig.

試験片の採集.
3Testpiece.

※ 1製品完成に必要な蛇頭熱履歴の合計を1cycleとし,これを3回線返したものを,Nolc^ed3cycleと表示す.

∪つ

試験結果を第2図Qこ示す.園からStJS
よびStJS

304 L圧延;坂お0士0

J I S規格値(m49kg/mm9以上)を十分vL満足している

o.25Rit 0.O25

ことが判る｡

i:乞l27.5 ± 0.4

Ma∫･'uLu巾WidL^･QJ

15±で27.5 ±0.4

E&cesspeLaLt‑sLobede7)OSiEedれetaEEOnetEnEEIZIlれ

55 ±0.6/L'n'sheJs(ELLtEPLospeci7nenedBe

第4囲1[u⊃sect,'on0.025'叫舶iT藁Ti

304 L重殺造板とも匠熱履歴前後の引寮強度は

o25RitFig.

ノ

衝撃試験片4Impact

test

piece.

｢iIItD/30+6Lf
250<か￣I￣二:二::I̲‑二:‑JIr=‑‑A∈

6し簿&‑1亡ヽ･･.一′lLa叫ゝ.

茎tEPI.L.･ I托サー

qJ

20

6e

第1図Fig.

引蛮試験片I

Test

piece

･B
a.
l‑
qof tensile strengthtesting.

■▲ゝ▼てRolled

80

sheet

Forged

shee王

70

さ‑200

Te$l

ヽ､モぬ豊

JIS

50

bo求

Stan血rdtla EtEe

第5国(49Kg/仇孟)

B

Fig.

40‑

心30's
まか1‑0q)El

As‑Receit〉edH

31C9C[e【〔o‑一･O

As‑Forged

B･‑Q

3‑cycle‑100‑15060●‑‑●25‑50(℃)

Le叩eraEure

試験片温度と衝撃束度(母材金属)
5Absorption(BaseRoiEheede,fa藷;望,vs.

energytemperatureoftestpiece.

,'metal)30
10JIs‑ weld[HM∈Iゝ1〜

3‑ cycle

ヽ‑3‑Cycle

JIB‑WeldHeaEEng

き 20Cycle

tり

E
匂St

第2図･熱履歴による引蛋強度の変化'(SUS304L)
Fig･

3. 22O:ニAof tensile:Change(StTS 304 L)t>strength

withheating

cycle･

Q◆一10等

シセルピー衝撃強度

母材鋼披,溶着金属なうJびR:溶接熱影響部の熱履歴前後の低温強度はシャ̀)レtf+衝撃試験で確認した.
供試材の仕様を第3図忙示すo

丁20OB,‑100Cの各試料を取り第'4国のよう

第6圏
Fig･

神鋼ファウドラ‑技報

25(℃)

試験片温度と衝撃強匿(落着金属)
6

Absorptiorl(Welded

なJIS4=号2mmVノッチ試験片VL加=したもの凌用いたoO‑50

Tesl.1e‑paraE7Lre

第3図紅示すように圧延板ならびに錯造坂の中央部で溶接した供試材よりA,‑15O

energyVS･temperature

Of

test

piece.

No.

1(1984/2)

joints)

Vol.

28

30
̲o‑‑‑‑‑‑o̲‑dー￣Vー一○一一r

一iS:‑‑‑r￣lb⊂IAミ̲̲刀̲‑一‑0‑‑‑‑‑‑020hoLq)
iEugO
1〜〜くゝl､103b
可A3S̲‑cW,eclzde

Rolledsheet

Forgedsheetside(こ:(=二言A3S̲‑cWyec[ldest‑de2. 07‑200‑150

1100
Test王e7nPerah汀e

第7囲Fig.

0‑5025(℃)

試験片温度と衝撃強度(熱影響部)
7

Absorptionenergy(fleat affectedtemperatureoftest

1Photo.

2;One)

PEI‑196oCで試験を行った｡
母樹金属,溶着金属および溶接熱影響部の結果をそれぞ90

SUBー■■■ヽ浜

主70

熱影響部とも転焼成の熱影響によぅて強度か低下する.しD/｢tL.CQ

ASME,.::S耳CⅧi/OILT′′‑60

岳Sタ‑○′'

苫,5p

Utnr5壬の便用限界値2.pO7､kg二･m

316L

80

れ第5,6囲および第7図R:示す.母材金属,溶着金属,滞接かし

equlPZnent

adhesive:testitlg

100‑150oC,‑110oC,P.F;Ⅰ密着試験装置:･

写真1､･,,piece.

2242中こ準じて,試験片の温度を25oC,試験方法はJISZ‑50oC,vs.

/40

C凄で使首3bI(3個の平由値):L∴をずぺて合格してれり,;I:‑t主196oi
用可能七判断するD
2()
〜::
1I
4. Ip･r;I:ダラ‑,*5'イ=,./グ機器d)年寺性p/

1..

.EJq)̀.

.

/'○′‑宅JBase

MeliL

SS41

:

: SUs3O4L

SUS316L:

10I:.≦約二2obo言cで使用可能な棟器を製造できたのは,ステ､ン
Te7'LPeralure(℃)

レj(用の新しいグラスを開発したことによる.このニューグラスならび紅ライニング機器の特性について当社が行った試験方法,試験結果および考察等を以下に述べるo4̀ 1下引グラスの密着性第8園

下引グラ.スの密着率

Fig.

8CORROSION

オーステナイ†系ステンレス鋼は下引グラスの焼成工程
B･P‑BoiLEi喝Pot'nl

19.2

V. P･‑アapo7･⊂】

テナイト系スjl.yレス鋼の前処理方法と密着性のよい下引グラスを開発した.このこと紅よりオ丁ステナイT‑系ステU^の準着率も第8図に記載した｡

eo℃ i. P

1.18

1.83

I.OO

1.63

1.58
1.00

BAB

^

B

CR

第9図

新しいグラスの耐薬品性
9Chemica7

resistivityofnew

耐薬品性試験はJIS･R4201およびI

glass.

SOの試験方法拝もとづし(て行った.
テスT･装置の外観を写真2紅示すo
試験結果は第9図のよう忙なり,当社の化=磯用グラ}
卓3100および#6100と比較表示した｡

女テγvス用ニュ‑ダラネの耐薬品性は次の通りであ(1984/2)

Glass(StLrface l7･eaL7rLerZl)

CIDSS

316L材忙対する密着を持っていることがわかる.参考までVL軟鋼用下引グラス

28 No..1New

S304

寧ほ70′‑80%以上を示し,下引グラスとして優れた密着性

Vol.

#6100

:♯3100
B :#6100
C: New
GZass

1.88

Fig.

る｡

OF

A

1N‑NaOE(.

1.00

I密着試験機を用い,試験方法はJIS

L乏IL上引グラスの耐薬品性

7.14

2A2･試験結果を第牢固F‑示すo図から明らかなようR:下引グ

4i

RES)STANCE

1 ‑CORROSION

3.06

厚みになる様FL施撤し,焼成したものを用いたo試験紅は304LならびにSUS

･V. P

D:

LならびR=SUS316I.材忙下引グラスを0.2士0.02mmのラスのSUS

B. P,

glass.

coatedB. P, V. P

20%HCL.

ンt/ス鋼製グラスライニングの密着率が向上したo下引グ
ラスをStJS304LおよぴStJS316L材vL適用した場合の密着性は次の通.9である.

密轟試験の供試体は前処理をした100口×3tのS

phase
LJ'￠tL[d phase

L･ P‑

このたび当社ほ長年のグラス研究と経験をもと乾す‑スof ground

RESIST^NCE
H20.

vLおいて,軟鋼のようには酸化されないため忙,密着性が悪(.,各社で密着向上R:苦心しているといわれる1｡

写真1に示すPE
4204に準じた.

factorAdherence

ステンレス用ニュ‑グラスが♯3100より多少劣るのほ超
低温ライニング用素地金属として,オーステナイll系}

神鋼フ.アウドラ‑技報

(1).耐塩酸性･耐水蒸気性試験装置(2)V耐水酸化ナトリウ本性試験装置

2

写真

耐薬品性試験装置

Photo.2

Corrosiontestingequipment

テンレ不鋼を使用したこと忙よる｡.オーステナイト系ステ

グラス層に存在する残留応力がどのように変化するかを求

ンレス鋼の熱膨環係数は軟鋼紅比べて大きいため,ライニめる.ことであるotL

ングするグラスの熱膨張係数も軟鋼用〆ラスより大きくな

グラスの圧縮強度は引張に比べて;丁･､約10倍の強さを示

くては低温域での機械的,熱的強度が保持出来ない｡そのすo ダフ.̲ネ･アイ羊ングが一般のガラスR:比べて機械的,熱ヒめ痘,ニュ‑グラスは熱膨娠係数を大きJ(Aする〆車夫組武にした.

終に強い理由は,ライニンググラスの熟収縮が鋼板に比べ小さいので,焼成時の冷却過程でこの収縮差がグラス内紅ネテンレス用土ユーグラスの耐食性は♯31Cio
その結見より多少劣るが,一般化エ機用グラスより時優れているo

圧縮応力として残留する.そのためR:機械的,熱的強度がなお特R:耐酸性･耐水蒸気性を要求される条件で任用されしかし,グチスに存在する残留応力は低温紅なる忙した

る場合R:tま表面処理(当社特許)紅より,耐酸性･耐水蒸がい大きくなる候向忙ある｡この残留応力が大きくなりすぎるとグラスライニング機器の凸R書臥応力集中部等で,気性を向上させるととも可能である. (第9図参照)
4. 3

グラスライニングの応力変化

グラスの亀裂や剥離の危険性が強まる｡第10図の上段は,

この試験の目的は使用温度VLよってグラスライニングのThernal

非常に強化されることが広く知られている1).

Expansion'SLUS

304L

熱膨張曲線を基忙して,･

3.04 L鋼に軟鋼用グラスK
およぴニュ‑グラスをライニングした場合のグラスと鋼の収縮車線の想定図である.図より室温付近でもニューグラ/

GLass=Kス(e newNegclass///′′′stQ∠旦聖Lt′)

eQa.
tt//叫/t3/質ゝ.
q)

//A

E1

残留し,ガラスV.‑亀裂発生の埠醸性がある.
第10園下僚忙は,当社の標準試験方法に従い, ‑196o Cからグラスの軟化温度までの残留応力を求めた結果を示す｡
残留応力は,低温紅なるにしたがい大きくなりヤイナス

応力値を改善したニューグラスの場合でも一196oCを越え//G)紅比べグラスKに捻非常忙大きな応力(ek)が温度域でもこの傾向は変らないことが判る｡残留応力は圧縮応力であるため,グラスを強化する債向紅あるが,残留/〜SUS

るとグラス層の強度より残留応力が大きくなり,.グラス破換の危険性が増すものと推定する..

/

4.

4

グラスライニングの衝撃強度

グラスの素地金属V.‑対する密着性ならび紅グラス強度を200

Te7nPeralureq)

調べるテスJ:Tと,.Lて,落下琴忙よる衝撃試験を行った.
℃

素地金属と‑しては, SUS304L鋼の150Qx20tmmを用い,これの片面紅全厚み1.1ノ‑1.2mmグラスライニングし:コStressりgStrainq

一たものを供試体としたo試験方法は当社のテス†浅紅従っ

心串た｡判定は鋼球の落下高さの昇降によりグラス紅20￠mm以上の剥敵が生ずる落下高さを判定基準とした｡
■○〉
45q)

/SL≡

‑sus304L＋N‑Glass//

OU//

GLass:K‑‑‑sus304L＋

供試体の温度を25?C,‑50oC,‑110oC,‑150oC,‑196oC忙しテストした結果を第11図忙示すo図からSUS
304Lにニューグラスを施工した方が従来のグラス(グラ/スK)を施工したもの紅比べて優れていることが判る｡
第10図

グラスライニングの温度と残留応力

Fig･

Residual[.010stressvs1

lined glass

temperature.

4. 5

グラスライニングの敷衝撃強度

グラスライニング製品が急熱急冷にどの程度耐えうるか

神鋼ファウドラ‑技報

VoZ.

28 No.

1(1984/2)

第2表
resis亭ance (P. E. G Slarzdard)

ImpactTableI20=Damage

貞16ht,)of thermalI̲̲

1stOoCGlass

1stGlasschipping

20 0210‑110oC

Isopentane

240250⊥196oC

Liquifiedn itrogen48

648‑I‑‑I‑‑̲

10Crack

Isopentane

I‑‑‑‑‑り』ToC:＋2iu凪

ned

冨12shock testirlg
Temperature
differential

l'1of glass

Cooling

14･=

Results

̀･parea=2()メm仇SUS304L＋
New
Glass
SUS
Glass:a304L＋

○‑1C

18

テストピース￠琴衝撃試験蒔果

2DamageIー‑‑1‑‑‑‑IE3

言 8‑I‑｢■642‑150‑100

第11図Fig.

Dataof impact

resistance

Viguauy

6inspected(℃ )グラスライニング温度と衝撃強度ll*2.
25‑50Te7nPeTat.arc*1.

Statifll正ed‑itlSpeCted

vs.

temperatureof glasteel.

を調べる試験である｡
今回は低温特性を把直するため,テスt･ピースならびFL1, 000et缶体のグラス面急冷却の熱衝撃試験を行った｡

テストピースによる試験はJISR4201に準じた｡試料を熱風循環炉で加温し,所定の温度に約30分間保持し,その後冷液(OoC,‑110oC,1196oC)中に攻入する.
判定は目視ならびにスタティフラックス法により,グラス表面紅亀裂又は剥離が発生した時のテスllピ‑ス加温温度と冷液温度との差(』ToC)で評価する｡(スタティフラックステストを行った上鏡)

一方1,000et缶体紅ついては,室温の缶体グラス面に直接液化窒素を吹付けて,グラス面を急冷する方法でテスtを行った｡試験の様子は写真3を参照｡
それぞれのテスt.結果を第2表および写真4に示す｡第写真Photo▲45.む

4

勲衝撃テスト後のグラス面:Glassslユrface afterthermal

shock

testing

す一 び

2表より,グラス面に最初のクラックが発生した時の温度差(』ToC)は200‑240oCで当社の標準グラスライニシ以上擾低温向けステγレス鋼製グラスライニング機器の機械的強度等について,実験データをもと紅概要を述べた

グ(SS41財v‑#3主00グラスを施=したもの)とほぼ同等が,留意点は次の通りである｡

である｡

1.当社がこのたび開発したオーステナイト系ステンレス鋼製グラスライニング機器の機械的熱的弓重度面からの使一方1,000et缶体については室温状態の上鏡のグラス面に享夜化窒素を吹付け,鏡内部に液化窒素がたまるまで急冷用範囲は約200‑⊥200oCである｡

2.新しいグラスの耐薬品性は当社の化工機用標準グラスしたが,目視ならびにスタティファックス法による半睡でもグラス面K:亀裂や剥離は生じていなかった.

より多少劣るが,このことよりSUS304=L材にニュ‑グラスを施工した
告体の熱衝撃温度差∠Tは従来ガラスと同等であり,かつ､JIS

R4201紅規定した化学工業用グラス(1種)2)より優れている｡∠経vL耐酸または耐水蒸気性を要求される場合V‑は,グラスを特殊表面処理することVLよって,これらをさらに向上させることも可能である｡‑196oCまで耐えることを確認した｡.一方ライニング素地金属がオーステ
ナイ一系ステンレス鋼であることから,外面サ=ク1)‑仕上の要求にも対応出来るので,本稿がユーザーの方々にとって低温用機器を選定される場合の参考紅なれ時事いである｡
参考文献
P132

1)ガラスハンドブック(朝倉書店)･‑1522)工業用グラスライニング機器
JIS R 4201̲198S

L(日本=業標準調査会･日本規格協会発行)
3

写真PI10tO･3

Vol.

28

No.

缶体の熱衝撃テストの1例
0neof thermal1(1984/2)

shocktestings

oftophead

神鋼ファウドラー技報JJ