接液部材質（主にブルドン管とソケット）の選定は、圧力計の耐用年数、精度、安全性を左右する重要な決定です。黄銅は腐食性のない媒体に対してコスト効率の良い解決策を提供する一方、316Lステンレス鋼は広範な産業プロセスで必要とされる耐食性を備えています。様々な化学環境における各合金特有の故障メカニズムを理解することは、適切な計器仕様を選定し、早期故障、プロセス汚染、または壊滅的な漏洩を防ぐために不可欠です。本稿では、これらの一般的な材質の中から選択するための技術的根拠を提供し、より高性能な合金が必要となるケースを特定します。
材質の基本と準拠規格
接液部とは、プロセス媒体と直接接触する圧力計の全部品を指します。一般的なブルドン管圧力計では、ソケット（プロセス接続部）とブルドン管自体がこれに含まれます。これらの部品の健全性は最重要であり、その故障は封じ込めの喪失につながります。
黄銅は、一般的にソケットにはC36000（快削黄銅）、ブルドン管にはC26000（カートリッジ真鍮）が使用される銅と亜鉛の合金です。良好な機械的特性と機械加工性を低コストで提供します。その使用は通常、計装用空気、清水、作動油などの非腐食性媒体に限定されます。
316Lステンレス鋼（UNS S31603）は、モリブデンを含むオーステナイト系クロムニッケルステンレス鋼です。「L」は低炭素（≤0.03%）を意味し、溶接時の炭化物析出を最小限に抑え、熱影響部の耐食性を維持します。この合金は、その広範な耐薬品性から、化学、石油化学、医薬品、食品加工分野における標準的な選択肢です。すべてのManogauge製計器は、ASME B40.100（圧力計およびゲージ付属品）やEN 837-1（圧力計 - 第1部：ブルドン管圧力計）など、材料、構造、安全性に関する要件を規定する関連国際規格に準拠しています。
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材質の性能は、プロセス流体の化学組成、濃度、温度に完全に依存します。以下に一般的な適合性の概要を示します。
- 酸: 黄銅は、ほとんどの鉱酸および有機酸、特に硝酸のような酸化性の酸に対して低い耐性を示します。316L SSは、リン酸や酢酸を含む広範な酸に対して良好な耐性を示しますが、塩酸、高濃度・高温の硫酸、およびその他のハロゲン含有酸によって腐食されます。
- 塩水・ブライン: 黄銅は、塩化物を含む溶液中で脱亜鉛腐食を非常に受けやすいです。これは、亜鉛が合金から選択的に浸出し、多孔質で脆弱な銅の構造が残るプロセスです。316L SSは、モリブデンによって強化された不動態皮膜である酸化クロム層により、はるかに優れた性能を発揮します。しかし、停滞した高温・高塩化物環境下では、局部的な孔食や隙間腐食の影響を受ける可能性があります。
- 炭化水素（オイル、燃料）: 両材質とも、一般的に精製された炭化水素と適合します。主なリスクは汚染物質に由来します。サワーサービス（H₂S含有）や、水分および塩化物含有率の高い流体では、硫化物応力割れや孔食を防ぐために316L SSまたはそれ以上の合金の使用が必要です。
- 塩素系溶剤: 316L SSは一般的に耐性がありますが、これらの溶剤は水の存在下で加水分解して塩酸を生成し、鋼を腐食させる可能性があります。黄銅はこれらの用途には推奨されません。
- アンモニア（無水および水溶液）: 黄銅はアンモニアサービスに絶対に使用してはなりません。アンモニアと湿気の存在下で、応力腐食割れ（SCC）による急速な故障を起こします。316Lステンレス鋼は、アンモニア用途の標準材質です。
- 食品グレード・サニタリー流体: 316L SSは、食品、飲料、医薬品分野における業界標準です。その表面は非多孔質で耐食性があり、プロセス媒体に汚染物質を溶出しません。黄銅は、いかなるサニタリー用途や高純度用途にも適していません。
耐孔食指数（PREN）と定置洗浄（CIP）適合性
塩化物を含む用途では、耐孔食性の定量的尺度が有用です。耐孔食指数（PREN）は、ステンレス鋼の耐孔食性を予測するために使用される経験式です。
PREN = %Cr + 3.3 * %Mo + 16 * %N
PREN値が高いほど、耐性が高いことを示します。316Lステンレス鋼の場合、典型的なPRENは約24です。これは多くの産業環境で十分な耐性を提供しますが、海水や腐食性の強い化学処理ブラインなど、二相ステンレス鋼（PREN > 40）がしばしば要求される環境では不十分な場合があります。黄銅は、塩水溶液中での主な故障メカニズムが孔食ではなく脱亜鉛腐食であるため、意味のあるPREN値を持ちません。
サニタリー産業では、定置洗浄（CIP）および定置滅菌（SIP）プロトコルとの適合性が不可欠です。これらのプロセスでは、高温で強力な洗浄剤（例：水酸化ナトリウム、硝酸、過酢酸）が使用されます。316L SSはこれらの標準的な洗浄方法と完全に適合し、材質の劣化なしに効果的な滅菌を可能にします。黄銅はCIP薬品によって急速に腐食されるため、このようなプロトコルを必要とするいかなる用途にも使用できません。
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プロセス媒体が316Lステンレス鋼に対して腐食性が強すぎる場合、より高仕様の合金が必要になります。多くの場合、ゲージ全体を特殊合金で製造するよりも、標準的な圧力計をプロセスから隔離するダイアフラムシールにこれらの材質を使用する方がコスト効率が高くなります。
- ハステロイ C-276 (UNS N10276): 広範な過酷環境に対して優れた耐性を持つニッケル-モリブデン-クロム超合金です。湿性塩素ガス、次亜塩素酸塩、強酸化性の酸、塩化第二鉄・第二銅を含むサービスに指定されます。孔食と応力腐食割れの両方に対して卓越した耐性を持ちます。
- モネル 400 (UNS N04400): 鋼やガラスを激しく腐食する化学物質であるフッ化水素酸（HF）に対して優れた耐性で知られるニッケル-銅合金です。また、還元性媒体、ブライン、フッ素ガス中でも良好な性能を発揮します。
- タンタル (Ta): 利用可能な金属の中で最も耐食性の高い金属の一つです。150°C以下のほとんどの酸（濃塩酸や濃硫酸を含む）に対して事実上不活性です。その高コストから、他のどの材質も適さない最も要求の厳しい化学用途のダイアフラムにその使用が限定されます。
Key takeaways
- コストを最適化するため、黄銅製接液部は空気、水、作動油などの中性で非腐食性の媒体にのみ使用してください。
- 化学的適合性、サニタリー用途（CIP/SIP）、およびアンモニアや塩化物を含むあらゆるサービスには、316Lステンレス鋼を標準として選定してください。
- 316L SSは、高温、停滞、高塩化物環境下で孔食の影響を受けやすく、その耐孔食指数（PREN）は約24です。
- 湿性塩素やフッ化水素酸など、316L SSに対して腐食性が強すぎる媒体には、ハステロイC-276やモネルなどの上位合金を使用したダイアフラムシールを使用してください。
Часто задаваемые вопросы
Why is 316L stainless steel preferred over brass for corrosive applications?
316L SS contains 2–3% molybdenum, which provides superior resistance to chloride pitting and crevice corrosion compared to brass. Brass alloys are prone to dezincification in chloride-containing media and stress-corrosion cracking in ammonia atmospheres. 316L maintains mechanical integrity in a wider range of industrial chemicals.
What media will attack 316L stainless steel in a pressure gauge?
Concentrated hydrochloric acid (>5%), hydrofluoric acid, bromine, and hot concentrated sodium hydroxide are among the most aggressive media for 316L SS. For these services, specify Hastelloy C-276, Monel 400, or tantalum wetted parts depending on the specific chemical.
Can a brass gauge be used for seawater monitoring?
Not recommended. Seawater (chloride ~19,000 ppm) causes rapid dezincification of brass alloys, leading to porous, weakened fittings and potential gauge failure. Specify 316L SS or duplex stainless steel for seawater and brackish water applications.
What is the temperature limit for 316L stainless steel Bourdon tubes?
Standard 316L SS Bourdon tubes are rated to approximately 200°C continuous service. Above this temperature, creep and oxidation degrade accuracy. For high-temperature steam (>200°C), specify a siphon tube and confirm with the manufacturer on the specific alloy heat treatment.
Does the gauge socket material matter as much as the Bourdon tube material?
Yes. The socket (process connection) is the first point of contact with media and experiences the most stress from pressure cycling and thread engagement. Always specify the same corrosion-resistant alloy for both the socket and Bourdon tube. A 316L tube on a brass socket will fail at the socket first.