ASTM A105: 炭素鋼の鍛造に関する包括的なガイド

1. 導入

ASTM A105 の重要な仕様です 炭素鋼の鍛造 圧力配管システムで使用されます.

フランジのような偽造コンポーネントのために、正確な化学ではなく、機械的特性要件を定義します, フィッティング, とバルブ.

20世紀半ばに最初に公開されました, A105は、重要な産業およびエネルギーセクターのインフラストラクチャのための偽造材料を標準化することにより、鋳造炭素鋼に固有の信頼性の問題に対処しました.

鍛造は、鋳物よりもいくつかの利点を提供します: 密度, 均一な微細構造; 優れた穀物の流れ; 気孔率と収縮空洞の欠如; そして、より高い疲労抵抗.

これらの特性により、A105鍛造は高圧に不可欠になります, コンポーネント障害が受け入れられない高温システム.

2. ASTM A105の範囲と重要な要件

ASTM A105は、化学物質を管理するASTM Internationalが発行した標準仕様です, 機械, およびの製造要件 鍛造炭素鋼配管コンポーネント.

最も広く使用されているものの1つです 炭素鋼 配管および圧力容器産業の仕様の鍛造.

ASTM A105の範囲

ASTM A105が適用されます 偽造, 鍛造バー, そして 鍛造フィッティング から作られています 炭素鋼, 主に使用することを目的としています 圧力システム で アンビエント- 中程度の温度サービスへ. これらのコンポーネントには含まれます:

• フランジ (ASME B16.5, B16.47)
• バルブとバルブボディ
• パイプフィッティング (肘, ティー, 還元剤, カップリング)
• 圧力容器ノズル
• シャフト, リング, その他のカスタム装具部品

最大425°Cまでのサービスに適しています (800°F), A105はです 低温アプリケーションにはお勧めしません (通常、–29°Cまたは–20°F未満) 補足的な影響テストをしない限り (ASTM A350ごと) 適用されます.

許容される製品フォーム

仕様がカバーされています:

• 偽造: ハンマーリングによって生成される形状コンポーネント, プレス, またはローリング
• 鍛造バー: 通常、機械加工コンポーネントで使用される丸いバーまたは正方形のバー
• 鍛造フィッティング: ASME B16.11またはMSS-SP-79/83/95あたりのソケット溶接およびスレッドタイプを含む
• 鍛造フランジ: ASME B16.5および同様の圧力評価寸法ごと

機械加工または完成した部品は、関連するコードに寸法および機械的に適合する必要があります (例えば。, ASMEセクションVIIIまたはB31.3).

化学組成要件

ASTM A105は、一貫性と望ましい機械的特性を確保するために、厳格な化学的限界を定義します.

3. 冶金の基礎

ASTM A105の微細構造, 適切な鍛造と熱処理の後, で構成されます フェライトとパーライト - 強度と延性をもたらすバランスの取れたマトリックス.

フェライト (柔らかい, 延性鉄) タフネスを提供します, 真珠のところ (フェライトのラメラ炭化物) 強さを寄付します.

• カーボンの役割: The 0.25% 最大炭素限界により、過度のセメンタイトなしでパーライトの形成が保証されます (Fe₃c), それは脆弱性を引き起こします.
  炭素が高いほど硬さが増加しますが、耐衝撃性が低下します.
• マンガンの影響: マンガン (0.60–1.05％) パーライトを安定させます, その構造を改良し、張力強度を改善します.
  また、MNS包有物を形成することにより、硫黄の有害な効果を軽減します, FESよりも損害が少ない.
• 穀物洗練: バナジウム (存在するとき) そして、制御された鍛造温度はうまく促進されます, 均一な穀物 (ASTM穀物サイズ5〜8), 靭性と疲労抵抗の向上.

4. ASTM A105炭素鋼の機械的特性と性能

ASTM A105炭素鋼の鍛造は、配管などの圧力システムで使用するために不可欠な厳格な機械的特性要件を満たすように設計されています, バルブ, とフランジ.

これらの特性は、構造的完全性を確保します, 機械的応力に対する耐性, 要求の厳しい環境での耐久性.

重要な機械的特性 (室温)

これらの値は、標準の正規化または正規化された条件の下で達成されます.

鍛造は、サービスの要件に応じて、ストレス抑制または制御されたクエンチングと強化にさらされる場合があります.

衝撃の靭性と延性

ASTM A105は室温での衝撃テストを必要としませんが, 材料は通常、良いことを示しています Charpy v-notch衝撃値, 特に正規化または正規化された場合 + 気性:

• 20°Cでの典型的な衝撃エネルギー: ≥27–40 j
• 低温サービスに必要な場合, 衝撃テスト付きバリアント (例えば。, ASTM A350 LF2) 代わりに推奨されます

良好な延性と伸長により、A105鍛造は振動のある環境に適しています, サーマルサイクリング, または圧力脈動.

疲労とクリープの性能

ASTM A105は、主に非標識温度環境で使用されます, しかし、それはフェライト - 標本構造のために疲労と熱膨張疲労に対する適切な耐性を示します:

• 疲労強度 (約): 270–300 MPa 10℃のサイクル
• 上記の長期サービスには適していません 427 °C (800 °F), クリープとグラフィット化が発生する可能性があるため

硬度と摩耗

正規化された条件におけるASTM A105の硬度は、一般的にからです 140 に 180 HBW, 標準の圧力含有コンポーネントに適しています. 耐摩耗性を強化します:

• ケース硬化 (浸炭または窒化) 適用される場合があります
• 誘導硬化 フランジシーリング面やバルブステムなどのローカライズされた摩耗ゾーンに使用されます

5. ASTM A105炭素鋼の鍛造プロセス

鍛造は、極端な機械的応力と周期的圧力に耐えることができるASTM A105炭素鋼成分を生産するための基礎プロセスです.

2つの主要な鍛造技術 - オープンディー そして 閉じたダイの鍛造 - パートサイズに基づいて選択されます, 複雑, 音量, 必要なパフォーマンス.

オープンダイの鍛造

オープンダイ鍛造は、加熱された金属ビレットがワークピースを完全に囲まないフラットまたはわずかに輪郭のあるダイの間に圧縮される多目的で伝統的な鍛造プロセスです.

変形は、繰り返しの打撃または絞りによって徐々に起こります, 深刻な幾何学的制約なしで金属が流れるようにします.

この手法は、大規模なスケールを必要とするアプリケーションに優れています, 優れた穀物構造の連続性を備えたカスタム型コンポーネント.

密着したダイに対して非現実的なハイトンナージュワークピースに対応しながら、洗練された粒子の流れや欠陥濃度の減少などの冶金上の利点を可能にします.

典型的なASTM A105アプリケーション:

• 鍛造シャフトとバー
• 圧力容器の首
• ブロック, ディスク, そしてハブ

閉じたダイの鍛造 (印象が鍛造されています)

閉じたダイの鍛造では、加熱されたビレットを最終的なコンポーネントの形状を反映するダイキャビティに配置することが含まれます.

ハンマーまたはプレスからの高圧の下, 金属は、印象全体を埋めるために流れます. 余分な材料は「フラッシュ」を形成します, 後でトリミングされます.

このプロセスは、再現性のある形状と緊密な耐性を備えた精密成分の大量生産に非常に効率的です.

パーツジオメトリに合わせて調整された優れた寸法精度と粒子配置を提供します。特に、圧力評価のパイプライン部品とフランジ付き接続において有益です.

典型的なASTM A105アプリケーション:

• パイプフランジ (例えば。, 首の溶接, ソケット溶接, 盲目)
• 鍛造バルブとティーフィッティング
• 油 & ガス接続ポイントとカップリング

比較表: オープンダイvs. 閉じたダイの鍛造

6. 熱処理 & ASTM A105炭素鋼の応力緩和

熱処理は、ASTM A105炭素鋼の鍛造品の重要な焦点除去プロセスです, 必要な機械的特性を保証するため, 寸法安定性, および構造的完全性.

正規化

目的:

• 穀物構造を改良します
• 微細構造の均一性を高めます
• 靭性と寸法の一貫性を改善します

プロセス:

ASTM A105の鍛造は、通常、加熱することにより正規化されます 890–950°C (1630–1740°F) 完全な再結晶と均質化を可能にするのに十分な長さを保持します, その後、空冷が続きます.

クエンチングと焼き戻し (オプション)

目的:

• 強度と硬さを高めます
• 頑丈なアプリケーションのタフネスを制御します

プロセス:

鍛造はオーステナイト化されています 860–900°C (1580–1650°F), 水や油で急速に消します, その後、和らげました 540–700°C (1000–1290°F) 延性を回復し、脆性を減らすため.

ストレス緩和

目的:

• 鍛造または加工から内部残留応力を減らします
• サービス中の寸法の安定性を改善します

プロセス:

通常、加熱することによって行われます 595–675°C (1100–1250°F) 部分の厚さに応じて1〜2時間保持します, その後、静止空気や炉でゆっくりと冷却します.

7. ASTM A105炭素鋼の機械加工および焦げ操作

鍛造と治療を熱した後, ASTM A105コンポーネントは正確に必要です 機械加工と仕上げ 寸法許容範囲を満たすため, 表面の品質, および機能仕様.

この段階は、配管システムとの互換性を確保するために重要です, 圧力境界, ASME B16.5やAPI 6Aなどの業界標準.

加工特性

物質的な行動:

• A105鍛造, 特に正規化された場合, 中程度を提供します 硬度 (120–187 HBW) そして良い チップ形成.
• フリーマシン添加剤 (例えば。, 鉛または硫黄) 通常は追加されません, それで ツールの摩耗を管理する必要があります 適切な戦略があります.

典型的な機械加工操作:

• CNC旋削加工: フランジ面に使用されます, ハブ, シーリングサーフェス.
• CNC掘削/退屈: ボルト穴に適用されます, バルブポート, とノズルの首.
• CNCフライス加工: 継手の平らな表面または機械加工されたプロファイル用.
• スレッド: シングルポイントまたはダイヘッドツールを使用したフィッティングまたはフランジのNPTまたはBSPTスレッド.

推奨される機械加工パラメーター (ラフガイド)

マシン後の仕上げ

機械加工後, 鍛造A105部品は、パフォーマンスと視覚的な仕様を満たすために仕上げ操作を経験しています:

表面仕上げ:

• 爆破または漬物を撃ちます スケールを除去し、酸化物を鍛造します
• 研磨 または研削 シーリングサーフェス用 (ra≤ 3.2 μm)

deburring:

• 鋭いエッジまたはバリの除去, 特にバルブの穴とフランジホールで, 流れの破壊と組み立ての損傷を避けるため.

マーキング:

• 恒久的なマーキング (熱番号, サイズ, 評価) ASTM A105ごと, asme, または、DOTピーニングまたはスタンピングを使用した顧客仕様.

寸法検査と品質管理

偽造部品は、詳細な機械的図面と適用可能なフランジまたはフィッティング基準に対して寸法的に検査されます.

一般的な検査方法:

• CMM (測定機を調整します) 重要な許容領域の場合
• キャリパー, マイクロメートル, およびスレッドゲージ 手動検証用
• 硬度テスト ASTM制限のコンプライアンスを検証する (タイプ. ≤187HBW)

8. 腐食挙動 & ASTM A105炭素鋼の保護測定

ASTM A105炭素鋼は、その優れた機械的特性と費用対効果で知られていますが, それは本質的に強い腐食抵抗を持っていません, 特に攻撃的または湿度の高い環境で.

ASTM A105の腐食特性

ASTM A105はaです プレーン炭素鋼, そして、すべての非合金された鋼のように, そうです 一般的および局所的な腐食に対して脆弱です, 特に水分にさらされる場合, 塩化物, 酸, または温度の上昇.

典型的な腐食モード:

ASTM A105の保護対策

腐食リスクを軽減する, 特に過酷な環境で, さまざまな表面保護と材料設計戦略が使用されています.

コーティングと塗装システム

ホットディップの亜鉛メッキ

• 提供します 犠牲保護 Znレイヤーを適用します (タイプ. 80–120μm厚)
• A105ボルトに適しています, フランジ, または屋外または海洋環境にさらされた継手
• 最大200°Cまでの効果; 高温蒸気サービスでは避けてください

内部ライティングとクラッディング

• 内部 ゴムまたはPTFEライニング 化学または研磨スラリーの取り扱いで使用されます
• ステンレス鋼の被覆 (例えば。, SS 304Lまたは316L) 高リスクプロセスラインの爆発または溶接結合を介して

陰極保護 (CP)

• 埋葬されたシステムまたは水没したシステムに使用される印象的な電流または犠牲アノード
• オイルで一般的です & ジョイントと溶接ゾーンでの腐食を防ぐためのガスパイプライン

マテリアルアップグレード

• 非常に腐食性の環境用, A105をに置き換えます ASTM A350 LF2, A182 F11/F22, または ステンレスグレード 必要になる場合があります

9. ASTM A105炭素鋼の鍛造品の一般的なアプリケーション

ASTM A105炭素鋼は、強度の優れた組み合わせにより、圧力配管およびバルブ産業で最も広く使用されている鍛造材料の1つです。, タフネス, 作業性, および手頃な価格.

油 & ガス産業

オイル & ガスセクターは、ASTM A105鍛造品の最大の消費者の1つを表しています.

この材料は、高圧と周期的なストレスにさらされるコンポーネントに特に適しています, しかし、極端な腐食や極低温条件ではありません.

および費用対効果. 以下は、重要なコンポーネントとその典型的な機能です:

フランジ

• 溶接ネックフランジ: 高圧用, 高温パイプライン接続.
• ブラインドフランジ: 圧力テストまたはメンテナンスのためにパイプラインまたはバルブの端を閉じる.
• スリップオン & ソケット溶接フランジ: インストールの容易さが優先されるより重要でないサービスラインで使用される.

フィッティング

• 肘 & ティー: 高圧条件下での直接および分割パイプラインの流れ.
• 還元剤 & カップリング: さまざまなサイズのパイプを接続し、熱応力または機械的応力を吸収します.
• 組合: パイプラインアセンブリでのメンテナンスのための迅速な切断を許可します.

バルブ & バルブコンポーネント

• ゲートバルブボディ: 高圧伝送システムのオン/オフフロー制御用.
• グローブ & バルブボディを確認してください: プロセスラインのフロー調節と逆流防止用.
• ボンネット & 忘れをカバーします: 内圧下でバルブアセンブリに構造強度を提供します.

坑口 & 掘削コンポーネント

• 掘削スプール & アダプター: 油の抽出中に極端な負荷と圧力の急増を吸収します.
• フランジ付きコネクタ: ブローアウト予防装置と掘削装置の間のインターフェース.
• ケーシングヘッド & チューブハンガー: 井戸の完成でパイプ文字列をサポートします.

配管アセンブリ

• マニホールドブロック: 制御と配布のために複数のプロセスラインを集中化します.
• 高圧コネクタ: 上流および中流の操作でパイプラインに安全に参加します.

石油化学および精製植物

• 高圧蒸気ラインフランジ
• プロセスバルブボディ (非腐食性化学物質)
• 原子炉ノズル鍛造
• 熱交換器と塔用の配管コネクタ

発電 (サーマル & 核)

• 鍛造圧力容器ノズル
• 給水ラインのフランジアダプター
• 補助配管システムのバルブボディとキャップ

水処理と産業パイプライン

• ポンプハウジング
• パイプライン修理継手
• 大量のサービスパイプラインのフランジと偽造ティー

構造システムおよび機械システム

• 機械式アセンブリのシャフトとハブ
• ローターマウントと偽造カップリング
• アンカープレートと構造フレームワークの襟をサポートします

カスタムとOEMの鍛造

その良好な機械性と形成性のため, ASTM A105は頻繁に指定されます カスタムエンジニアリングの鍛造 OEMの場合 (元の機器メーカー), 特にバルブメーカー向け, パイプラインシステムインテグレーター, スキッドモジュールデザイナー.

コンポーネントには含まれます:

• ボンネットの鍛造
• フランジ付きノズルと還元装置の鍛造
• 機器マニホールドブロックとアダプター

11. 代替資料との比較

12. 結論

ASTM A105鍛造炭素鋼は信頼できるままです, フランジやバルブボディなどの圧力成分の費用対効果の高い選択.

そのバランスの取れた機械的特性, 製造の容易さ, グローバル標準コンプライアンスは、石油化学などの業界の主力となっています, エネルギー, およびインフラストラクチャ.

より高い腐食抵抗の場合, サブゼロの靭性, または、温度性能の上昇が必要です, 合金鋼または ステンレス鋼 考慮する必要があります.

汎用圧力アプリケーション用, A105は、パフォーマンスの優れたブレンドを提供し続けています, 品質, と価値.

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FAQ

ASTM A105とは何ですか?

ASTM A105は、主にフランジなどのパイピングコンポーネントの製造に使用される炭素鋼の鍛造品の標準仕様です, フィッティング, とバルブ, 中程度および高温サービスに耐えるように設計されています.

ASTM A105の鍛造を溶接できます?

はい, ASTM A105の鍛造品は、溶接性が良好です. 厚い切片が残留ストレスを軽減し、亀裂を避けるためには、予熱して制御された後溶接熱治療が必要になる場合があります.

ASTM A105はASTM A182 Alloy Steel Fergingと比較してどうですか?

ASTM A182合金鋼の鍛造品は通常、より高い強度を提供します, より良い腐食抵抗, ASTM A105炭素鋼の鍛造と比較した優れた高温性能, しかし、より高い材料コストで.

ASTM A105に相当するものは何ですか?

ASTM A105はENとほぼ同等です 10222-2 1.0460 JIS SCM435スチールグレード, 炭素鋼の鍛造品の同様の化学組成と機械的特性を共有する.

ASME A105素材とは何ですか?

ASME A105は、ASTM A105で覆われた同じ炭素鋼製鍛造材料を指します, ASMEボイラーおよび圧力容器コードの下での圧力容器および配管用途での使用のために標準化されています.

ASTM A36とA105の違いは何ですか?

ASTM A36は、主に建設および一般的な構造目的で使用される構造炭素鋼です.

対照的に, ASTM A105は、フランジやバルブなどの圧力保持成分専用に設計された鍛造グレードです, より高いタフネスとより厳しい機械的特性要件を提供します.