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●解説コーナーステンレス鋼と炭素鋼の異材溶接について1.はじめにステンレス鋼は「ステイン・レス(・にくい)」と文字通り、耐食性に優れており、中でもオーステナイト系ステンレス鋼は、耐熱性、耐食性、溶接性に優れていることから化学装置や船舶、車両など多岐に渡り使用されています。使用環境や経済性に応じて、炭素鋼などと組合せて使うケースが数多くあります。今回はその中で技術相談の問合わせが多い、SUS304とSS400の組合せにおける溶接材料選定と施工上のポイントについて説明致します。また、中高炭素鋼との組合せの注意点についても説明致します。2.溶接材料選定のポイント一般的に炭素鋼同士の接合の場合は、低グレード側の成分系に合わせた溶接材料を選定しますが、今回のSUS304とSS400の異材溶接では、話が変わってきます。SUS304はオーステナイト系ステンレス鋼の代表的な鋼種で、18%Cr(クロム)-8%Ni(ニッケル)の化学成分によって、常温でもオーステナイト組織が安定してる状態で非磁性です。しかし、一般溶接材料で異材溶接するとCrやNi量が低減し、硬いマルテンサイト組織に変化して硬化や割れの原因となるため、基本的にはステンレス鋼側の化学成分に配慮した選定となります。通常SUS304とSS400との異材溶接にはCr,Niの含有量が多い309系(22%Cr-12%Ni)の溶接材料を使用しますが、SS400側の溶込み量が多くなるとCr,Ni量が低減して、高温割れが発生しやすくなります。これは溶接金属中のフェライト量と密接に関係しており、フェライト量が0%に近づくと高温割れが発生しやすくなります。施工に当たっては、309系の溶接材料を使用したとしても、溶接電流、溶接姿勢、バタリング法(図3参照)などで溶込み率をコントロールして希釈率を下げる必要があります。3.施工条件の選定ポイントSUS304とSS400の異材溶接における施工条件のポイントは、前述したように化学成分とフェライト量をコントロール(炭素鋼側の溶込みを小さくする)することです。次にシェフラーの組織図を使い、具体的に施工上のポイントについて説明致します。まず接合する鋼材の化学成分をシェフラーの組織図(図1参照)に横軸Cr当量、縦軸にNi当量を算出し、図中にプロットします。例としてSUS304とSS400をV開先で溶接した場合、溶込み率が同じ割合(図2参照50%:50%)となったと仮定すると、両母材の中間点(a点)の組成の母材を溶接することになります。次に溶接材料のD309の化学成分を算出し、プロットした後、母材a点とD309に線を引きます。溶接金属の組織は、a点とD309の線上にあり、その位置は溶込み率によって変化していきます。図の中央部にある安全域とは、安全な溶接金属が得られる領域のことで、この領域内に入るようコントロールすることが重要です。安全域を考慮するとフェライト量が0%の斜線と交差したb点、溶込み率33%よりも小さくしなければならないことが読み取れます。※オーステナイト域:高温割れが発生しやすい。※マルテンサイト域:低温割れしやすくなる。表1異材溶接の推奨溶接材料選定表母材の組合せ溶接法オーステナイト系ステンレス鋼(SUS304,316,347など)フェライト系、マルテンサイト系ステンレス鋼(SUS410,430など):PREMIARCTMNC-39,NI-C70ACR-43CbMG-S309LSMG-S70NCbDW-309,DW-N82TG-S309TG-S70NCbーーーーー被覆アーク溶接MIG溶接FCW溶接TIG溶接被覆アーク溶接MIG溶接FCW溶接TIG溶接各種溶接法NC-39NI-C70AMG-S309LSMG-S70NCbDW-309,DW-N82TG-S309TG-S70NCbNC-39,NI-C70AMG-S309LSMG-S70NCbDW-309,DW-N82TG-S309,TG-S70NCb合金元素(特にCr,Ni)の少ない方の組成に合わせた溶接材料軟鋼、低合金鋼フェライト系マルテンサイト系ステンレス鋼(SUS410,430など)オーステナイト系ステンレス鋼(注)※1異材溶接には、309系の溶接材料を使うのがもっとも一般的であるが、母材と熱膨張係数が異なるため熱サイクルの激しいところでは使用を避けること。※2インコネル系溶接材料は、安定した溶接部が得られるが、高価で若干割れやすい傾向がある。(銘柄:NI-C70A,MG-S70NCb,DW-N82,TG-S70NCbなど)272015Summer
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