18Crオーステナイト系ステンレス鋼の溶接：問題点と防止策

オーステナイト系ステンレス鋼は、クロムを多く含み、緻密な酸化皮膜を形成できるため、耐食性に優れている。

Cr18%とNi8%を含有すると、単一のオーステナイト組織が得られる。したがって、オーステナイト系ステンレス鋼は、良好な耐食性、塑性、高温性能および溶接性能を有する。

しかし、オーステナイト系ステンレス鋼溶接継手は、さまざまな作業条件下で、次のような施工不良を引き起こしやすい特殊な問題に直面することが多い。 粒界腐食応力腐食、ナイフ腐食、溶接ホットクラック、α相脆化など。

01.溶接継手の腐食解析

溶接継手の粒界腐食

粒界腐食は、オーステナイト系ステンレス鋼の最も重要な腐食問題の一つである。粒界腐食が一旦発生すると、深刻な場合には強度がほとんど失われ、ある応力が加わると粒界破壊が発生する。

オーステナイト系の粒界腐食の主な原因である。 ステンレス鋼溶接 接合部は炭化クロムの析出である。

オーステナイト系ステンレス鋼を500～800℃の温度範囲で鋭敏化すると、過飽和固溶体炭素の粒界への拡散速度はクロムよりも速くなる。

粒界付近では、(Cr,Fe)23c6炭化物がクロムと合成されて粒界に析出し、粒界付近のクロム欠乏現象を形成する。

この部分のクロム含有量が不動態化に必要な限界含有量 (w (CR) 12.5%)を下回ると、この部分の腐食が加速され、粒界腐食が形成される。

熱影響部の鋭敏化温度域における粒界腐食は、熱影響部の加熱ピーク温度600～1000℃の範囲で発生する。

粒界腐食の原因は、やはり炭化クロムの析出である。 オーステナイト 粒界である。

粒界腐食を低減・防止するための主な予防策には、以下のようなものがある：

小仕様化（小電流化、大電流化）などの工程対策を採用する。 溶接速度)およびマルチパス溶接；

母材中の炭素含有量の低減に努める。 溶接材料また、C含有量が0.03%未満の溶接材料を使用すること；

溶接をシングルから オーステナイト 相からオーステナイト＋フェライト二相へと変化する。フェライト中のCrの拡散速度は、オーステナイト中のそれよりも速い。

そのため、フェライトではクロムの粒界への拡散が速くなり、オーステナイト粒界におけるクロム欠乏現象が軽減される；

Ti、Nbなど、クロムよりも炭素との親和力が強い元素を鋼や溶接材料に添加すると、炭素と安定した化合物を形成することができ、オーステナイト粒界におけるクロム欠乏を回避することができる。

溶接継手の応力腐食

ステンレス鋼の応力腐食割れは、最も有害な腐食挙動である。

割れても変形はない。

事故はしばしば突然起こり、その結果は深刻だ。

使用条件下でのステンレス鋼の応力腐食割れには、鋼の成分、構造、状態、媒体の種類、温度、濃度、応力特性、サイズ、構造特性など、多くの要因が影響する。

応力腐食を軽減・防止するための対策には、主に以下のようなものがある：

強い組み立て、機械的衝撃、アーク放電を避け、冷間加工の変形と応力を低減する；

特に塩化物、フッ化物など）；

合理的な材料選択（母材と溶接材料）：結晶粒の粗大化と硬化を避ける。 マルテンサイト組織;

応力集中（アンダーカットなど）のない良好な溶接部；

溶接順序を合理的に配置し、応力を軽減する；

防錆処理：コーティング、ライニング、カソード保護時に防錆剤を添加する。

02.溶接継手の熱亀裂感度解析

オーステナイト系ステンレス鋼の熱間き裂は、主に結晶き裂であり、溶接金属と液体金属が凝固する際に発生する。

この時、融点の共晶には主にデンドライト間に初晶が存在する。主な原因は3つある：

S、P、CはNiと低融点共晶を形成し（例えばNIS＋Niの融点は644℃）、粒界強度を弱める；

オーステナイト系ステンレス鋼は、液相と固相間の距離が大きく、結晶化時間が長く、デンドライトの方向性が強く、不純物元素の偏析が容易である；

鋼は熱伝導率が小さく、線膨張係数が大きいため、応力が発生しやすい。

溶接のホット・クラックを防止するための主な対策は以下の通りである：

母材および溶接材料中の硫黄とリンの含有量を厳密に管理する；

溶接部では、約5%フェライトの二相組織が生成し、オーステナ イト柱状晶の方向が乱れる；

技術的対策：熱亀裂を防止するため、アルカリ電極を使用し、小仕様（低電流、高速溶接）を採用する。

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03.溶接継手のフェライト含有量の管理

オーステナイト鋼の溶接金属中のフェライト相の含有量は、α(σ)相脆化および熱強度の形成に関係するだけでなく、継手の耐ホットクラック性にも直接影響する。

ワークを高温で一定時間加熱すると、脆いσ相が析出する。

加熱時間が長ければ長いほど、高温滞留時間が長くなり、析出物が多くなり、接合部の機械的性質に深刻な影響を及ぼす。

耐熱亀裂性の観点からは、溶接金属中にある程度のフェライト相が必要であるが、α相脆化および熱強度の観点からは、フェライト相の含有量は少ないほどよい。

したがって 溶接継手 高温強度が要求される場合は、フェライト相の含有 量を厳密に管理しなければならない。場合によっては、オーステナイト系 溶接金属を使用しなければならない。