Cr-Mo 鋼の PWHT：A387 および P91 クラス製作物に対する溶接後熱処理

なぜ Cr-Mo 溶接部に必要か

クロム・モリブデン鋼を溶接すると、三つの問題が残ります。硬く割れに敏感な熱影響部（HAZ）、溶接の熱サイクルによって閉じ込められた高い残留応力、そして耐クリープ鋼種については、設計が前提とするものとはまだ異なる組織です。**溶接後熱処理（PWHT）**は、三つすべてに同時に対処します。

• 硬い HAZ と溶接金属を焼戻しし、延性と靭性を回復させます。
• 温度でのクリープ緩和によって残留応力を除去し、寸法安定性と、応力腐食割れや疲労割れへの耐性を改善します。
• 耐クリープ鋼種では、意図された焼戻しマルテンサイト組織を完成させます。

建設規格（ASME Section VIII および配管規格、材料規則は Section II にあります）は、定められた板厚の閾値を超えるほとんどの Cr-Mo 圧力作業に対して PWHT を義務付けています。これは規格の要求であり、工場の好みではありません。

温度範囲と保持の考え方

PWHT は亜臨界処理です。温度は、効果的に焼戻しと応力除去を行いながら、下部臨界温度（Ac1）を安全に下回らなければならず、何も再オーステナイト化しないようにします。広く使われる範囲はおおよそ次のとおりです。

鋼種ファミリー	典型的な PWHT 領域（目安）
1.25Cr-0.5Mo（A387 Gr.11 クラス）	約 620–680 °C
2.25Cr-1Mo（A387 Gr.22 クラス）	約 680–730 °C
9Cr-1Mo-V（P91 / A387 Gr.91）	約 730–770 °C、厳密に管理

保持時間は板厚に応じて変わります。規格の表はこれを、単位板厚当たりの最小時間として表し、薄い材料については絶対的な最小値を定めます。その考え方は均一化と緩和です。最も厚い断面が全体を通して温度に到達し、応力がクリープで逃げ去るのに十分な時間、その温度にとどまらなければなりません。特定の温度より上での加熱速度と冷却速度も、重い容器での熱勾配を制御するため規格によって制限されており、部品上の熱電対こそが、炉のダイヤルではなく、重要となる記録です。

グレード 91：厳格なケース

P91 のクリープ強度は、微細な析出物を伴う、慎重に焼戻しされたマルテンサイトに由来し、その PWHT の温度域はそれに応じて狭くなります。低すぎたり短すぎたりすると、HAZ は硬く焼戻し不足のままとなります。高すぎると、この処理は過剰に焼戻しを行い（あるいは最悪の場合、局所的に再オーステナイト化して、冷却時に新しい未焼戻しマルテンサイトを形成し）、クリープ強度は永久に損なわれます。グレード 91 では、温度測定の精度、保持の管理、そして水圧試験や使用への曝露の前に行う PWHT が、重要な品質工程として扱われ、PWHT 後の硬さ調査が標準的な検証となります。

局所 PWHT と実務上の注意

大型の容器は、全体を炉で処理するのではなく、溶接継ぎ目の周囲で局所的に熱処理されることが多くなります。その場合、加熱帯の幅、断熱、勾配の制御が品質の変数となります。制御の悪い局所 PWHT は、シェルを曲げたり、応力パターンを有能な炉サイクルよりも悪い状態に残したりすることがあります。保持の途中でサイクルが中断されることや、PWHT 後の補修（一般にその繰り返しが必要となります）が、文書化された手順によって扱われるのには理由があります。Cr-Mo 機器では、熱処理の履歴は圧力境界の文書化された健全性の一部なのです。