マルテンサイト鋼の溶接：知っておくべき技術

マルテンサイト鋼（MS）のミクロ組織は主にマルテンサイトである。高い引張強度を誇り、最大強度は1600MPaに達する。その塑性を高めるためには、鋼を焼戻しする必要があり、これにより高強度にもかかわらず十分な成形性を維持することができます。

現在 マルテンサイト鋼 は、市販されている高強度鋼板の中で最も高い強度レベルを持つ。

マルテンサイト鋼 は2つのタイプに分類される：

• 1Cr13、2Cr13、3Cr13を含む単純なCr13シリーズ鋼、 4Cr13などなど。
• 1Cr11MoVや1Cr12WMoVのような多元素合金強化マルテンサイト鋼は、Cr12をベースに、熱的強度を高めるためにW、Mo、V、Ti、Nbなどの元素を含んでいる。

マルテンサイト鋼は、その強い焼入れ傾向で知られており、高温の空冷によって達成することができる。 オーステナイト を形成する。しかし 炭素含有量 は、焼入れ後にマルテンサイトとフェライトからなる半マルテンサイト組織を形成する。

前者のマルテンサイト鋼は、主に大気中、海水中、硝酸中といった一般的な耐食性条件や、一定の強度を必要とする部品に使用される。後者は主に耐熱鋼に利用される。

マルテンサイト鋼の溶接性

マルテンサイト鋼は硬化する傾向が強い。空冷すると、高硬度の マルテンサイト を生み出すことができる。しかし、これは最悪の事態にもつながる。 溶接性 すべてのステンレス鋼と高合金耐熱鋼の中で。

溶接中によく遭遇するのは、以下のような問題である：

1.溶接コールドクラック

これはマルテンサイト鋼ではよく知られた問題である。

一方では、その高い焼入れ性によるものである。一方では、マルテンサイトの熱伝導率の低さにも起因しており、そのため、マルテンサイトの焼入れ性が著しく低下する可能性がある。 内部応力 溶接中

特に、炭素含有量の高いマルテンサイト鋼や剛性の高い溶接組織は、溶接部の欠陥が発生しやすい。 ひび割れ.

これに対処するためには、予熱や溶接後の熱処理といった措置がしばしば必要となる。

2.溶接継手の脆化

(1)継ぎ目付近の過熱脆化

マルテンサイト鋼は、その組成特性からマルテンサイトとフェライトの境界に位置することが多い。

冷却速度が速いと、マルテンサイトの大きな粒が接合部付近に形成され、塑性が低下する。

冷却速度が低いと、塊状のフェライトと炭化物の粗大組織が形成され、接合部の形状が著しく低下する。

したがって、溶接中の冷却速度を制御することが不可欠である。

(2) 焼き戻し脆化

マルテンサイト鋼とその加工 溶接継手 は、375～575℃の温度範囲で加熱・徐冷されると、破壊靭性を著しく低下させる焼戻し脆化の影響を受けやすい。

したがって、焼戻し脆化を防ぐためには、熱処理時にこの温度範囲を避けることが極めて重要である。

マルテンサイト鋼溶接プロセスのポイント

1.溶接方法

マルテンサイト鋼は、すべての融合を使用して溶接することができます。 溶接方法 シールド・メタル・アーク溶接、サブマージ・アーク溶接、アルゴン・タングステン・アーク溶接、アルゴン・メタル・アーク溶接などのガス溶接を除く。

しかし、冷間割れに対する感受性が高いため、溶接 部を十分に洗浄し、乾燥させることが重要である。 溶接棒 溶接前に、低水素、あるいは超低水素条件を確保する。

継手の拘束度が高い場合は、アルゴン・タングステン・アーク溶接またはアルゴン・タングステン・アーク溶接を使用することを推奨する。 メタルアーク 溶接

コールド・クラックのリスクを最小限に抑えるには、次のことが重要である。 溶接熱 を適切に入力し、溶接部近傍での過熱と脆 化を回避する。

2.溶接材料

の選択である。 溶接材料 は、鋼種、溶接方法、接合部の作業条件に基 づくべきである。

接合部の性能を確保するためには、母材に近い 化学組成の溶接材料を選ぶことが重要である。しかし、これでは溶接部や熱影響部が硬化し、脆 くなる可能性がある。

冷間割れを防止するため、溶接後に熱処理が必 要な場合が多い。熱処理が不可能な場合は、25-20および25-13 タイプのオーステナイト系鋼板を使用する。 スチール溶接 材料はオーステナイト系溶接部の形成に使用でき、溶接応力を緩和し、水素含有量の増加による低温亀裂の傾向を低減することができる。

オーステナイト系溶接部は、塑性と靭性には優れ ているが強度が低いため、静的な荷重条件下で、 低応力での接合にしか適さない。さらに、溶接 部と母材との熱物理的性質の差が大きいため、 高温で加工すると接合界面に応力が加わり、 接合部の早期破壊につながる可能性があり、高 温用途には適さない。

低水素電極は、一般的に溶接棒を使ったアーク 溶接に使用され、溶接前に400～450℃で2時 間乾燥させる必要がある。サブマージアーク溶接には、HJ172、HJ173、 HJ251などの低シリコン高アルカリ性または 弱酸性フラックスを使用すべきである。 TIG溶接 は、主に多層溶接の裏当て溶接と薄片溶接に使用される。

3.予熱とインターパス温度

予熱とパス間温度の維持は、溶接中の低温亀裂を防ぐための重要なステップである。

予熱温度は、鋼中の炭素含有量に基づいて決定し、継手の拘束度、フィラー 金属組成および溶接方法による。表1は、炭素含有量の分類に基づく推奨予熱 温度、入熱量などを示している。

関節の拘束力が高い場合は、その分、関節を大きくする必要がある。 予熱温度 とパス間温度を適宜設定する。インターパス温度は予熱温度より低くしてはならない。

オーステナイト系溶接用 スチール溶接 溶接材の厚さによっては、予熱または低温予熱が 不要な場合もある。

表1 マルテンサイトの推奨予熱温度と投入熱量 鉄鋼溶接

4.溶接後の熱処理

溶接後の熱処理も、溶接中の低温亀裂を防ぐための重要な対策である。

母材と類似した組成の溶接材料を使用する場合、溶接後 焼戻し熱処理 は通常必要である。一方、オーステナイト系鋼溶接材料で溶接する場合、溶接後の熱処理は通常必要ない。

の完全な変換を確保する。 オーステナイト 溶接後にマルテンサイトに変態させるためには、 溶接直後の焼戻し処理を避けることが重要である。を下回る温度ま で冷却しなければならない。 ポイント 溶接後すぐに焼戻しを行うと、高温焼戻し処理を行う前に、その温度で一定時間保持する必要がある。これは、溶接直後に焼戻しを行うと オーステナイト はパーライトに変化し、オーステナイト粒界に沿って炭化物が析出するため、接合部は非常に脆くなる。

しかし、低温割れを防止するためには、接合部が室温まで冷却した後に高温焼戻し処理を施してはならない。一般的には、接合部が100～150℃に冷却した時点で焼戻し処理を行う。