バルブボディ鋳造：材料、設計、製造の完全ガイド

メタ説明: 産業用バルブのボディ鋳造に関する技術ガイド。WCB炭素鋼、CF8／CF8Mステンレス鋼、およびデュプレックス系鋼材を比較し、ASME B16.34による圧力クラス、設計規則、鋳造・機械加工工程、API 598試験、および非破壊検査（NDT）要件について解説します。

バルブボディは、すべての産業用バルブにおいて圧力を保持する最も重要な構成部品です。プロセス流体を収容し、シート面を支え、配管からの応力を吸収するとともに、数十年にわたる運用期間中、安全に内圧を保持しなければなりません。ボディの鋳造——すなわち材質選定、設計、製造および試験——を正しく行うことは、バルブの信頼性と安全性を確保する上で最も重要な要素です。

本ガイドでは、以下の観点から包括的な技術的概要を提供します。 バルブ本体鋳造品 材質選定（標準材質記号を含む）、圧力クラスの基本原理、鋳造および機械加工工程、試験要件、品質保証文書。

1．プロセス産業におけるバルブボディの役割

バルブボディは、実質的にあらゆるプロセス産業で使用されています。

本体は、以下の3つの要求を同時に満たす必要があります：

1. 圧力封じ込め — 規定圧力および試験圧力における内部圧力
2. 流体互換性 — プロセス流体に対する耐食性
3. 熱的および機械的負荷 — 温度サイクル、配管からの力、熱膨張、振動

バルブ本体の鋳造欠陥は単なる外観上の問題ではなく、重大な安全事故につながる可能性があります。そのため、バルブ本体の鋳鋼品は、鋳造所で最も厳格な仕様・検査・記録が求められる部品の一つです。

2. バルブ本体鋳鋼品の材質選定

2.1 標準材質の概要

2.2 選定基準

圧力クラスおよび温度。 より高いクラスや温度では、設計者は合金鋼を採用する傾向があります。WCB炭素鋼は通常、−29℃～425℃の範囲で使用されます。この範囲を超える場合は、Cr-Mo系鋼種（WC6、WC9、C12A）が必要です。

流体の腐食性。 腐食性または衛生用途では、ステンレス鋼（CF8、CF8M）またはデュプレックス鋼（CD3MN、CD3MCuN）が選択されます。耐点食性を評価する指標として、ピッティング耐性相当数（PREN＝%Cr＋3.3×%Mo＋16×%N）が有効です。

• CF8：PREN ≈ 18
• CF8M：PREN ≈ 24
• CD3MN：PREN ≈ 34
• CD3MCuN：PREN ≈ 40

流体の流速および浸食。 研磨性または高流速の流体では、より硬く耐摩耗性の高い材質が好まれます。また、流れの方向変化部における浸食を抑えるため、十分な曲率半径を確保した設計が推奨されます。

溶接に関する要件 ボディは頻繁に溶接されます（端部接合、修理、製作溶接など）。炭素鋼WCBは溶接性が良好です。低炭素ステンレス鋼（CF3／CF3M）は炭化物の感応化を回避します。デュプレックス系は熱入力の制御および溶接材の選定が重要です。

3．圧力等級および設計の基本事項

3.1 圧力クラスの基本事項

バルブ本体の圧力等級は、ASME B16.34に準拠し、クラスごとに圧力・温度等級が規定されています。

許容圧力は温度の上昇とともに低下します。フランジと本体の密閉性および肉厚は、常温における全クラス定格を満たすよう設計されており、その後、規格に定められた減圧表に従って減圧されます。

3.2 肉厚設計

最小肉厚は以下の要件により決定されます。

• 内部圧力 — 主要荷重に基づき、設計係数および腐食余裕を考慮した規格計算式を用いる
• 腐食余裕度 — 一般に炭素鋼では3 mm、ステンレス鋼では1.5～3 mm
• 鋳造公差 — 鋳造所の能力に応じたものであること（ISO 8062 CT等級）
• 剛性 — フランジボルト荷重および配管力による変形が生じないこと

一般的な最小肉厚。最終的な値は設計規格およびメーカーの標準に基づく。

3.3 フランジおよび端部接続

フランジ面は、鋳造後に必ず機械加工されます。すなわち、フランジは加工余肉を含めて鋳造され、その後、フランジ面、ガスケット接触面およびボルト穴がCNC機械加工によって所定の平面度および表面粗さ（通常、リーズド・フェイス・フランジではRa 3.2～6.3 µm）に仕上げられます。

4．バルブ本体の鋳造工程選定

4.1 サンドキャスティング（グリーンサンドまたは化学結合型）

• サイズ範囲 公称口径：50 mm～1,500 mm以上
• 一般的な公差 寸法公差等級：ISO 8062 CT8～CT10
• 表面仕上げ 表面粗さ：Ra 12.5～25 µm
• 最適な用途 大型本体、クラス300以上、すべての材質グループ
• 考慮事項 厚肉部への十分な湯口設計が必要であり、各面の加工余肉は通常3～6 mm

4.2 インベストメント鋳造（ロストワックス）

• サイズ範囲 ：公称口径最大約300 mm
• 一般的な公差 ：ISO 8062 CT5～CT7
• 表面仕上げ ：表面粗さRa 1.6～6.3 µm
• 最適な用途 ：小型ステンレス鋼およびデュプレックス鋼製ボールバルブ本体、ウェーハ形本体
• 考慮事項 ：近似最終形状のため機械加工量が削減される。材料損失および加工時間の低減により、単位重量あたりのコスト増加が正当化される

4.3 シェルモールド鋳造

• サイズ範囲 ：公称口径50～500 mm
• 一般的な公差 ：ISO 8062 CT6～CT8
• 表面仕上げ ：表面粗さRa 6.3～12.5 µm
• 最適な用途 中規模の炭素鋼およびステンレス鋼製バルブボディ（量産品）

丹東市彭新機械有限公司では、バルブボディの製造がすべて3工程にわたり一貫して行われています。砂型鋳造は大型・高圧用ボディ（1鋳込みあたり最大25トン）に使用され、シェルモールド鋳造および投資鋳造は、近似最終形状を実現する小型のステンレス鋼およびデュプレックス鋼製ボディに適用されています。これらすべての工程は、統一された品質管理システムのもとで実施されています。

5．バルブボディの機械加工

鋳造は耐圧外殻を形成し、機械加工は機能を実現します。

5.1 主要な機械加工部

5.2 加工順序

1. 荒削り加工 — リザーバーの除去、フランジ面の面取り、基準面の設定
2. 中仕上げ — 全貫通ボーリング、シートポケットの機械加工
3. 熱処理 （指定がある場合：例としてステンレス鋼の固溶化熱処理、炭素鋼のPWHT） — 粗加工後に実施することで、最終寸法加工前の応力緩和が可能
4. 仕上げ加工 — 最終的なフランジ面、シート面、穴、ねじ切り
5. シート面のラッピング／研削 — 金属同士の密着が要求される箇所

5.3 基準面戦略

ボアの中心線と一方のフランジ面が一次基準面基準系を構成する。すべての重要特徴（シート、二次フランジ、ボルト締結部）はこの基準系に拘束されており、シール面が配管軸線と整合するようになっている。

6. 試験および検査

6.1 圧力試験（API 598／ISO 5208）

• シェル試験圧力 定格圧力の1.5倍（API 598準拠）。通常は用途に応じて1.3～1.5倍
• 試験媒体 腐食防止剤を添加した水。蓄積エネルギーによるリスクのため、低圧または特定用途の場合に限って空気圧試験を許可

6.2 非破壊検査

6.3 材料の確認

• 化学分析 分光分析によるロット単位の確認
• 機械的性質 引張強さ、衝撃（シャルピーVノッチ：指定がある場合）、硬度
• 証明書 材質証明書（EN 10204 3.1準拠。第三者立会いの場合は3.2）

6.4 鋳造品質文書パッケージ

出荷されるすべてのバルブ本体には、以下の書類を添付すること。

• 材質証明書（ロット番号で追跡可能）
• 熱処理記録（記録チャートまたはログ）
• 非破壊検査報告書（放射線検査／超音波検査／磁粉検査／浸透検査：指定通り）
• 水圧試験報告書
• 寸法検査報告書（三次元測定機によるもの）
• 溶接図および溶接補修記録（補修が実施された場合）
• 最終目視検収記録

7. バルブボディの一般的な欠陥とその防止

8. バルブボディ鋳物サプライヤーの選定

結論

バルブ本体の鋳造は、材料科学、圧力容器設計、鋳造技術、高精度機械加工、厳格な検査が集約される分野です。何十年にもわたり、製油所、海上プラットフォーム、発電所、給水ネットワークで使用されるバルブ本体は、材質選定から最終的な水圧試験印まで、一貫したエンジニアリングによって支えられています。

丹東市鵬信機械有限公司は、1958年より炭素鋼、ステンレス鋼、デュプレックス鋼、合金鋼を用いたバルブ本体および耐圧鋳鋼品の製造を手掛けています。鋳造、熱処理、CNC機械加工、非破壊検査（NDT）、耐圧試験を、ISO 9001品質保証体制のもとで一貫して自社内で実施しています。

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丹東市鵬信機械有限公司 — 1958年創業の大型鋳鋼品および高精度機械加工専門メーカー