鍛造 vs 鋳造 vs 切板: フランジの製造工程の比較

配管システムで使用されるフランジは、鍛造、鋳造、板からの切断という 3 つの主な製造プロセスで製造されます。各方法により、異なる機械的特性、内部健全性、コスト特性を備えたフランジが製造されます。これらの違いを理解することは、バイヤーとエンジニアが各用途に適切な製造方法を指定するのに役立ちます。

製造方法は、フランジの粒子構造、気孔率、内部の健全性、そして最終的には使用中の機械的性能に影響を与えます。鍛造により、フランジの輪郭に沿った優れた鍛流線が生成され、最高の強度と耐疲労性が得られます。鋳造により、複雑な形状と大量生産が可能になり、単位あたりのコストが低くなりますが、内部欠陥のリスクが高くなります。-プレートストックからの切断は、大径の場合には経済的ですが、鍛造のような鍛流線の利点がありません。多くの場合、コード要件により、特定のサービスに対して特定の製造方法が義務付けられており、重要な高圧および高温の用途には鍛造フランジが必要です。-

鍛造は、ASME B16.5 フランジ、特に NPS 24 までのサイズおよびより高い圧力クラスの最も一般的な製造方法です。このプロセスには、鋼のビレットを鍛造温度 (通常は 1900 ～ 2300 度 F) に加熱し、鍛造ハンマーまたはプレスを使用して成形することが含まれます。熱間成形により、フランジの輪郭に沿った連続的な粒子の流れが生成され、その結果、強度、延性、耐疲労性などの優れた機械的特性が得られます。鍛造フランジは気孔が最小限に抑えられ、鋳造品に比べて内部の健全性に優れています。最も重要なサービスフランジは鍛造品であり、最大限の信頼性を確保します。

財産	鍛造	キャスト	カットプレート
グレインフロー	連続的、輪郭に従う	等方性、結晶粒配向なし	ローリング方向のみ
内部健全性	優れた最小限の気孔率	変動、多孔性のリスク	良好（プレート品質）
機械的強度	最高	適度	適度
耐疲労性	素晴らしい	良い	良い
非破壊検査の結果	最も一貫性のある	最も変化しやすい	一貫性のある
最大サイズ	鍛造能力による制限	事実上無制限	無制限（プレート）
相対コスト (少量)	適度	高（ツーリング）	低い
相対コスト (大量)	適度	最低	高い

鋳造とは、溶かした金属を型に流し込み、フランジ状に固める作業です。このプロセスは、初期金型ツールのコストが多くのユニットに分散されるため、複雑なフランジ形状や大量生産の場合に経済的です。しかし、鋳造粒子構造は等方性であり、鍛造品のような方向性を欠いています。鋳造フランジには、気孔、引け巣、非金属介在物などの内部欠陥が発生するリスクが高くなります。-これらは、該当する法規に従って非重要な低圧用途には許容されますが、危険なサービスについては一部の法規によって禁止されています。-

カットプレートフランジは、圧延鋼板ストックから直接機械加工され、通常は標準の鍛造能力 (NPS 24 以上) を超える大きな直径に対応します。フランジのプロファイルは、プラズマ、レーザー、またはウォータージェット切断を使用してプレートから切断され、最終寸法に機械加工されます。板の圧延方向は板の平面内でのみ強度を提供するため、カット板フランジには木目の流れの利点がありません。これらは板厚の制約により低圧力クラスに限定されており、大型の鍛造または鋳造フランジのコストが法外に高い構造的および重要ではない配管用途で最も一般的です。-

鍛造フランジは、機械的特性、内部健全性、信頼性の最良の組み合わせを一貫して提供します。鍛造フランジの鍛流線パターンはフランジの輪郭に沿っており、最も必要な箇所に最大の強度を提供します。鋳造フランジは多くの用途で許容可能な特性を実現できますが、鋳造プロセスの固有の変動により、NDT 結果は最も変動しやすくなります。カットプレートフランジは、プレートの圧延方向に一致する特性を持ちますが、鍛造品の全方向性の特性よりも均一ではありません。繰り返し応力や高応力の用途には、鍛造フランジが推奨されます。-

鍛造には適度な工具コストがかかり、中程度から大量の生産量では費用対効果が高くなります。{0}鋳造では、初期の工具コスト（パターン作成）が高くなりますが、大量生産では単位あたりのコストが最も低くなります。-カットプレートは工具費用がかからず、少量、大きなサイズの場合に最も経済的なオプションです。大まかな形状が作成されると、加工コストはどの方法でも同様です。熱処理コストは材料と必要な機械的特性によって異なり、一部の合金グレードでは高価な鍛造後熱処理サイクルが必要になります。-

ASME B16.5 では、材料仕様と機械的特性の要件が満たされている場合に、プレートからの鍛造、鋳造、または切断によってフランジを製造することが許可されています。一部の材料仕様では特に鍛造製品が必要ですが (ASTM A182 など)、複数の製造方法が許容される仕様もあります。一部の工場規定および所有者の仕様では、内部欠陥のリスクが高いため、特定の危険な作業に対する鋳造フランジの使用が禁止されています。トレーサビリティ要件は製造方法に関係なく適用され、衝撃試験要件は方法に依存しません。-重要な点は、鍛造フランジが重要なサービスに最適な強度と信頼性を提供するのに対し、鋳造フランジとプレートフランジは特定の重要でない用途に役立つということです。-