尿素プラント用高耐食二相ステンレス鋼
DP28WTM の開発
小 川 和 博1山 寺 芳 美2
樋 口 淳 一3)))長 島 英 紀1) 坂 田 英 二2)

. 緒

言

近年，環境問題と食糧問題は世界規模で高い関心を集め，我が国においても重要な課題と認識されており産業界におい.

DP28W の特徴



優れた耐食性尿素プラント(図)では尿素合成過程で発生する非常にても様々な取り組みが行われている．化学プラントの分野に腐食性の高いアンモニウムカーバメート(UreaCarbamate)おいても同様であり，肥料原料となる尿素は，人口増加に伴環境中において高い耐食性を有する．

う食糧需要の高まりに加え，最近では化粧品の原料やディーゼルエンジン車の排出ガス還元剤としても使われているた



優れた強度

め，世界的に需要が伸び続けており，それに伴い，尿素製造

フェライト相とオーステナイト相からなる二相組織でありプラントの建設も活発化している．尿素の安定供給のためにかつ高 N であることから後述のようにオーステナイト系スは製造プラントの安定操業が重要となるが，プラントでの尿テンレス鋼を遙かに凌駕する高い強度を有している．

素合成過程で発生する非常に腐食性の高いアンモニウムカーバメート(UreaCarbamate)等による腐食が特に溶接部において発生し，補修，部材の取替え等のメンテナンスによる休止を余儀なくされていた(1)(2)．



優れた溶接性

溶接性の観点からの合金設計の最適化を行うことで尿素製造プラント用材料としてこれまで使われていたオーステナイ

この解決策として新たに溶接部を含む耐食性を大幅に改善

ト系ステンレス鋼(SUS316系，310系，以下，本文の図表中した二相ステンレス鋼(商品名「 DP28WTM ｣)を開発し実プ

では SUS 省略)や二相ステンレス鋼(329J4L 系)において必ラントに適用した．その結果，検査・補修間隔を約 2 倍にずしも十分とは言えなかった溶接熱影響部( Heat Affected延長することができメンテナンスコスト削減，安定操業に貢zone，以下 HAZ)および溶接金属での優れた耐食性，機械的献している(3) ．本稿では DP28WTM (以下 TM を省略)の成性質(靭性)を実現している．

分設計のポイント，特徴，実用化状況について延べる．

住友金属工業株式会社
総合技術研究所1)主監部長研究員
鋼管カンパニー2)特殊管カスタマー技術部長
3)シンガポール事務所担当課長
東洋エンジニアリング株式会社
エンジニアリング統括本部1)材料技術チームリーダー
2)ビジネスリーダー
High Corrosion Resistant Duplex Stainless Steel for Urea
Plants; Kazuhiro Ogawa, Yoshimi Yamadera, Junichi
Higuchi, Eiki Nagashima, Eiji Sakata(Sumitomo MetalIndustries, Ltd., Toyo Engineering Corporation)
2011年10月28日受理

ま て り あ 第51巻 第 2 号(2012)Materia Japan

図1

尿素製造プラントの概念図．

もにブローホール等の欠陥が生じないように母材と異なる

.

DP28W の材質設計のポイント

稼働中の尿素製造プラントに浸漬することにより評価した

N, Ni 量に最適化している(図)．

.

DP28W の特性

結果，図に示すように耐食性の確保には Mo, N を添加した前提で Cr 量を約28以上添加することが有効である．し上述の成分設計思想に基づいて尿素プラントに必要とされかしながら Cr, Mo 量を高めて高耐食化した二相ステンレスるシームレス鋼管，厚板，溶接材料を開発し商品化した．

鋼の溶接熱影響部( Heat Affected Zone ，以下 HAZ )におい(図)．主要な化学組成は28CrNi3Mo2WN であり固溶ては溶接熱サイクルを受けた際の組織変化(金属間化合物，化熱処理状態でフェライト相が約 40 となるように Ni, N炭窒化物の生成)による脆化と耐食性劣化に配慮する必要がを添加している．機械的性質の例を表に示す．DP28W のある．そのため，特に顕著となりやすい金属間化合物，シグ0.2耐力は316 L の2.7倍程度の近い高い値を有している．

マ相の生成抑制に配慮して材質設計する必要がある．さらには溶接部の重要な構成要素である溶接金属での耐食性確保が可能な専用の溶接材料も合わせて開発した．



母材および溶接継手の耐食性

DP28W は高 Cr かつ Mo, W, N を適正添加していること

具体的には， Mo の一部を拡散速度が相対的に小さい Wから，図に示すように尿素製造プラントで生じるアンモニに置き換えて 1Mo2W とすることで高耐食性を維持しアカーボメート環境において早期に安定な不動態皮膜を形成つつ，HAZ での金属間化合物の抑制の両立を達成している．

する．そのため，溶接継手においても従来の尿素製造プラン

溶接材料に関しては，母材に近い適正なフェライト/オート用材料として使われていたオーステナイト系ステンレス鋼

ステナイト比率となり，かつ炭窒化物，金属間化合物が生じ(SUS316系)や二相ステンレス鋼(SUS329J4L 系)に比べて，ない凝固組織が溶接のままの状態(As weld)で得られるとと高い耐食性を有している．図に示すように溶接部の局部腐食は SUS316L では顕著に生じており，また 329J4L でも軽微ではあるが生じているが，DP28W では局部腐食はほとんど認められていない．図に示すように溶接継手の腐食速度
も DP28W では329J4L に比べて 6 割程度に低減している．


シグマ相析出特性

図は900°Cで等温加熱した際のシグマ相の析出成長挙動の比較である．溶接熱サイクル時の析出を支配する短時間側でのシグマ相の析出速度は DP28W では既存鋼329J4L(25Cr

図2

尿素プラント環境での耐食性と Cr 量．

図4

開発した DP28W シームレス鋼管(押し広げおよび扁平試験後の外観)．

表1

図3



溶接金属設計の考え方．
(28CrNiMo2W0.2N)

DP28W 鋼管の機械的性質の例．

0.2耐力(MPa)

引張強さ(MPa)

伸び()

DP28W

64793442329J4L

61082250316L

23451852

新技術・新製品

図7
図5

溶接継手の耐食性．

アンモニアカーボメート環境での不動態化傾向(DP28W は早期に不動態化)．

図8
図6

溶接継手の腐食状況．

等温加熱時のシグマ相の析出成長．

耐圧部材を薄肉化することができ，伝熱性能の向上と機器の軽量化を両立している．

7Ni 3Mo 0.2N )の約 1 / 3 に抑えられている． DP28W では

析出駆動力に影響の大きい Mo を 1 に抑え，拡散の遅い

また，特許については， 2011 年 10 月時点で日本，欧米を含む16ヶ国で登録されている．

W を 2 としているためである(4) ．そのため溶接施工において HAZ でシグマ相の析出が生じるリスクは小さい．

.

実用化状況とその効果.

本開発の社会的意義

本開発成果により尿素製造プラントの長寿命化，安定操業への寄与を通して，世界規模の課題である食糧増産に不可欠2003 年からは新設の尿素プラント用材料として実用化な尿素肥料の安定供給に貢献している．また近年尿素はディし，既に 9 基分に使用され，世界的な食糧需要の高まりにーゼルエンジン車の排出ガス還元剤にも用いられており，そより継続的な尿素製造プラントの建設が予定される中，今の安定供給を通して環境保護にも寄与する社会貢献の大きい

後，益々採用実績は増えていくと予想される．DP28W の使技術である．現在本鋼と省エネプロセスを組み合わせること用により，これまでは溶接部での腐食にともなう定期的な取で環境負荷の低い尿素プラントを実現しており，今後も世界替えを余儀なくされていた尿素プラントの最も過酷な部位に中での普及が期待される．

おいても大幅な取り替え間隔の延長が可能となり，結果とし文ての稼働率が大幅に向上したことによる経済的効果も大きい．例えば日本国内のユーザーにおいては， 1 年周期で点検・補修を実施していたものが，本鋼を採用した機器に交換することで 2 年周期となり，収益力の向上とコスト削減に寄与している．さらに耐食性とともに本鋼の特徴の 1 つである高い強度(従来鋼の 1.5 ～ 2 倍)により，チューブなどのま て り あ 第51巻 第 2 号(2012)Materia Japan献( 1 ) 長島英紀，樋口淳一配管技術，48(2006), 914.
( 2 ) 長島英紀配管技術，53(2011), 3033.
( 3 ) N. Hirohata and E. Nagashima: Duplex Stainless Steel
DP28WTM Enhances Safety and Economy of Urea Plant, Procof NITROGEN＋SYNGAS 2007, Bahrain, 2528 February,(2007).
( 4 ) 小川和博，岡本 弘，五十嵐正晃，植田昌克，森 友希，小林経明溶接学会論文集，14(1996), 368
375.

