第1章

配管材料を選択する
配管・装置はさまざまな圧力、温度、性状、の流体と接触する。そのため、使用する材料は、接する流体に応じん

じて、高温あるいは低温に対する強度、靭 性、耐食性（Corrosion と Erosion）、などが要求される。
そして、配管材料には、金属材料（炭素鋼、低合金鋼、ステンレス鋼、ほか）、プラスチック、有機、無機のライニングなどがあり、それぞれに流体条件に対し得手、不得手があり、コスト的にも大きな開きがある。
流体の種類、使用条件、などに応じて、適切な、そしてコストパーフォーマンスのよい材料を選ぶことは、配管設計の最初の重要な仕事のひとつである。

1. 配管材料を選択する

1.1 配管材料 / 炭素鋼系鋼管
配管材料を選択するポイントと、最もよく使われる炭素鋼系鋼管の特徴を知る。管の材料が決まれば、それに準じて、芋づる式に、管継手、バルブ、スペシャルティの耐圧部材料も決まる。配絡線は、温度は－270 〜＋630 ℃程度で、将来は 800 ℃程度（火力発電）までいくと考えられ、圧力はほぼ真空に近い－0.1 MPa から＋31 MPa
ゲージ程度と非常に幅がある。

図 1.1.2765432銅SUS 430J1L
SUS 430LX
SUS 430
SUH 409L
アルミニウム

配管はあらゆる産業に使われており、配管が使用される圧力、温度など、運転条件の最大包SUS 317J2
SUS 316
SUS 444
SUS 304を扱うのかを、明らかにしておく必要がある。

SUS 312L

配管材料に入る前に、本書がこれから扱う配管がどのような運転条件、またどのような流体

0

多様な流体種類と使用条件

1

管材料の基本的知識と炭素鋼系鋼管の基礎知識を学ぶ。

pH

このシートの要旨

酸性溶液に使える材料の脱不働態化 pH（出典：小野山ら 「防食技術」28 巻 p.522、1979）

図 1.1.1 に、高温から低温までの温度域で、どのような鋼種が使えるかを示す。最も多く使耐食性配管材料としては、ステンレス鋼のほわれるのはコストの最も低い炭素鋼である。

かに、銅合金、ニッケル合金、チタンなどが、ステンレス鋼は温度的に高温から低温まで使流体、温度、環境に応じて使われる。

え、耐食的にも優れているので、高価であるが、炭素鋼に次いで使われている。

管の材料

図 1.1.2 に主にステンレス鋼材の脱不働態化

鋼管には、鋼塊から継目なく作る継目なし鋼pH を示す。脱不働態化 pH とは、それ以上 pH管（シームレス管ともいう）、と鋼板を巻き、が小さくなると（酸性になると）、安定した耐長手継手を溶接して作る溶接鋼管（シーム管と食性を示せない限界の pH である。

もいう）がある。

温度

鋼管以外の金属管では、銅、銅合金（黄銅、800500

テ-100-200

図 1.1.110

低温用合金鋼

ス0

低温用炭素鋼100

また、非金属管では、硬質塩化ビニル管、一般用ポリエチレン管、ポリブデン管、遷移強化炭素鋼

200

レ300

ン400

ニウム、アルミニウム合金管などがある。
低合金鋼

600ス

丹銅、キュプロニッケルなど）、およびアルミ〔℃〕700

鋼

プラスチック管、などがある（1.3 節参照）。

水・蒸気系の配管材料

もっとも一般的な水・蒸気系の配管材料選択例を図 1.1.3 に示す。STPT、SB 材は 450 ℃まで使えることになっているが、427 ℃以上で長時間使用すると、黒鉛化により、もろくなる性

配管鋼種と使用温度質がある。

1.1
800
温度

ステンレス鋼が使われる。

STPA

425

350〔℃〕
0-15用など、さらに低い温度用にはオーステナイト

SUS

600-45

図 1.1.3

なお、STPG の使用範囲で 500A 以上のパイ

STPT
SB(シーム）

SGP
STPY

プが必要な場合は、SM400、SM490 の板を巻き、STPG
SM(シーム）1

配管材料 / 炭素鋼系鋼管

STS
SB（シーム）

長手継手のある溶接管を使用する。また、STS、STPG の使用範囲で 500A 以上のパイプが必要

STPL（炭素鋼）

な場合は、SB410、SB450、SM480 の板を巻き、10
設計圧力〔MPa〕

これらの溶接鋼管は製造、試験、寸法公差な長手継手のある溶接管を使用する。

水・蒸気系の配管材料選択例

どを定めた JIS がないので、JPI 規格の管を使うか、JPI、ASTM などを参考に、製造仕様書●

主な炭素鋼鋼管を独自に作成して発注する必要がある。

配管に使われる主な炭素鋼鋼管に次のような種類がある。
SGP：配管用炭素鋼管

溶接管の長手継手は、完全溶込み溶接にして100 ％放射線透過試験に合格すれば、溶接効率低圧の水、油、ガス1 とし、強度的に継目なし鋼管と同等となる。
主な低合金鋼鋼管

および空気などに使用。継目のない管はない。

●

亜鉛めっきした白管としない黒管がある。

合金鋼管は、耐食性や高温強度を高めるため合STPY：配管用アーク溶接炭素鋼鋼管 SS400

金元素 Cr、Mo、Ni、などを 1 種類以上添加しの板を巻いて作る STPY400 一種類のみ。ストた鋼で、低合金鋼は 0.5 ％〜 9 ％の Cr、0.5 ％レートシームとスパイラルシームがある。

〜 1 ％の Mo を含んでいる。Cr は耐食性、耐STPG：圧力配管用炭素鋼鋼管

STPG370、酸化性（高温で耐酸化性が高まれば、高温強度410、480 がある。数字は最小引張強さ〔MPa〕が上がる）を高め、Mo も微量で高温強度を増す。

を示している。SGP の適用範囲を超えるとこ

配管用の主なクロムモリブデン鋼を表 1.1.1 にろに使用される。継目なしと電気抵抗溶接管が示す。

ある。
STPT：高温配管用炭素鋼管 STPT370、410、480 がある。Si キルド鋼（粗粒組織）を用いて継目なく製造するか、または電気抵抗溶接によって製造する。ただし、STPT480 は継目なく製造する。
350 ℃を超える温度で使用する配管に用いる。
427 ℃以上で長時間使用の場合は、黒鉛化にぜいよる脆化に注意する。
STS：高圧配管用炭素鋼管

STS370、410、480 がある。Si-Al キルド鋼（整細粒組織）から継目なく製造される。350 ℃以下で使用圧力が高い配管に用いる。
STPL：低温配管用鋼管

STPL380（炭素鋼）、450（3.5 Ni 鋼 ）、690（9 Ni 鋼 ） が あ る。LNG

表 1.1.1

配管用の主なクロムモリブデン鋼

種類
記号

合金成分
（％の中心値で示す）

主な用途

STPA120.5Mo

やや高温用

STPA22

1Cr-0.5Mo

高温用

STPA23

1.25Cr-0.5Mo

高温、耐食

STPA24

2.25Cr-1Mo

高温、耐食

STPA25

5Cr-0.5Mo

耐食用

STPA269Cr-1Mo

耐食用

火 STPA28

9Cr-1Mo Nb、V

高温用

火 STPA29

9Cr-1.8W、Nb、V

高温用〔備考〕‌火 STPA28 は STPA26（9Cr-1Mo）の改良材で少量の Nb、V が添加されている。	‌火 STPA29 は 9Cr-1.8W に少量の Nb、V が添加されている。いずれも、火力発電プラントの特に高温の主蒸気管などに使用される。

11

1. 配管材料を選択する

1.2 オーステナイト系ステンレス鋼管
このシートの要旨

18 ％ Cr、8 ％ Ni の合金、いわゆる 18‑8 ステンレスに代表される、オーステナイト系ステンレス鋼は、耐食性に優れていることから、配管によく使われる鋼種である。しかし、弱点も持っているので、ステンレス各鋼種の特徴を理解する。

ステンレス鋼管の特長●

ステンレス鋼（略号で表すときは“SUS”）
さ

フェライト系〔代表的合金成分〕17 Cr（クロム） 〔代表鋼種〕SUS430 系
は錆びにくい合金鋼である。それは Crを主体に Ni（ニッケル）、Mo（モリブデン）〔特徴〕磁石がつく。耐食性はオーステナイトなどが加えられているからである。鉄に Cr を系に劣る。塩化物応力腐食割れは発生しない。

添加すると、表面に非常に薄い不働態被膜をつ●

マルテンサイト系〔代表的合金成分〕13 Cr

くり、周辺の環境と反応し難くなる。
ステンレス鋼には、オーステナイト系、オー〔代表鋼種〕SUS420 系

ステナイト・フェライト系（二相系）、フェラ〔特徴〕硬いのが特徴。バルブの弁棒や弁座にイト系、マルテンサイト系がある。配管にもっ使われる。ともよく使われるのはオーステナイト系である。
●

オーステナイト系〔代表的合金成分〕18 Cr-8 Ni（18 ％ Cr、8 ％ Ni）

オーステナイト系ステンレス鋼管

配管用管、管継手にもっともよく使われる〔代表鋼種〕SUS304 系、SUS316 系

オーステナイト系ステンレス鋼管の代表的な鋼〔特徴〕磁石がつかない。比較的耐食性に優れ、種を表 1.2.1 に示す。

配管類にもっとも多く使われているが、応力腐格である。SUS316TP はさらに Ni を増やし、食割れや海水による孔食を起こす。
●

18 Cr-8 Ni の SUS304TP は、 そ の 中 の 代 表オーステナイト・フェライト系（二相系）〔代表的合金成分〕25 Cr-4.5 Ni-2.5 Mo

Mo を加えたもので、耐孔食性を改善したものであるが、克服はしていない。

〔代表鋼種〕SUS329J1

SUS312LTB はさらに、Cr、Ni、Mo を増量〔特徴〕オーステナイト鋼とフェライト鋼系としたものでスーパーステンレスとも呼ばれ、耐の中間の物理的性質を示す。Cr 含有量がもっ塩化物応力腐食割れや耐孔食性を改善している。とも多い。耐海水性、耐応力腐食割れ性に優れる。
表 1.2.1

配管によく使われるオーステナイト系ステンレス鋼管

鋼種

12

化学成分の特徴

特徴・用途

SUS304TP

18Cr-8Ni

オーステナイト鋼の基本材料

SUS316TP

16Cr-10Ni-2Mo

耐孔食性材料（10.4 節参照、p.160）

SUS304LTP

18Cr-9Ni- 低 C

耐粒界腐食割れ（10.4 節参照、p.160）

SUS316LTP

16Cr-12Ni-2Mo- 低 C

冷間加工性と耐粒界腐食割れ

SUS312LTB

20Cr-18Ni
6Mo-0.7Cu-0.2V

スーパーステンレス、耐海水用

SUS317TB

18Cr-12Ni-3.5Mo

耐孔食性材料SUS317LTB

18Cr-12Ni-3.5Mo、低 C

耐粒界腐食性材料

低C

1.3 プラスチック管
このシートの要旨

プラスチック管は、近年めざましく各産業分野に普及してきている。鋼管に比べ、安価、工事が簡単などのメリットがあるが、鋼管とは著しく物性値が異なるので、プラスチックの特性をよく理解したうえで、使用する。

プラスチック管の特徴

塩素化ポリ塩化ビニル管（CPVC） 塩化ビ

プラスチック管は、金属管に比べ一般に耐熱ニル樹脂の水素の一部を塩素に置換したもので、性、耐圧性に劣るが、軽量、弾性に富み、施工

PVC に比べ軟化する温度が高くなり、限界使が簡単、コストが安いことなどから、建築設備、用温度は 85 ℃となる。高温特性を生かし給湯

上水道、都市ガスなどの配管用に多量に使用さ管に使用される。
ポリエチレン管れている。
プラスチック管の一般的特徴を鋼管と比較した場合、表 1.3.1 のようになる。

ポリエチレン管は柔軟なたわみ性により地震に強いことが証明され、水道管、都市ガス管で近年多量に使われている。
ポリエチレンの密度によって、高密度ポリエチ

代表的なプラスチック管代表的なプラスチック管と特徴を説明する。

レン（HDPE）と低密度ポリエチレン（LDPE）とがある。

ポリ塩化ビニル管（PVC）「塩ビ管」の名

一般に密度が高くなると剛性、強度が高くなで親しまれている。使用限界温度は 60 ℃で、り、密度が低くなると柔軟性、伸びが大きくな他の汎用プラスチックに比べ引張強さが大きい。

る。HDPE は 都 市 ガ ス、 上 水 道、 下 水 道 に、管の接続方法は接着接合かゴム輪接合であるが、LDPE は都市ガス、下水道に使われる。

内圧のかかる管は、ゴム輪接合だと内圧により主に水道用に制定された JIS K 6761 一般水脱け出す可能性があるので、推力防護処置（11.2

道用ポリエチレン管の 1 種管（PE50）は LDPE、節参照、p.178）を使う必要がある。

2 種管（PE80）は HPDE にほぼ該当する。
繊維強化プラスチック管（GRP 管） ガラス

表 1.3.1

鋼管と比較したプラスチック管の物性繊維（炭素繊維も可）に、エポキシ樹脂をコー項

プラスチック管は鋼管と比較してティングしながら筒状に巻き上げたもので、軽目

重さ軽い

く、強度と柔軟性に富んでいる。外国で大径管強度弱いの埋設管によく使われている。

クリープ

常温でクリープする

ヤング率1/100 〜 3/100 程度

耐熱性

使用限界 60 〜 90 ℃

絶縁抵抗

大きい

線膨張率

5 〜 10 倍、あるいはそれ以上

熱伝導率

小、保温効果あり

発錆

さびない

耐薬品性

耐酸、耐アルカリなど

耐紫外線

弱い

コスト

安い

プラスチック管の強度の特徴

プラスチック管の強度で気をつけなければ、いけないのは常温近くの温度の違いによっても強度が大きく変わるということと、常温近くでも時間とともに引張強度が下がっていくクリープという現象があることである。
プラスチック管は、ある温度におけるクリープ試験を行い、延性が失われる時間とそのときの応力から、寿命と許容応力を決める。
131. 配管材料を選択する

1.4 バルク材としての管、管継手
このシートの要旨

どの産業、どの事業所、どのプラントにおいても、配管設備において、もっとも多く使用される配管材料は、管、管継手、バルブであろう。これらを材料管理の面から、バルク材と称する。
バルク材についての基礎知識を習得する。

バルク材とはットともいう）、べベル加工、およびねじ加工プラントで使用される配管部材はバルク材とがある（図 1.4.1）。

スペシャルティ（特殊品）に分類される。

プレンエンドの管は、口径が小さい 50A、まバルク材は、使用可能な配管クラス（1.5 節参たは 65A 以下の差し込み溶接（ソケット溶接照）であれば、どこに使用しても差し支えないともいう）用と、突合せ溶接用でも、自社標準部材のことであり、管、管継手、フランジ、一の開先をとる場合などに指定される。 べベル

般弁、ガスケット、ボルト・ナットなどである。 エンドは突合せ用溶接用の管である。低圧の水
ここではバルク材としての管、管継手、ガスケットについて、説明する。

用 の 亜 鉛 め っ き 管 で、 小 口 径（100A な い し150A 以下）の管には、ねじ込接続が使われる。
突き合わせ溶接で、溶接後の放射線透過試験管が行われる場合は、開先合わせしたとき、開先継目なし管は 600A までできるが（ステンレルート部の内径に段差があると、合否判定がでス鋼管は 200A まで）、コストを考え、500A 前きなくなるので、表 1.4.1 に示すような、定め後以上は溶接鋼管が使われることが多い。

られた内径 C まで削り込む。その C 寸法は、鋼管メーカより納入されるときの管端部（エ次の 3 通りが考えられるが、いずれも一長一短ンド）形状として、プレン加工（スクエア カがある。好ましくない、起こり得るケースを図 1.4.2 に示す。このようなことが起こった場合32.5の対処法を決めておくのがよい。通常、②または③の C 寸法が採用される。

プレンエンド

図 1.4.1

ベベルエンド

2継手、管継手

入荷時の管端部の形状

表 1.4.1

継手（Joints）とは、管と管、管と管継手、C 寸法とその長所・短所

加工内径 C の式

長所短所

C＝ODmax－2tmin 内径が常に削れ 外径が－公差の①る の で、 内 径 の と き、 加 工 後 の－0.25
最大径
注；t min は製造公差 不一致が発生し 厚 さ が t min を 割基準を考えた最小厚さり込む可能性。
ない。
①と③の双方の短所が起こる可能②
C＝ODnom－2tmin性があるが、起こる確率は小さく呼び径－0.25なる。
基準外 径 が ＋ 公 差、加 工 後、 常 に③肉厚が－公差のC＝OD min－2t mint min が 確 保 さ れ
最小径－0.25と き、 内 径 が 削る。
基準れない可能性。

14を割り込むmin①min
nommaxmin③min

図 1.4.2

フェーサの刃がかからない

nommax

内径削りで起こり得るケース