オーステナイト系ステンレス鋼の溶接のヒント

オーステナイト系ステンレス鋼は、最も広く使用されているタイプのステンレス鋼であり、主にCr18-Ni8、Cr25-Ni20、Cr25-Ni35タイプです。 オーステナイト系ステンレス鋼の溶接には明らかな特徴があります。

  • 溶接ホットクラック。

オーステナイト系ステンレス鋼は、熱伝導率が小さく、線膨張係数が大きいため、高温で保持時間が長い溶接継手部品を使用すると、かさばる柱状結晶粒構造を形成しやすくなります。 凝固の過程で、硫黄、リン、スズ、アンチモン、ニオブ、その他の不純物元素の含有量が多いと、粒子間に低融点の共晶が形成されます。 溶接継手に高い引張応力がかかると、溶接シームに凝固割れが発生しやすく、溶接熱影響部に液状化割れが発生しやすくなります。 ホットクラックを防ぐ最も効果的な方法は、鋼や溶接材料で低融点共晶を生成しやすい不純物元素を減らし、Cr-Niオーステナイト系ステンレス鋼に4%〜12%のフェライト構造を含めることです。

  • 粒界腐食。

クロム枯渇の理論によれば、粒界腐食の主な理由は、粒界表面に炭化クロムが析出し、粒界でクロムが枯渇することです。 したがって、超低炭素グレードまたはニオブやチタンなどの安定化元素を含む溶接材料を選択することが、粒界腐食を防ぐための主な対策です。

  • 応力腐食割れ。

応力腐食割れ(SCC)は通常、脆性破壊として現れ、破壊の処理時間は短く、損傷は深刻です。 オーステナイト系ステンレス鋼の応力腐食割れの主な原因は、溶接残留応力です。 溶接継手の微細構造の変化や局所腐食性媒体の応力集中も理由です。

  • 溶接継手のσ相脆化

σ相は、主に柱状粒子の粒界に集中する一種の脆い金属間化合物です。 Cr-Niオーステナイト系ステンレス鋼、特にNi-Cr-Moステンレス鋼の場合、δ-σ相転移が起こりやすく、溶接継手のδフェライト含有量が12%を超えると変化がより顕著になり、溶接金属の明らかな脆化、それがホットウォール水素化反応器の壁表面層のデルタフェライト量が3%〜10%に制御される理由です。

304ステンレス鋼の溶接に適した溶接材料は何ですか?

308ステンレス鋼の追加要素により溶接ゾーンをより安定させることができるため、304ステンレス鋼を溶接する場合はタイプ308溶接材料をお勧めします。 308Lワイヤー 許容できるオプションでもあります。

低炭素ステンレス鋼の炭素含有量は0.03%未満ですが、標準のステンレス鋼には最大0.08%の炭素含有量を含めることができます。 炭素含有量が少ないため粒界腐食の傾向が減少するため、製造業者はL炭素溶接材料の使用に特別な配慮を払う必要があります。 GMAW溶接のメーカーも、次のような3XXSi溶接を使用しています。 308LSi or 316LSi Siは溶接部の濡れを改善するからです。 溶接部のこぶが大きい場合、またはフィレットまたは重ね溶接のつま先でプールの接続が不十分な場合は、Siを含むシールド線を使用すると、溶接部が湿り、溶着率が高くなる可能性があります。 炭化物の析出を考慮すると、Nbの量が少ないタイプ347の溶接材料を選択できます。

ステンレス鋼と炭素鋼を溶接する方法は?

一部の構造部品は、コストを削減するために耐食層で炭素鋼の表面に溶接されています。 炭素鋼を合金母材に溶接する場合、より高い合金含有量の溶接材料を使用すると、溶接部の希釈率のバランスをとることができます。 たとえば、炭素鋼と304または316ステンレス鋼、およびその他の異種ステンレス鋼を溶接する場合は、309Lワイヤまたは電極が適切な選択です。

より高いCr含有量を取得したい場合は、 312溶接 材料。 オーステナイト系ステンレス鋼の熱膨張率は炭素鋼の熱膨張率より50%高いことを指摘しておく必要があります。 溶接の際、熱膨張率の違いにより内部応力が発生し、亀裂が発生します。 この場合、適切な溶接材料を選択するか、適切な溶接プロセスを指定する必要があります(図1)。 炭素鋼とステンレス鋼を溶接する場合、異なる熱膨張率によって引き起こされる反り変形には、より多くの補償が必要であることを示しています。

適切な溶接前の準備は何ですか?

溶接する前に、塩素を含まない溶剤を使用してグリース、マーク、ほこりを取り除き、炭素鋼からのステンレス鋼母材の耐食性を回避します。 一部の企業は、相互汚染を避けるためにステンレス鋼と炭素鋼を別々に保管しています。 ステンレス鋼の特殊な砥石とブラシを使用して斜角の周囲を洗浄する場合、接合部の二次洗浄を実行する必要がある場合があります。 ステンレス鋼溶接の電極補償操作は炭素鋼よりも難しいため、接合部の洗浄が重要です。

正しい溶接後の処理は何ですか?

まず、ステンレス鋼が錆びない理由は、CrとOが材料の表面で反応して緻密な酸化物層の層を生成し、保護的な役割を果たすためであることを思い出してください。 ステンレス鋼の錆は、溶接プロセス中の炭化物の沈殿と加熱によって引き起こされ、溶接面に酸化鉄が形成されます。 溶接状態の完成した溶接部は、24時間以内に溶接熱影響部の境界の錆びた領域にアンダーカットを生成する場合もあります。 したがって、新しい酸化クロムを再生するには、ステンレス鋼を溶接後に研磨、酸洗い、研磨、または洗浄する必要があります。

オーステナイト系ステンレス鋼の炭化物析出を制御する方法は?

0.02-800℉で炭素含有量が1600%を超えると、Cはオーステナイト粒界に拡散し、粒界でCrと反応して炭化クロムを形成します。 元素Cで大量のCrを硬化させると、ステンレス鋼の耐食性が低下し、腐食環境にさらされると粒界腐食が発生します。 実験結果は、粒界腐食が腐食性媒体を備えた水タンクの溶接の熱影響部で発生することを示しています。 低炭素または特殊合金の溶接材料を使用すると、炭化物の析出傾向を減らし、耐食性を高めることができます。 NbとTiを添加してCを固化することもできます。Crと比較して、元素NbとTiはCとの親和性が高くなります。 grade347 溶接材料はこの目的のために設計されています。

ステンレス鋼線が磁性を帯びているのはなぜですか?

完全なオーステナイト構造のステンレス鋼は非磁性です。 ただし、溶接温度が高くなると、微細構造内の結晶粒が大きくなり、溶接後に亀裂が発生しやすくなります。 熱亀裂の感度を下げるために、溶接材料メーカーは溶接材料にフェライト形成要素を追加します(図2)。 フェライト相はオーステナイト結晶粒径を小さくし、耐クラック性を高めます。 次の図は、309L溶接材料のオーステナイトマトリックスに分布するフェライト相(灰色の部分)を示しています。

磁石はオーステナイト系溶接金属にしっかりと付着していませんが、投げるとわずかな吸引が感じられます。 これにより、一部のユーザーは、製品に誤ったラベルが付けられている、または間違ったはんだ材料が使用されていると信じるようになります(特にラベルがパッケージから取り外されている場合)。 溶接材料中のフェライトの量は、アプリケーションの使用温度によって異なります。 たとえば、フェライトが過剰になると、低温での靭性が低下します。 その結果、LNGパイプラインで使用されるグレード308溶接材料のフェライト量は3〜6であり、標準のタイプ308溶接材料のフェライト数は8です。要するに、溶接材料は似ているように見えますが、わずかな違いさえあります。構成は時々大きな違いを生むことができます。

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