ステンレス鋼溶接棒がこれほど弾力性に富 むのはどゆえか、不思議に思ったことはないだろ うか。この記事では、ステンレス鋼溶接棒の魅惑的な世界を探検し、そのユニークな組成と特性が、高温や腐食性の環境に不可欠であることを明らかにします。特定の材料や条件にどの溶接棒を使用すればよいかを学び、毎回強力で耐久性のある溶接を実現します。
ステンレス鋼溶接棒は、10.5%以上のクロ ムおよび50%未満のニッケルを含む耐食 鋼または耐熱鋼の接合に不可欠である。適切な溶接棒の選択は重要であり、特定のステンレ ス鋼種と、温度および環境要因を含む使用条件に基 づくべきである。
高温で使用される耐熱ステンレス鋼では、耐 溶接亀裂性を確保し、溶接継手の高温性能を 維持することに主眼が置かれる。10Cr18Ni9TiやCr17Ni13のようなオーステナ イト系耐熱鋼の場合、クロム/ニッケル比が 1を超えるため、一般的にオーステナイト・フェ ライト系ステンレス鋼溶接棒が推奨される。Cr16Ni25Mo6やCr15Ni25W4Ti2のような安定化 オーステナイト系耐熱鋼で、クロム/ニッケル比 が1未満の場合は、溶接金属の組成を母材に合 わせ、モリブデン、タングステン、マンガンな どの元素を増やして耐割れ性を高めることが極め て重要である。
様々な腐食媒体に曝される耐食性ステンレス鋼を 溶接する場合、特定の環境および使用温度に合わせて 溶接棒を選択する必要がある。300℃を超える腐食性の強い環境では、チタン やニオブのような安定化元素を含む溶接棒 や、超低炭素ステンレス鋼棒が好まれる。希硫酸や塩酸を使用する環境では、モリブデ ン、またはモリブデンと銅の組み合わせを 含む棒が一般的に選択される。軽度の腐食性条件下で常温稼動する機器や、 防錆を第一に考える場合は、チタンやニオブを 含まないステンレス鋼溶接棒で十分な場合が多 い。
マルテンサイト系12Cr13やフェライト系10Cr17Ti などのクロム系ステンレス鋼を溶接する場合、溶接継手の延性を向上させるために、クロム・ニッケル系オーステナイト系 ステンレス鋼溶接棒が頻繁に使用される。この選択は、これらの鋼種の脆性 破壊の可能性を軽減するのに役立つ。
溶接工程、入熱、および溶接後の熱処理もまた、 最適な接合特性を達成する上で重要な役割を果た していることに注意することが重要である。具体的な用途につい ては、常に最新の溶接規格およびメーカーの推奨 事項を参照し、重要な部品については、望ましい 機械的性質および耐食性が達成されるよう、溶接手 順の適格性試験の実施を検討すること。
GB/T983-2012「ステンレス鋼溶接棒」の規定によると、ステンレス鋼溶接棒の型番は、蒸着金属の化学組成、コーティングの種類、溶接位置、および溶接電流の種類に基づいて分割されます。
型番のまとめ方は以下の通り:
a) 最初の部分は "E "で表される。 溶接棒.
b) 2番目の部分は、文字 "E "に続く数字で、蒸着金属の化学組成の分類を示す。文字 "L "は炭素含有量が少ないことを示し、文字 "H "は炭素含有量が多いことを示す。化学組成に他の特別な要件がある場合は、番号の後に元素記号を付けて表す。
c) 第3部はハイフン"-"の後の最初の桁で、表2に示すように溶接位置を示す。
表2 溶接位置コード
コード | 溶接位置 |
-1 | PA、PB、PD、PF |
-2 | PA、PB |
-4 | PA、PB、PD、PF、PG |
爆発物 溶接位置 はGB/T16672に示されており、PA=平坦溶接、PB=平角溶接、PD=仰角溶接、PF=上向き垂直溶接、PG=下向き垂直溶接である。
d) 4番目の部分は最後の桁で、表3に示すように、コーティングの種類と電流の種類を示す。
表3 コーティング・タイプ・コード
コード | コーティングタイプ | 現在のタイプ |
5 | アルカリ性 | DC |
6 | ルチル | ACおよびDC (a) |
7 | チタン酸タイプ | ACおよびDC (b) |
モデル例
本規格における完全電極モデルの例を以下に示す:
E 308-1 6
ここでは、一般的なオーステナイト系、マルテンサイト系、および フェライト系ステンレス鋼 溶接棒:
1.オーステナイト系ステンレス鋼溶接棒の選択 (表1参照)
オーステナイト系ステンレス鋼の溶接金属が、 母材と同じ耐食性およびその他の特性を維持する ためには の炭素含有量 オーステナイト系ステンレ ス鋼溶接棒は、母材より高くすべきではない。
表1 一般的に使用されるオーステナイト系ステンレス鋼溶接棒の選定
鋼種 | 溶接棒の選択 | |
グレード | モデル | |
022Cr19Ni10 06Cr18Ni9 | A002 A002 AA001G15 | E308L-16 E308L-17 E308L-15 |
06Cr19Ni9 | A101 A102 A102A A107 | E308-16 E308-17 E308-15 |
10Cr18Ni9 10Cr18Ni9Ti | A112 A132 A137 | — E347-16 |
06Cr18Ni10Ti 06Cr18Ni11Nb | A132 A137 | E347-16 E347-15 |
10Cr18Ni12Mo2Ti 06Cr18Ni12Mo2Ti | A202 A201 A207 | E316-16 E316-15 |
06Cr23Ni13 06Cr25Ni13 | A302 A301 A307 | E309-16 E309-15 |
10Cr25Ni18 06Cr25Ni20 | A402 A407 | E310-16 E310-15 |
2.マルテンサイト系ステンレス鋼溶接棒の選択 (表2参照)
マルテンサイト系ステンレス鋼の溶接に使 われる棒には2種類ある: クロムステンレス鋼 溶接棒およびクロム-ニッケル・オーステナイト系ステンレス鋼溶接棒。
表2 一般的なマルテンサイト系ステンレス鋼電極の選択
鋼種 | 溶接棒の選択 | |
グレード | モデル | |
12Cr13 20Cr13 | G202 G207 G217 | E410-16 E410-15 |
A102 A107 A302 A307 A402 A407 | E308-16 E308-15 E309-16 E309-15 E410-16 E410-15 E410-15 | |
14Cr17Ni2 | G302 G307 | E430-16 E430-15 |
A102 A107 A302 A307 A402 A407 | E308-16 E308-15 E309-16 E309-15 E410-16 E410-15 E410-15 |
3.フェライト系ステンレス鋼溶接棒の選択 (表3を参照)
フェライト系析出金属は靭性が低い。 溶接材料AlやTiのようなフェライト相形成元素を効果 的に溶接プールに移行させることの難しさも相まって、 フェライト系溶接棒は広く使用されていない。
表3 フェライト系ステンレス鋼溶接棒の選択
鋼種 | 溶接棒の選択 | |
グレード | モデル | |
022Cr12 06Cr13 | G202 G207 G217 | E410-16 E410-15 |
A302 A307 A402 A407 | E309-16 E309-15 E310-16 E310-15 | |
10Cr17 10Cr17Mo 022Cr17Mo 022Cr18Mo2 06Cr17Ti 10Cr17Ti | G302 G307 | E430-16 E430-15 |
A202 A207 A302 A307 A402 A407 | E316-16 E316-15 E309-16 E309-15 E309-15 E310-15 E310-16 E310-15 |
グレード | 標準型番 (GB) | アメリカン・スタンダード型番 (AWS) | コーティングタイプ | 溶接電流 | 主な用途 |
G202 | E410-16 | E410-16 | チタン・カルシウムタイプ | AC/DC | 0Cr13、1Cr13、および耐摩耗性、耐食性表面の溶接。 |
G207 | E410-15 | E410-15 | 低水素タイプ | DC | 0Cr13、1Cr13、および耐摩耗性、耐食性材料の表面肉盛溶接。 |
G217 | E410-15 | E410-15 | 低水素タイプ | DC | 0Cr13、1Cr13、および耐摩耗性と耐食性を備えた材料への表面肉盛溶接。 |
G302 | E430-16 | E430-16 | チタン・カルシウムタイプ | AC/DC | 溶接 Cr17ステンレス鋼. |
G307 | E430-15 | E430-15 | 低水素タイプ | DC | Cr17ステンレス鋼の溶接。 |
A002 | E 308L -16 | E 308L -16 | チタン・カルシウムタイプ | AC/DC | 超低炭素Cr19Ni11ステンレス鋼と0Cr19Ni10ステンレス鋼構造物の溶接、例えば合成繊維、肥料、石油、その他の設備。 |
A012Si | チタン・カルシウムタイプ | AC/DC | 濃硝酸に耐える超低炭素C2鋼(OOCr17Ni15Si4Nb)の溶接。 | ||
A022 | E 316L -16 | E 316L -16 | チタン・カルシウムタイプ | AC/DC | ユリアと合成繊維装置の溶接。 |
A002N | E 316L -16 | E 316L -16 | チタン・カルシウムタイプ | AC/DC | 主に316LNステンレス鋼構造物の溶接に使用。 |
A022Si | A | チタン・カルシウムタイプ | AC/DC | 製錬装置製造における3RE60ライニングプレートやパイプの溶接に使用。 | |
A022MO | E317L-16 | E317L-16 | チタン・カルシウムタイプ | AC/DC | 超低炭素00Cr18Ni12Mo3ステンレス鋼、溶接後熱処理ができないクロムステンレス鋼、複合鋼、異種鋼の溶接に使用。 |
A032 | E317MoCuL-16 | E317L-16 | チタン・カルシウムタイプ | AC/DC | 合成繊維やその他の用途に使用され、希薄から中濃度の硫酸環境で使用される、超低炭素ステンレス鋼製の構造物の溶接。 |
A042 | E309MoL-16 | E309MOL-16 | チタン・カルシウムタイプ | AC/DC | 尿素合成塔のライニング・プレートの溶接と肉盛溶接、および同種の超低炭素ステンレス鋼製構造物の溶接。 |
A052 | A | 1 | チタン・カルシウムタイプ | AC/DC | 硫酸、酢酸、リン酸環境で使用される反応器、分離器、その他の機器の溶接。 |
A052Cu | A | チタン・カルシウムタイプ | AC/DC | 硫酸、酢酸、リン酸の環境に耐性のあるリアクター、セパレーターなどの溶接に使用。 | |
A062 | E 309L -16 | E 309L -16 | チタン・カルシウムタイプ | AC/DC | 合成繊維や石油化学装置に使用される同種のステンレス鋼、複合鋼、異種鋼からなる構造物の溶接。 |
A072 | A | 1 | チタン・カルシウムタイプ | AC/DC | 核燃料装置などの00Cr25Ni20Nb鋼の溶接に使用される。 |
A082 | A | 1 | チタン・カルシウムタイプ | AC/DC | 00Cr17Ni15Si4Nb、00Cr14Ni17Si4など、濃硝酸腐食に強い耐食鋼の溶接・補修溶接に使用。 |
A102 | E308-16 | E308-16 | チタン・カルシウムタイプ | AC/DC | 耐食性0Cr19Ni9、0Cr19Ni11Tiステンレス鋼構造物の300℃以下の使用温度での溶接。 |
A102H | E308H-16 | E308H-16 | チタン・カルシウムタイプ | AC/DC | 使用温度が300℃以下の耐食性0Cr19Ni9ステンレス鋼構造物の溶接。 |
A107 | E308-15 | E308-15 | 低水素タイプ | DC | 使用温度が300℃以下の耐食性0Cr18Ni8ステンレス鋼構造物の溶接。 |
A132 | E347-16 | E347-16 | チタン・カルシウムタイプ | AC/DC | 臨界チタン安定化0Cr19Ni11Tiステンレス鋼の溶接。 |
A137 | E347-15 | E347-15 | 低水素タイプ | DC | 臨界チタン安定化0Cr19Ni11Tiステンレス鋼の溶接。 |
A157Mn | A | 低水素タイプ | DC | H617鋼などの高強度鋼や異種鋼の溶接に使用される。 | |
A146 | A | 1 | 低水素タイプ | DC | 重要な0Cr20Ni10Mn6ステンレス鋼構造の溶接。 |
A202 | E316-16 | E316-16 | チタン・カルシウムタイプ | AC/DC | 有機および無機酸媒体中で使用される0Cr17Ni12Mo2ステンレス鋼構造の溶接。 |
A207 | E316-15 | E316-15 | 低水素タイプ | DC | 有機および無機酸媒体中で使用される0Cr17Ni12Mo2ステンレス鋼構造の溶接。 |
A212 | E318-16 | E318-16 | チタン・カルシウムタイプ | AC/DC | 0Cr17Ni12Mo2ステンレス鋼の重要な設備の溶接、例えば尿素と合成繊維の設備。 |
A222 | E317MuCu-16 | 1 | チタン・カルシウムタイプ | AC/DC | 0Cr18Ni12Mo2Cu2のような、同じタイプで銅含有量のステンレス鋼構造物の溶接。 |
A232 | E318V-16 | 1 | チタン・カルシウムタイプ | AC/DC | 0Cr19Ni9、0Cr17Ni12Mo2などの一般的な耐熱・耐食ステンレス鋼構造物の溶接。 |
A237 | E318V-15 | 1 | 低水素タイプ | DC | 0Cr19Ni9や0Cr17Ni12Mo2など、一般的に使用される耐熱・耐食ステンレス鋼の溶接。 |
A242 | E317-16 | E317-16 | チタン・カルシウムタイプ | AC/DC | 同じ種類のステンレス鋼でできた構造物の溶接。 |
A302 | E309-16 | E309-16 | チタン・カルシウムタイプ | AC/DC | 同種のステンレス鋼、ステンレス鋼ライナー、異種鋼(Cr19Ni9と低炭素鋼など)、高クロム鋼、高マンガン鋼などの構造物の溶接。 |
A307 | E309-15 | E309-15 | 低水素タイプ | DC | 同種のステンレス鋼、異種鋼、高クロム鋼、高マンガン鋼などの構造物の溶接。 |
A312 | E309Mo-16 | E309Mo-16 | チタン・カルシウムタイプ | AC/DC | 媒体中の硫酸腐食に耐性のあるステンレス・スチール製容器の溶接や、ステンレス・スチール製ライナー、複合鋼板、異種鋼板の溶接に使用される。 |
A312SL | E309Mo-16 | E309Mo-16 | チタン・カルシウムタイプ | AC/DC | のアルミニウム合金表面部品の溶接に使用される。 Q235や20g、Cr5Moなどの鋼材、異種鋼材の溶接に使用される。 |
A316 | A | 1 | チタン・カルシウムタイプ | AC/DC | ステンレス鋼、複合鋼板、硫酸媒体中での耐食性に優れた異種鋼の溶接に使用。 |
A317 | E309Mo-15 | E309Mo-15 | 低水素タイプ | DC | ステンレス鋼、複合鋼板、硫酸媒体中での耐食性に優れた異種鋼の溶接に使用。 |
A402 | E310-16 | E310-16 | チタン・カルシウムタイプ | AC/DC | 高温条件下で使用される同種の耐熱ステンレス鋼の溶接に使用され、硬化性クロム鋼や異種鋼の溶接にも使用できる。 |
A407 | E310-15 | E310-15 | 低水素タイプ | DC | 同種の耐熱ステンレス鋼、ステンレス鋼ライナーの溶接に使用され、硬化性クロム鋼や異種鋼の溶接にも使用できる。 |
A412 | E310Mo-16 | E310Mo-16 | チタン・カルシウムタイプ | AC/DC | 耐熱ステンレス鋼、ステンレス鋼ライナー、高温下で使用される異種鋼の溶接に使用される。また、高硬度炭素鋼や低合金鋼の溶接にも優れた靭性を発揮する。 |
A422 | A | 1 | チタン・カルシウムタイプ | AC/DC | Cr25Ni20Si2オーステナイト系耐熱鋼ドラムの炉コイル溶接および補修溶接に使用。 圧延機. |
A432 | E310H-16 | E310H-16 | チタン・カルシウムタイプ | AC/DC | 特にHK40耐熱鋼の溶接に使用。 |
A462 | A | 1 | チタン・カルシウムタイプ | AC/DC | 高温条件下で使用される炉心管(HK-40、HP-40、RC-1、RS-1、IN-80など)の溶接に使用。 |
A502 | E16-25MoN-16 | 1 | チタン・カルシウムタイプ | AC/DC | 異種鋼、低合金鋼、中合金鋼の溶接に使用。 焼き入れと焼き戻し 状態、および高強度構造物の溶接に適している。また、30CrMnSiA鋼、ステンレス鋼、炭素鋼、クロム鋼、異種鋼の焼入れ・焼戻し溶接にも適している。 |
A507 | E16-25MoN-15 | 1 | 低水素タイプ | DC | 焼入れ・焼戻し状態の異種鋼、低合金鋼、中合金鋼、および高強度構造物の溶接に使用される。焼入れ・焼戻しされた30CrMnSiA鋼、ステンレス鋼、炭素鋼の溶接にも適している。 |
A512 | E 16-8-2 -16 | 1 | チタン・カルシウムタイプ | AC/DC | 主に高温・高圧ステンレス鋼パイプラインの溶接に使用される。 |
A517 | A | 低水素タイプ | DC | 同等の耐硫酸腐食性を持つ鋼の溶接棒に使用される。 | |
A607 | E330MoMnWNb-15 | 1 | 低水素タイプ | DC | の溶接に使用される。 ステンレス素材 850℃~900℃の高温条件下で使用される同タイプの材料、および水素転換炉のコレクター・パイプやエキスパンション・パイプの溶接用(Cr20Ni32やCr20Ni37材料など)。 |
A707 | A | 1 | 低水素タイプ | DC | 酢酸、ビニル、尿素などの用途に使用される装置の溶接に使用される。 |
A717 | A | 1 | 低水素タイプ | DC | 2Cr15Mn15Ni2Nの低磁性溶接に適している。 ステンレス鋼部品 電気物理装置や、1Cr18Ni11Tiのような異種鋼の溶接に使用される。 |
A802 | A | 1 | チタン・カルシウムタイプ | AC/DC | 硫酸濃度50%、特定使用温度、大気圧の合成ゴム製造に使用されるパイプラインの溶接、およびCr18Ni18Mo2Cu2Tiの溶接。 |
A902 | E320-16 | E320-16 | チタン・カルシウムタイプ | AC/DC | 硫酸、硝酸、リン酸、酸化性酸などの腐食性媒体中におけるカーペンター20Cbニッケル合金の溶接に使用。 |
グレード | AWS | 蒸着金属の化学組成(%) | 析出金属の機械的性質 | 用途 | |||||||||||||
C | ムン | Si | S | P | Cr | ニー | モ | 銅 | その他 | R m (MPa) | A (%) | ||||||
E5MoV-15 | - | ≤0.12 0.074 | 0.5-0.9 0.68 | ≤0.50 0.42 | ≤0.030 0.010 | ≤0.030 0.019 | 4.5-6.0 5.3 | - | 0.40-0.70 0.55 | ≤0.5 0.052 | V : 0.10-0.35 0.25 | ≥540 625 (750℃×4h) | ≥14 20 (750℃×4h) | Cr5MoVなどのパーライト系耐熱鋼の溶接に使用される。 | |||
E410-15 | E410-15 | ≤0.12 0.048 | ≤1.0 0.81 | ≤0.90 0.44 | ≤0.030 0.007 | ≤0.030 0.023 | 11.0-13.5 13.16 | ≤0.70 0.51 | ≤0.75 0.12 | ≤0.75 0.15 | - | ≥450 545 (750℃×1h) | ≥20 23 (750℃×1h) | 0Cr13、1Cr13鋼、耐摩耗性耐食性鋼の肉盛溶接に使用。 | |||
E410NiMo-15 | E410NiMo-15 | ≤0.06 0.030 | ≤1.0 0.71 | ≤0.90 0.26 | ≤0.030 0.006 | ≤0.030 0.016 | 11.0-12.5 12.15 | 4.0-5.0 4.39 | 0.40-0.70 0.45 | ≤0.75 0.17 | - | ≥760 890 (610℃×1h) | ≥15 17 (610℃×1h) | 0Cr13ステンレス鋼の溶接に使用。 | |||
E308-16 | E308-16 | ≤0.08 0.052 | 0.5-2.5 1.33 | ≤0.90 0.71 | ≤0.030 0.007 | ≤0.030 0.021 | 18.0-21.0 19.82 | 9.0-11.0 9.45 | ≤0.75 0.13 | ≤0.75 0.20 | - | ≥550 630 | ≥35 40 | 使用温度が300℃以下の0Cr19Ni9ステンレス鋼構造物の溶接に使用される。 | |||
E308-15 | E308-15 | ≤0.08 0.057 | 0.5-2.5 1.35 | ≤0.90 0.41 | ≤0.030 0.007 | ≤0.030 0.021 | 18.0-21.0 19.78 | 9.0-11.0 9.75 | ≤0.75 0.15 | ≤0.75 0.20 | - | ≥550 630 | ≥35 40 | 使用温度が300℃以下の0Cr19Ni9ステンレス鋼構造物の溶接に使用される。 | |||
E308H-16 | E308H-16 | 0.04-0.08 0.058 | 0.5-2.5 1.14 | ≤0.90 0.62 | ≤0.030 0.007 | ≤0.030 0.020 | 18.0-21.0 19.70 | 9.0-11.0 9.68 | ≤0.75 0.20 | ≤0.75 0.10 | - | ≥550 645 | ≥35 42 | 使用温度が300℃以下の0Cr19Ni9ステンレス鋼構造物の溶接に使用される。 | |||
E308L-16 | E308L-16 | ≤0.04 0.028 | 0.5-2.5 1.15 | ≤0.90 0.70 | ≤0.030 0.010 | ≤0.030 0.019 | 18.0-21.0 19.25 | 9.0-11.0 9.49 | ≤0.75 0.10 | ≤0.75 0.13 | - | ≥520 590 | ≥35 44 | 超低炭素00Cr19Ni10または0Cr18Ni10Tiステンレス鋼の溶接に使用。 | |||
E308L-16W | E308L-16 | ≤0.04 0.029 | 0.5-2.5 2.14 | ≤0.90 0.53 | ≤0.030 0.010 | ≤0.030 0.019 | 18.0-21.0 19.25 | 9.0-11.0 10.2 | ≤0.75 0.10 | ≤0.75 0.13 | - | ≥520 590 | ≥35 44 -196℃ KV 41(J) | 196℃で良好な靭性を示す超低炭素00Cr19Ni10または0Cr18Ni10Tiステンレス鋼の溶接に使用される。LNG貯蔵タンクやパイプラインの溶接に適しています。 |
オーステナイト系ステンレス鋼の溶接特性と電極選択
オーステナイト系ステンレス鋼は、その卓越した 溶接性と幅広い産業用途で有名である。一般的に、オーステナイト系ステンレ ス鋼は特殊な溶接工程を必要としないが、 最適な結果を得るには、その特性を理解す ることが極めて重要である。本論文は、オーステナイト系ステンレス鋼の 溶接欠陥の可能性を包括的に分析したものであ る。これには、熱間割れ、粒界腐食、応力腐食 割れ、および様々な形態の溶接継手脆化 (低温、シグマ相、融合線脆性破壊)が含まれる。さらに、これらの各問題に対する実践的な防止策も提示している。
理論的原理と実践的洞察の統合を通じて、 この研究は、オーステナイト系ステンレス鋼 溶接用電極選択の複雑さを掘り下げてい る。材料組成、使用条 件、特定の用途要件が、溶接消耗品の選択にどのよ うに影響するかを探求している。本論文は、優れた溶接品質の達成は、 適切なプロセス・パラメーターと賢明な 電極選択の相乗効果にかかっていることを 強調している。
ステンレス鋼は、航空宇宙、石油化学、高 度化学処理、原子力発電などの高性能産業で 不可欠な材料となっている。ステンレス鋼の分類は、通常、化学組成 (クロム対クロムニッケル)または微細構造 (フェライト系、マルテンサイト系、オーステナイト系、オーステナイト・フェライト二相 鋼)に基づいている。このうち、オーステナイト系ステンレ ス鋼は、その典型的なクロムとニッケル含有量 から18-8ステンレス鋼と呼ばれることが多 く、優れた耐食性で際立っている。
オーステナイト系ステンレ ス鋼は、他の鋼種に比べて降伏強度が低いが、 優れた延性、卓越した靭性、優れた溶接性でそれを補っ ている。これらの特性により、オーステナイト系ステン レス鋼は、化学処理装置、圧力容器、および材 料の完全性が最優先される様々な産業用途の重要 部材として選ばれている。
オーステナイト系ステンレス鋼の溶接には、 多くの利点があるが、慎重な検討が必要であ る。不適切な溶接技術や不適切な溶加材の選択は、 材質の性能を損なう様々な欠陥につながる可能 性がある。鋭敏化、フェライト相含有量の不均衡、 金属間化合物の形成などがあり、これらはすべて 溶接構造の耐食性、機械的特性、寿命に悪影 響を与える。
十分な情報に基づいた工程設計と材 料選択を通じてこれらの課題に対処すること で、エンジニアと溶接専門家はオーステナイト系 ステンレス鋼の能力をフルに活用し、要求の厳 しい産業環境において堅牢で信頼性の高い 性能を確保することができる。
熱間割れは、オーステナイト系ステンレス鋼の 溶接時に発生しやすい欠陥で、縦割れや横割れを 含む、 アークストライク クラック、1本目のルート・クラック、多層 溶接の層間クラック。これは、特に高ニッケル・オーステナイト系ステ ンレス鋼に当てはまる。
(1) オーステナイト系ステンレス鋼は、液相-固相間 隔が大きいため、結晶化時間が長く、単相の結晶方 向が強い。 オーステナイト不純物の深刻な偏析につながる。
(2) 熱伝導率が小さく、線膨張係数が大きいため、溶接内部応力(典型的には溶接部および熱影響部の引張応力)が大きくなる。
(3) オーステナイト系ステンレス鋼のC、S、 P、Niなどの元素は、溶接プール中で低融点 の共晶を形成することがある。例えば、SとNiによって形成されるNi3S2 の融点は645℃であるが、Ni-Ni3S2共晶の融点は625℃に過ぎない。
(1) 二相組織溶接を使用する。溶接金属をオーステナイト・フェライト二相組織 にするよう努める。フェライト相の含有量を3-5%未満に抑 えると、オーステナイト相とフェライト相の方向 性を乱す可能性がある。 オーステナイト 柱状結晶を生成し、結晶粒を微細化する。また、フェライトはオーステナイトよりも多くの不純物を溶解することができるため、オーステナイト粒界における低融点共晶の偏析を抑制することができる。
(2) 溶接工程 対策。高品質のアルカリ・コート電極をできるだけ選択し、線エネルギーが小さく、電流が小さく、振動のない素早い溶接を行う。仕上げの際は、クレーターを埋めるようにし、アルゴンを使用する。 アーク溶接 は、溶接応力とクレーター割れを最小限に抑えるため、初回に使用した。
(3) 化学組成の管理。低融点共晶を低減するため、溶接部中の S、P などの不純物の含有量を厳しく制限する。
粒界腐食は粒と粒の間で発生し、粒と粒の結合強度の低下を引き起こし、強度はほぼ完全に消失する。応力を受けると、粒界に沿って破壊する。
クロム欠乏理論によれば、溶接部および熱影響部が450~850℃の鋭敏化温度(危険温度域)まで加熱されると、Crの原子半径が大きく拡散速度が遅いため、過飽和状態にある炭素がオーステナイトの粒界に拡散する。粒界でクロム化合物とCr23C6を形成し、クロム欠乏粒界となり、耐食性が不足する。
(1) カーボン含有量のコントロール
A002などの低炭素または超低炭素(W(C) ≤ 0.03%)ステンレス鋼溶接材を使用する。
(2) 安定剤を加える
CrよりもCとの親和力が強いTi、Nbの ような元素を鋼や溶接材料に添加すると、 Cと結合して安定した炭化物を形成するこ とができ、オーステナイト粒界におけるクロムの 枯渇を防ぐことができる。1Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni12MO2Ti鋼、E347-15電極、H0Cr19Ni9Ti溶接ワイヤなど、一般的なステンレス鋼および溶接材料にはTi、Nbが含まれる。
(3) 二重構造の使用
溶接ワイヤまたは電極から一定量のCr、Si、Al、Mo などのフェライト生成元素を溶接部に導入することで、溶接部にオーステナイト+フェライトの二相組織が形成される。Crは、オーステナイトよりもフェライトの 方が速く拡散するため、Crはフェライトの粒 界に向かってより速く拡散し、オーステナイト粒界 のクロム欠乏を減少させる。溶接金属中のフェライト相含有量は、一般に 5%から10%に制御される。フェライト相が多過ぎると、溶接部は脆くなる。
(4) 急速冷却
オーステナイト系ステンレス鋼は硬化を起こさないため、冷却速 度は、冷却速度に比例する。 溶接継手 例えば、ワークピースの下に銅パッドを敷いたり、直接水で冷やしたりすることで、溶接プロセス中に温度を上げることができる。
溶接では、小電流、高溶接速度、短いアーク、多 パス溶接を使用することで、危険温度領域での 溶接継手の滞留時間を短縮し、クロム欠乏ゾーンの 形成を避けることができる。
(5) 溶液処理または均質化熱処理の実施
溶接後、溶接継手を1050~1100℃に加熱して炭化物をオーステナイト相に溶解し、その後急冷して安定したオーステナイト単相組織を形成する。
または、均質化熱処理を行い、850~900℃に2時間保持する。この時、オーステナイト粒内のCrが粒界に拡散し、粒界のCr含有量が再び12%以上となり、粒界腐食が防止される。
応力腐食割れは、応力と腐食媒体の複合作用下で 金属に発生する破壊的腐食の一形態である。ステンレス鋼の機器や部品における応力腐食破壊の例や実験的研究によると、特定の温度で特定の静的引張応力と特定の電気化学的媒体の共同作用の下で、既存のステンレス鋼は応力腐食を示す可能性があると仮定することができる。
応力腐食の主な特徴の1つは、腐食媒体と材 料の組み合わせが選択性を示すことである。オーステナイト系ステンレ ス鋼に応力腐食を起こす可能性のある媒体は、 主に塩酸および塩化物を含む媒体、硫酸、硝 酸、水酸化物 (アルカリ)、海水、蒸気、H2S水溶液、濃 NaHCO3+NH3+NaCl水溶液などである。
応力腐食割れは、溶接継手が特定の腐食環境で引張応力を受けた場合に発生する遅れ割れ現象である。オーステナイト系ステンレ ス鋼の溶接継手における応力腐食割れは、塑性変 形を伴わない脆性破壊として現れる深刻な破壊モー ドである。
(1) 合理的な加工と組み立ての手順
冷間変形をできるだけ少なくし、無理な組み立てを避け、SCCクラックの原因となり孔食の原因となる組み立て時のさまざまな損傷(組み立て焼けやアーク焼けなど)を防ぐ。
(2) 溶接材料の合理的な選択
溶接継ぎ目と母材との適合性を確保し、結晶粒の粗大 化、硬くて脆いなどの悪影響を防ぐ。 マルテンサイト.
(3) 適切な溶接技術
を確認する。 溶接継ぎ目 はよく成形され、アンダーカットのような応力集中や 孔食の欠陥は生じない。合理的な溶接順序を採用し、溶接残留応力のレベルを下げる。例えば、クロス・ジョイントを避け、Y型開先をX型開先に変更し、開先角度を適切に小さくし、短い溶接経路を使用し、低い線エネルギーを利用する。
(4) ストレス解消トリートメント
溶接後の熱処理を実施する。 アニール または応力除去焼鈍を行う。溶接後のハンマリングまたはショット ピーニング 熱処理が困難な場合
(5) 生産管理対策
液体アンモニア中のO2、N2、H2O、液化石油ガス中のH2S、塩化物溶液中のO2、Fe3+、Cr6+など、媒体中の不純物を管理する。コーティング、ライニング、カソード保護、腐食防止剤の添加などの防食対策を実施する。
オーステナイト系ステンレス鋼溶接部が一定期間高温で加熱されると、脆化として知られる衝撃靭性の低下が起こる。
(1) 原因
フェライト相を多く含む(15%~20% 以上)二相鋼溶接継手の組織は、350~500℃ で加熱すると、塑性と靭性が著しく低下する。脆化速度は475℃で最も速いため、 これを475℃脆化と呼ぶ。
オーステナイト系ステンレス鋼溶接継手の場合、耐食性 や耐酸化性が最も重要な性能とは限らない。低温で使用する場合、溶接金属の塑性と靭 性が重要な特性になる。
低温靭性の要件を満たすため、溶接組織には通常、δ フェライトの存在を避ける単一のオーステナイト組織が 望まれる。δフェライトの存在は、常に低温靭性を 悪化させ、その含有量が多いほど脆化が激し くなる。
(2) 予防措置
溶接金属の耐割れ性、耐食性を確保しつつ、フェライト相を 5%程度に抑制する。
475℃の脆化を受けた溶接部は、900℃の焼入れで除去できる。
(1) 原因
オーステナイト系ステンレス鋼溶接継手を 375~875℃の温度範囲で長時間使用すると、 σ相と呼ばれるFeCr金属間化合物が生成する。σ相は硬く脆い (HRC>68)。
σ相が析出すると、溶接部の衝撃靭性が急激に 低下し、σ相脆化として知られる現象が起こる。σ相は一般に二相組織溶接部にのみ出現する。使用 温度が800~850℃を超えると、σ相はオーステナ イト単相溶接部にも析出する。
(2) 予防措置
超合金溶接材料、すなわち高ニッケル溶接材料を使 用し、Cr、Mo、Ti、Nbおよびその他の元素の含有量 を厳密に管理する。
高温での溶接金属の滞留時間を短縮するために、小 さな仕様にする。
既に析出しているσ相については、条件の許す限り溶体化処理を行い、σ相をオーステナイトに溶解する。
溶接継手を1000~1050℃に加熱し、急冷する。σ相は一般に1Cr18Ni9Ti鋼では発生しない。
(1) 原因
オーステナイト系ステンレス鋼を高温で長時間使 用すると、融合線に沿って脆性破壊が生じることがあ る。
(2) 予防措置
鋼にMoを添加することで、鋼の高温脆性破壊に対する耐性を向上させることができる。
以上の分析から、溶接工程の対策や溶接材料を正しく選択することで、上記のような事態の発生を防ぐことができることがわかる。 溶接欠陥.オーステナイト系ステンレス鋼は溶接性に優れ、ほとんどすべての鋼種で溶接が可能です。 溶接方法 は、オーステナイト系ステンレス鋼の溶接に使用できる。
様々な溶接方法の中でも、シールド溶接は メタルアーク 溶接(SMAW)は、様々な位置や異なる板厚 に適応できるため、広く使用されている。次に、目的別にオーステナイト系ステンレス鋼溶接棒の選択原理と方法を分析しよう。
ステンレス鋼は主に耐食鋼として使用されるが、耐熱鋼や低温用鋼としても使用される。
したがって、ステンレ ス鋼を溶接する場合、溶接棒の性能はステンレ ス鋼の使用目的に合っていなければならない。ステンレス鋼溶接棒の選択は、母材と、使用 温度および接触媒体を含む作業条件に基づいて行 わなければならない。
各種テーブル ステンレス鋼種 および対応する溶接棒の種類と番号。
鋼種 | 溶接棒モデル | 溶接棒グレード | 溶接棒の公称組成 | 注 |
0Cr18Ni11 | E308L-16 | A002 | 00Cr19Ni10 | |
0Cr19Ni11 | ||||
00Cr17Ni14Mo2 | 優れた耐熱性、耐食性、耐クラック性 | |||
00Cr18Ni5Mo3Si2 | E316L-16 | A022 | 00Cr18Ni12Mo2 | |
00Cr17Ni13Mo3 | ||||
00Cr18Ni14Mo2Cu2 | E316Cu1-16 | A032 | 00Cr19Ni13Mo2Cu | |
00Cr22Ni5Mo3N | E309Mo1-16 | A042 | 00Cr23Ni13Mo2 | |
ギ酸、酢酸、塩化物イオンに対する溶接部の耐食性 | ||||
00Cr18Ni24Mo5Cu | E385-16 | A052 | 00Cr18Ni24Mo5 | |
0Cr19Ni9 | E308-16 | A102 | 0Cr19Ni10 | チタン・カルシウム・コーティング |
1Cr18Ni9Ti | ||||
1Cr19Ni9 | E308-15 | A107 | 0Cr19Ni10 | 低水素系コーティング |
0Cr18Ni9 | ||||
0Cr18Ni9 | — | A122 | — | |
優れた耐粒界腐食性を有する | ||||
0Cr18Ni11Ti | E347-16 | A132 | 0Cr19Ni10Nb | |
0Cr18Ni11Nb | E347-15 | A137 | 0Cr19Ni10Nb | |
1Cr18Ni9Ti | ||||
0Cr17Ni12Mo2 | E316-16 | A202 | 0Cr18Ni12Mo2 | |
00Cr17Ni13Mo2Ti | ||||
1Cr18Ni12Mo2Ti | A202に比べ粒界腐食に強い。 | |||
00Cr17Ni13Mo2Ti | E316Nb-16 | A212 | 0Cr18Ni12Mo2Nb | |
0Cr18Ni12Mo2Cu2 | E316Cu-16 | A222 | 0Cr19Ni13Mo2Cu2 | 銅が含まれているため、硫酸媒体中で優れた耐酸性を示す。 |
0Cr19Ni13Mo3 | モリブデン含有量が高く、非酸化性酸や有機酸に対する耐性に優れている。 | |||
00Cr17Ni13Mo3Ti | E317-16 | A242 | 0Cr19Ni13Mo3 | |
1Cr23Ni13 | E309-16 | A302 | 1Cr23Ni13 | 異種鋼、高クロム鋼、高マンガン鋼など。 |
00Cr18Ni5Mo3Si2 | ||||
00Cr18Ni5Mo3Si2 | E309Mo-16 | A312 | 1Cr23Ni13Mo2 | |
高硬度クロム鋼や異種鋼の溶接に使用される。 | ||||
1Cr25Ni20 | E310-16 | A402 | 2Cr26Ni21 | |
1Cr18Ni9Ti | E310-15 | A407 | 低水素系コーティング | |
Cr16Ni25Mo6 | E16-25MoN-16 | A502 | ||
Cr16Ni25Mo6 | E16-25MoN-15 | A507 |
(I) キーポイント1
一般に、溶接棒の選択は母材の材質を参照し、 母材と同じか類似の組成を持つ溶接棒を選ぶ ことができる。例えば、A102は 0Cr18Ni9、A137は1Cr18Ni9Tiに相当する。
(II) キーポイント2
炭素含有量はステンレ ス鋼の耐食性に大きく影響するため、一般的に は、母材よりも炭素含有量が少ないステンレス鋼 溶接棒を選ぶことを推奨する。例えば、316LにはA022 溶接棒を選ぶ必要がある。
(III) キーポイント3
オーステナイト系ステンレス鋼の溶接金属は、 機械的特性を確保する必要がある。これは、溶接工程の評価で確認できる。
(IV) キーポイント4(オーステナイト系耐熱鋼)
高温で使用される耐熱ステンレス鋼(オーステ ナイト系耐熱鋼)の場合、選択される溶接棒は、 主に溶接金属の耐ヒートクラック性と溶接継手の高 温性能を満たす必要がある。
(V) キーポイント5(耐食ステンレス鋼)
様々な腐食性媒体中で使用される耐食性ステンレス鋼の場合、媒体や使用温度に応じて溶接棒を選択し、耐食性を確保する必要がある(溶接棒の腐食性能試験を実施)。 溶接継手).
(VI) キーポイント6
低温条件下で使用されるオーステナイト系ステンレ ス鋼では、溶接継手の使用温度における低温衝撃 靭性を確保する必要があるため、A402やA407 のような純オーステナイト系溶接棒が使用される。
(VII) キーポイント7
ニッケルベース 合金溶接 例えば、Mo6タイプの超オーステナ イト系ステンレス鋼の溶接には、9% Moのニッケル系溶接材料を使用する。
(VIII) キーポイント8:溶接棒フラックスの種類の選択
オーステナイト系ステンレス鋼の溶接には独特の特徴があり、オーステナイト系ステンレス鋼用の溶接棒の選択は特に重要である。長期にわたる実践的な経験を通じて、上 記の対策を用いることで、材料ごとに異なる 溶接方法、材料ごとに異なる溶接棒を実現で きることが証明されている。
ステンレス鋼溶接棒の選択は、母材と、使用温度や接触媒体を含む作業条件に基づいて行わなければならない。このことは、私たちにとって非常に重要な指針となっています。 溶接品質.