ステンレス鋼の4つの種類と合金元素の役割：
ステンレス鋼は、オーステナイト系、マルテンサイト系、フェライト系、二相ステンレス鋼の4つの主要な種類に分類できます（表1）。この分類は、室温におけるステンレス鋼の微細構造に基づいています。低炭素鋼を1550℃まで加熱すると、その微細構造は室温のフェライトからオーステナイトに変化します。冷却すると、微細構造はフェライトに戻ります。高温で存在するオーステナイトは非磁性であり、一般的に室温のフェライトに比べて強度は低いものの、延性に優れています。
鋼中のクロム（Cr）含有量が16%を超えると、室温での微細構造はフェライト相に固定され、あらゆる温度範囲でフェライト相が維持されます。このタイプの鋼はフェライト系ステンレス鋼と呼ばれます。クロム（Cr）含有量が17%以上、かつニッケル（Ni）含有量が7%以上の場合、オーステナイト相が安定し、低温から融点までオーステナイト相が維持されます。
オーステナイト系ステンレス鋼は一般的に「Cr-N」型と呼ばれ、マルテンサイト系およびフェライト系ステンレス鋼は「Cr」型と直接呼ばれます。ステンレス鋼および溶加材の元素は、オーステナイト形成元素とフェライト形成元素に分類できます。主なオーステナイト形成元素はNi、C、Mn、Nであり、主なフェライト形成元素はCr、Si、Mo、Nbです。これらの元素の含有量を調整することで、溶接継手中のフェライトの割合を制御できます。
オーステナイト系ステンレス鋼、特に窒素（N）含有量が5%未満のものは、窒素含有量の低いステンレス鋼に比べて溶接が容易で、溶接品質も優れています。オーステナイト系ステンレス鋼の溶接継手は強度と延性に優れており、溶接前および溶接後の熱処理が不要な場合が多くあります。ステンレス鋼溶接の分野では、オーステナイト系ステンレス鋼がステンレス鋼全体の80%を占めており、本稿ではオーステナイト系ステンレス鋼を主な対象としています。
正しい選択方法ステンレス鋼の溶接消耗品、電線、電極？
母材が同じ場合は、まず「母材を合わせる」というルールに従います。例えば、石炭を310または316ステンレス鋼に接続する場合は、対応する石炭材料を選択します。異種材料を溶接する場合は、合金元素含有量の高い母材を選択するというガイドラインに従います。例えば、304と316ステンレス鋼を溶接する場合は、316タイプの溶接消耗品を選択します。ただし、「母材を合わせる」という原則に従わない特殊なケースも多くあります。このような場合は、「溶接消耗品選択チャートを参照する」ことをお勧めします。例えば、304ステンレス鋼は最も一般的な母材ですが、304タイプの溶接棒はありません。
溶接材料を母材に適合させる必要がある場合、304ステンレス鋼ワイヤと電極を溶接するための溶接材料はどのように選択すればよいでしょうか？
304 ステンレス鋼を溶接する場合、308 ステンレス鋼に含まれる追加元素が溶接部をより安定させることができるため、308 タイプの溶接消耗品を使用してください。308L も許容される選択肢です。L は低炭素含有量を示し、3XXL ステンレス鋼は炭素含有量が 0.03% であるのに対し、標準の 3XX ステンレス鋼は炭素含有量が最大 0.08% です。L タイプの溶接消耗品は非 L タイプの溶接消耗品と同じ分類に属するため、メーカーは低炭素含有量により粒界腐食の傾向を低減できるため、L タイプの溶接消耗品を別途使用することを検討する必要があります。実際、著者はメーカーが製品をアップグレードしたい場合、L 型の黄色い材料がより広く使用されるようになると考えています。GMAW 溶接方法を使用するメーカーは、SI が濡れ性と漏れ部品を改善できるため、3XXSi タイプのステンレス鋼の使用も検討しています。石炭片のピークが高い場合や、角度付きスローシーム溶接または重ね溶接の溶接趾部での溶融池の接続が悪い場合、Sを含むガスシールド溶接ワイヤを使用すると、石炭層を湿らせて溶着速度を向上させることができます。
投稿日時：2023年9月26日