海洋海水配管システムの材料選定：包括的なレビュー

01 ガラス繊維強化プラスチック（GRP）／ガラス繊維強化ポリマー（GFRP）配管

利点

GRPおよびGFRPパイプは、その独自の特性の組み合わせにより、海洋海水システムにおいて大きな注目を集めている。

固有の耐腐食性：非金属材料であるGRPパイプは、海水腐食に対して本質的に耐性があります。酸、アルカリ、塩、海水、未処理の下水、腐食性土壌、地下水、および数多くの化学流体に対しても劣化することなく耐えることができます。そのため、炭素鋼に必要な防食コーティングや陰極防食システムは不要です。

軽量：比重が約1.8～1.9g/cm³のFRPパイプは、鋼管（7.8g/cm³）の約4分の1の重量です。これにより、輸送コストが大幅に削減され、より軽量な吊り上げ装置で済み、設置も容易になります。特に、上部構造の重量が設計上の重要な制約となる海洋プラットフォームにおいては、この軽量化は非常に大きなメリットとなります。

滑らかな内面：GRPパイプは、鋼管の0.012、鋳鉄管の0.013と比較して、0.0087という非常に滑らかな内面粗さを有しています。これにより、優れた水流特性、摩擦損失の低減、およびポンプ動力の削減が実現します。研究によると、GRPパイプは20年間の使用後でも滑らかな内面を維持することが示されています。

海洋生物付着に対する耐性：特殊なGRP配合で、2～2.5mm厚の「サンゴ礁のような」構造の内張り材を使用すると、藻類やフジツボの繁殖を防ぐ自己触媒的な抗菌特性が得られます。標準的なセメント管や、通常のGRP管でも、流速が2.0m/s未満の場合、海水に約3ヶ月さらされると海洋生物が繁殖し始めます。

長寿命：GRPパイプは、地下用途において50年以上の設計耐用年数を提供します。海水システムにおいては、適切に配合されたGRPは最大70年の耐用年数を達成できます。

費用対効果：GRPの材料費は、銅ニッケル合金に比べて大幅に低い。L3耐火等級のGRPの場合、1メートルあたりのコストは同等の銅合金配管の約10分の1である。JF耐火等級の場合、コストは銅ニッケル合金の約2分の1から3分の1である。

限界と課題

機械的強度が低い：非金属材料であるGRPパイプは、耐衝撃性が低く、物理的な衝撃、落下、または不適切な取り扱いによって損傷を受けやすい。そのため、波の衝撃、落下物、または高い機械的負荷がかかる場所での使用は制限される。

非破壊検査機能のない接着接合部：GRPパイプは通常、接着剤（接着剤またはセメント）を用いて接合されます。接合部の品質は、施工者の技術と環境条件に大きく左右されます。接着接合部は硬化すると、放射線検査や超音波検査などの非破壊検査方法では検査できなくなるため、品質検証が困難になります。

限定的な耐火性：標準的なGRPは、最高レベルの防火安全要件を満たすことができません。IMO A753規格では、L3耐火等級（湿式消火システム）およびジェット耐火等級（乾式消火システム）が規定されていますが、GRPはL1耐火等級の要件を満たすことができません。そのため、重要な防火システムにおけるGRPの使用は制限されます。

インストール感度:GRPパイプは、保管および設置時に慎重な取り扱いが必要です。保管条件としては、積み重ね高さを2.0m以下に制限すること、紫外線への曝露を避けること、鋭利な物体との接触を避けること、そして厳密な温度および湿度管理を行うことが挙げられます。不適切な取り扱いは、検査時に確認できない隠れた損傷を引き起こす可能性があります。

適用範囲の制限：非金属パイプは一般的に、低圧用途や、受動的な保護が可能な特定の場所に限られます。洋上プラットフォームでは、台風の波や落下物にさらされる可能性のある下層デッキでは、非金属材料の使用は通常避けられます。

02 コーティング炭素鋼配管

利点

費用対効果：腐食防止が確実に実現できる場合、海水配管には、完全に適切にコーティングされた炭素鋼が最も経済的な選択肢となる。

高い機械的強度：炭素鋼は、優れた機械的強度、耐衝撃性、および耐圧性を備えている。

馴染みやすさと確立された慣習：被覆炭素鋼は、加工、溶接、設置手順が確立された、よく理解されている材料である。

制限事項と信頼性に関する懸念

コーティング品質の依存性：被覆炭素鋼の信頼性は、被覆の品質に完全に依存します。被覆品質が低いと、壊滅的な故障につながる可能性があります。

エポキシコーティングに関する問題点：低品質の内部エポキシコーティングは、ピンホール状の漏れが発生し、炭素鋼基材が海水にさらされて局所腐食を加速させる可能性があります。小さなピンホールでも腐食が集中し、急速な穿孔につながる恐れがあります。

ポリエチレンコーティングに関する問題点：PEコーティングの厚さは通常約1mmです。品質の低いPEコーティングは広範囲に剥離し、腐食経路を形成して深刻な損傷を引き起こす可能性があります。さらに、剥離したコーティングの破片は下流に流れ、ポンプ、熱交換器、その他の精密機器の詰まりの原因となることがあります。

03 ステンレス鋼配管

必須要件：PREN ≥ 40

ステンレス鋼が海水腐食に確実に耐性を持つためには、孔食抵抗当量数（PREN）が少なくとも40でなければなりません。PRENは次の式で計算されます。

PREN = %Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N 

PREN値が40を超える合金は、海水用途に適していると考えられています。32～40の値は汽水には十分かもしれませんが、完全な海水用途には限界があります。

推奨学年

UNS S31254（6Moスーパーオーステナイト系ステンレス鋼）：合金254または254 SMOとしても知られるこの鋼種は、PREN≧42.5の6%モリブデン含有超オーステナイト系ステンレス鋼です。耐食性、強度、コスト効率に優れているため、海水配管用ステンレス鋼として最も一般的に使用されています。

UNS S31254の主な特性：

財産	価値	ソース
クロム（Cr）	19.5～20.5％
モリブデン（Mo）	6.0～7.0％
窒素（N）	0.18～0.25%
ニッケル（Ni）	17.5～18.5％
銅（Cu）	0.50～1.00%
降伏強度（最小）	310 MPa
引張強度（最小値）	650 MPa
プレン	≥ 42.5
臨界孔食温度（CPT）	60℃以上
使用温度範囲	-196℃～300℃

UNS S32750 / S32760（スーパーデュプレックスステンレス鋼）：これらのスーパーデュプレックスステンレス鋼は、オーステナイト系ステンレス鋼よりも高い強度を持ち、優れた耐海水腐食性を備えています。ただし、有害な金属間化合物の析出を防ぐため、溶接手順を慎重に管理する必要があります。どちらのグレードも、PREN値は40以上を達成できます。

重大な制約：溶接品質

ステンレス鋼製海水配管の最も重要な制約は溶接品質固溶化処理されたステンレス鋼は、海水腐食に対する耐性を保証する微細構造を有しています。しかしながら、未固溶化処理の溶接金属および熱影響部（HAZ）には、有害な金属間化合物相や過剰なフェライトが含まれる可能性がある。海水腐食の優先的な発生場所となる。

主な溶接要件：

承認された溶接手順仕様を厳守する

熱入力の制御

l パス間温度の制御

l 同種またはそれ以上の溶加材の使用

重要な用途向けの溶接後溶液処理

シールドガスとパージガスの慎重な選択

さらに、溶接部内の異なる微細構造は異なる電気化学的電位を持つ可能性があり、局所腐食を促進するガルバニック対を形成する。

04 非鉄金属配管（銅ニッケル合金）

利点

本来の耐海水性：銅ニッケル合金は、表面に保護膜が形成されるため、海水腐食に対して本質的に耐性があります。そのため、コーティングや陰極防食に頼る必要はありません。

確かな実績：銅ニッケル合金は、数十年にわたり海水システムで使用されており、優れた信頼性を誇っています。その性能は十分に理解され、多くの文献で実証されています。

優れた生物付着耐性：表面から放出される銅イオンは、自然な防汚作用を発揮し、海洋生物の付着を軽減する。

制限事項

材料費が高い：銅ニッケル合金は高価です。1メートルあたりのコストは、FRP（L3グレード）の約10倍、JFグレードのFRPの2～3倍です。そのため、初期投資額が大幅に増加します。

溶接および加工コストが高い：銅ニッケル合金は、特殊な溶接手順、熟練した溶接工、そして入念な接合部の準備を必要とするため、製造コストが増加する。

戦略的金属供給：銅とニッケルは多くの国で戦略鉱物としてリストされている。24の戦略鉱物には、エネルギー鉱物（石油、天然ガス、石炭、ウラン）、金属鉱物（鉄、クロム、銅アルミニウム、金、ニッケル金属（タングステン、スズ、モリブデン、アンチモン、コバルト、リチウム、希土類元素、ジルコニウムなど）や非金属鉱物（リン、カリウム塩、黒鉛、蛍石など）が含まれます。サプライチェーンの制約や地政学的要因による価格変動のため、コスト予測は困難です。

溶接品質要件：銅ニッケル合金の溶接では、溶接部の耐食性を維持するために、入熱量、溶加材の選択、シールドガスの厳密な管理が必要となる。

05 チタン合金配管

新たな利点

卓越した耐腐食性：チタン合金は海水中で優れた耐食性を示し、アルミニウム合金、ステンレス鋼、ニッケル基合金を凌駕する。塩化物環境下においても、孔食、隙間腐食、応力腐食割れに対する耐性を有する。

軽量：チタンの比重は約4.5g/cm³で、鋼鉄の約60%の重量であるため、高い強度を維持しながら軽量化を実現できる。

高強度：Ti-6Al-4Vなどのチタン合金は、優れた強度対重量比を備えており、高圧・高速の海水用途に適している。

安定したコスト動向：中国が鉱石加工から最終製品に至るまでの完全な産業チェーン能力を確立したことで、チタンの価格はより安定し、競争力が高まっている。この傾向により、チタンは海洋用途においてますます費用対効果の高い素材となっている。

実証済みの用途：チタンは、海水淡水化プラント、海洋石油掘削ライザー、凝縮器、熱交換器、ポンプ、バルブなどに広く利用されている。

耐侵食性：チタンは高速の海水による浸食腐食に対して優れた耐性を持つため、ポンプのインペラや熱交換器のチューブに適している。

対処すべき技術的課題

ガルバニック腐食：チタンは高い電気化学的電位を持つ。海水中で炭素鋼、アルミニウム、銅合金などの卑金属と接触すると、卑金属のガルバニック腐食を引き起こす可能性がある。そのため、絶縁または隔離を施した慎重な設計が必要となる。

生物付着の特徴：チタンの生物付着挙動については、さらなる研究が必要である。チタン自体は耐腐食性に優れているものの、海洋生物の付着とその熱伝達および流動特性への影響については、設計および運用上の対策によって対処する必要がある。

溶接要件：チタン溶接では、シールドガスと大気汚染の厳密な管理が不可欠です。汚染は脆化や耐食性の低下につながる可能性があります。

06 複合材および冶金被覆配管

複合材料

複合管（非金属製の内張りと金属製の外層を組み合わせたもの）は、耐腐食性と機械的強度のバランスが取れている。しかし、接続部が複雑で、容易に解決できないという課題がある。

冶金被覆配管（機械的被覆／冶金接着）

金属被覆管は、炭素鋼の外層（機械的強度を提供する）と耐食合金（CRA）の内層（海水腐食に対する耐性を提供する）から構成される。

主な課題：

ブランチ接続の整合性：クラッド管の分岐接続部においては、CRA層の完全性を維持するために特別な注意が必要です。分岐接続部での腐食を防止するためには、適切な溶接手順、インサートリング、そして熟練した溶接工が不可欠です。

リングジョイントフランジ（RTJ）に関する考慮事項：RTJ接続の場合、接合界面での隙間腐食を防ぐために、CRA層を適切に終端処理し、保護する必要があります。

サイズ制限：金属被覆管は現在、主にNPS 4（DN100）以上のサイズで入手可能です。小径サイズの場合、被覆管の製造は経済的に採算が合わないため、材料の選定は依然として課題となっています。

溶接開先設計：溶接開先設計においては、CRA層の厚さと、CRA層と炭素鋼層間の適切な移行を考慮する必要がある。

溶接位置合わせ：溶接時の位置ずれは、接合部における有効なCRA層の厚さを減少させ、腐食に対する脆弱性を生み出す可能性がある。

07 材料選定の概要と推奨事項

選考ガイドライン

応用	推奨素材	重要な考慮事項
低圧海水（≤1.0 MPa）、保護された場所、非重要システム	GRP/GFRP（必要に応じてL3またはJF規格）	費用対効果が高く、耐腐食性があり、限定的な耐火性能を備えています。
中程度の圧力、上部構造における一般的な海水システム	UNS S31254（6MB）またはスーパーデュプレックス（UNS S32750）	PREN ≥ 40、優れた耐食性、溶接品質が重要
高圧海水システム	UNS S31254 適切な溶接	PREN ≥ 43、厳格な溶接管理が必要
L1耐火等級を必要とする消火用水システム	Cu-Ni合金またはTi合金	高い信頼性、戦略的な金属に関する懸念
高速または高侵食性の海水サービス	チタン合金（例：Ti-6Al-4V）	優れた耐侵食・耐腐食性
CRA要件を満たす大口径海水配管（≥ NPS 4）	冶金被覆管	大口径に対応した費用対効果の高いCRAソリューション
CRAを必要とする小径海水配管（< NPS 4）	固体UNS S31254またはチタン合金	小径サイズにはクラッドパイプはご用意しておりません
GRPを使用した消火用水システム	IMO A753 L3（ウェット）またはジェットファイア（ドライ）規格に適合したGRP	GRPはL1評価を満たしていません

材料別の主要技術要件

GRP配管の場合：

製造元の保管および設置手順を厳守すること

適切な接着接合部の準備と硬化

物理的な損傷からの保護

低圧かつ重要度の低いサービスに限定される

l L1防火等級を満たしていません

ステンレス鋼配管の場合：

l PREN ≥ 40 が必要

l 6Mo超オーステナイト系ステンレス鋼（UNS S31254）または超二相ステンレス鋼（UNS S32750/32760）を使用してください。

厳格な溶接手順管理

重要な用途向けの溶接後溶液処理

熱入力とパス間温度の制御

Cu-Ni配管の場合：

信頼性は実証済みだが、コストが高い。

戦略的な金属に関する考察

熟練した溶接作業員が必要

l 費用は約10倍のGRP

チタン合金配管の場合：

優れた海水腐食耐性

コスト競争力が高まっている

ガルバニック腐食防止対策が必要

適切な溶接手順が不可欠

08 将来のトレンドと新たなソリューション

チタンのコスト削減

中国が鉱石から完成品までを網羅するチタン産業チェーンを確立したことで、チタンの価格はより安定し、競争力が高まっている。この傾向は今後も続くと予想され、海水配管用途におけるチタンの魅力はますます高まるだろう。

先進複合材料

耐火性、耐衝撃性、接合方法を向上させた改良型複合材料の研究が続けられている。これらの開発により、海洋環境における非金属材料の応用範囲が拡大する可能性がある。

品質管理の改善

非金属配管の接着接合部に対する検査および品質管理方法を強化することで、GRP接合部に対する非破壊検査の現状の限界を克服できる可能性がある。

デジタルツイン技術の応用

デジタルツイン技術は、海水配管システムの状況を監視し、腐食速度、肉厚減少、コーティング状態を追跡することで、メンテナンス計画を最適化し、予期せぬダウンタイムを削減するために応用できる。

09 参考文献

l GRPパイプ設置技術、科学技術風力、2018(07)

l GRPパイプ海水輸送試験結果、北京理工大学、2013年

l S31254 合金の組成と特性、上海非鉄金属ネットワーク、2025年

l 海洋工学におけるチタン合金の応用、Cnfeol、2025

l PRENの定義と応用、GKDグループ、2025年

l 海洋プラットフォーム向け非金属配管工法、オフショアエンジニアリング、2025年

l チタン合金パイプの特性、蕪湖産業イノベーションセンター、2025年

l 洋上プラットフォーム海水システム向け材料選定、Napstic、2024年

10 コンタクト ウォミック スチール

Womic Steelは、以下のような海洋海水システム向けの高品質配管材料を提供しています。

超オーステナイト系ステンレス鋼（UNS S31254 / 6Mo）配管および継手

スーパーデュプレックスステンレス鋼（UNS S32750 / S32760）配管

低温炭素鋼およびステンレス鋼配管

船舶用途向けフランジ、継手、バルブ

l GRP配管ソリューション（認定メーカーとの提携）

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Womic Steelは、耐腐食性合金、ステンレス鋼、および世界中の海洋・オフショア用途向け非金属配管ソリューションに関する専門知識を持つ、オフショア海水配管材料の信頼できるパートナーです。