炭素鋼管の耐圧性は固定値ではなく、次の要因の組み合わせによって決まります。
1. 材質グレード
材料グレードは耐圧性の主な決定要因です。通常の炭素鋼 (例: Q235) の引張強さは約 375-500 MPa ですが、高強度炭素鋼 (例: X60) は 517 MPa を超えることがあります (API 5L 規格による)。材料の強度が高いほど、耐圧能力は大きくなります。
2. 肉厚と直径
Barlow の公式 (P=2St/D、P は耐圧性、S は引張強さ、t は肉厚、D は外径) によると、同じ材質の場合、肉厚を 1 mm 増やすと耐圧性が約 10 ～ 15% 向上します。たとえば、DN100 SCH40 炭素鋼パイプ (肉厚 6 mm) の使用圧力は約 5.6 MPa ですが、SCH80 (肉厚 8 mm) は 7.4 MPa に達することがあります (ASTM A106 データ)。
3. 製造工程
シームレスパイプ (ASTM A106 など) は一般に、潜在的な弱点となる溶接継ぎ目が存在しないため、溶接パイプ (ASTM A53 など) よりも耐圧性が高くなります。
標準仕様と圧力区分
さまざまな国際規格で、炭素鋼パイプの耐圧性が明確に分類されています。
ASTM A106 シームレスパイプ: グレード B は、室温での最大使用圧力が 15.8 MPa (肉厚 12 mm、DN150 条件) です。
API 5L ラインパイプ: X42 グレードのパイプは、通常、石油およびガスのトランスミッションにおいて 10 ～ 12 MPa の設計圧力を持っています (安全率 0.72)。
中国規格 GB/T 8163: 20# 炭素鋼パイプは、20 度で 6.4 MPa の圧力を可能にします (肉厚 5 mm、DN80)。
実用化のための選択の推奨事項
安全係数: 工業用配管では通常、設計圧力の 1.5 ～ 4 倍の安全率が使用されます (可燃性媒体の場合はより高い値)。たとえば、蒸気配管には ASME B31.1 に従って追加の腐食代が必要です。
温度補正: At high temperatures (>200度）の場合、炭素鋼管の耐圧性は約20～30％低下しますので、材料の温度低下率を考慮する必要があります。
腐食性環境: 媒体に H₂S または CO₂ が含まれる場合は、耐酸性炭素鋼 (L245NS など) を使用するか、設計圧力を 30% 以上下げる必要があります。{0}
