ステンレス鋼用フラックス入りワイヤーの正しい選び方は？

ステンレス鋼用フラックス入りワイヤの選択

フラックス入りワイヤを使用したステンレス鋼は、主に活性ガスシールド溶接のアプリケーションで使用され、活性ガスシールド溶接のフラックス入りワイヤには、次の特性があります。

電極アーク溶接と比較すると、蒸着速度は2〜4倍、90％（ステンレス鋼棒のみ55％）までの蒸着効率、生産効率の大幅な増加によって増加させることができ、経済は非常に良いです。

電流と電圧への適応性の広い範囲、および溶接条件と比較して、過去のアクティブなガスシールド溶接ステンレス鋼ソリッドワイヤは、比較的簡単に設定するには、半自動溶接に簡単なだけでなく、自動溶接に簡単です。

スラグ除去は良好で、溶接ビード表面は光沢がある。また、スパッタリングが少なく、アーク安定性に優れ、X線検査の合格率も高い。

ステンレス鋼フラックス入りワイヤの溶接は、このような状況下で、母材と溶接金属の主合金組成が同じまたは類似の状況であり、このような状況を考慮して、溶接耐食性、耐熱特性は基本的に保証することができます。しかし、溶接金属の特性は、フラックス入りワイヤの溶接プロセスで、C、O、Nの含有量に大きな影響を与えますが、いくつかの特殊な変化のパターンがあり、真剣に考慮する必要があります。

ステンレス鋼溶接において、粒界腐食に対する耐性を向上させる有効な方法の一つとして、溶接金属の炭素含有量を低減させるのであれば、これは可能である。しかし、CO2を含むシールド・ガスを使用して溶接作業を行うようになると、溶接金属の炭素傾向はある程度避けられなくなるため、ガス・シールド溶接の場合は、一般にソリッド・ステンレス鋼ワイヤを使用しなければならない。しかし、ステンレス鋼フラックス入りワイヤの場合、純CO2をシールド・ガスとして使用しても、溶接金属の炭素含有量の増加を特に低く抑えることができる。長年にわたり、超低炭素 (C≤0.04% または C≤0.03%) および極低炭素 (C≤0.02%) のステンレス鋼フラックス入りワイヤが多く採用されてきた。多くのステンレス鋼フラックス入りワイヤに使用されるシールドガスは、CO2またはArと20%～25%のCO2の混合ガスである。

ステンレス鋼の溶接にフラックス入りワイヤを使 用する場合、溶接金属中の酸素含有量は他の 溶接ワイヤよりも低い。溶接方法は比較的高い。酸素含有量が増加すると、溶接金属の衝撃靭性は 低下する。溶接金属中の酸素の大部分は、酸化物包有物 の形で格子間に分散している。これらの酸化物包有物は、一部は粉末中の酸化物 から、他の一部は脱酸反応の生成物である。酸化物系介在物の含有量が高すぎると、ステンレ ス鋼溶接継手が冷間曲げに不適格となる原因の一 つとなる。溶接部中の酸素含有量は、ワイヤー・スラグのアルカリ性 を高めることで減少させることができるが、アルカリ 性を高めるとスラグの粘度低下につながり、ワイヤ ーの全姿勢溶接性に影響を及ぼす。

図1 異なる溶接方法による308ステンレス鋼の溶接金属の酸素含有量の比較

PART 01

マルテンサイト系ステンレス鋼溶接ワイヤの選択

マルテンサイト鋼は、熱処理によってその特性を 調整することができるため、特に耐熱マルテンサイト 鋼の場合、要求性能を確実に満たすためには、溶接 部の組成を母材の組成にできるだけ近づける 必要がある。冷間割れを避けるため、溶接部の強度が母材 よりも確実に低いオーステナイト系溶接材料を使 用することもできる。

マルテンサイト系ステンレス鋼を溶接する場 合、次のような問題が起こりやすい。

場合によっては、過熱帯硬化や冷間割れ条件もある。マルテンサイト系ステンレス鋼は、硬化傾向が極めて高いという性質があり、このような条件下で高温加熱後空冷すると、硬くて脆い状態のマルテンサイトを得ることができる。溶接時の拘束応力と水素の拡散の影響により、溶接冷間割れが発生する可能性が非常に大きい。

マルテンサイト系ステンレス鋼の過熱域では、結晶粒成長傾向が極めて深刻で、継手の塑性靭性が著しく低下し、過熱域で脆化が発生する。

(iii) 熱影響部は軟化現象を示し、高温環境下での長時間の加熱は、熱影響部の軟化部にマイクロクラックを発生させやすく、ひいては接合部の信頼性を低下させる。

溶接部の組成と母材の組成がほぼ同じである場合、溶接部と熱影響部の溶接プロセスは、低温割れを防止するために、硬化脆性の一部となり、母材は、多くの場合、予熱する必要があり、その後、接合部の性能を向上させるために熱処理後に溶接。溶接金属と熱膨張係数の母材は基本的に同じであるため、熱処理後は溶接応力を完全に除去することができます。溶接Cr13型マルテンサイト鋼は、厳密に有害な不純物S、PおよびSiなどを制御するために、ワイヤに使用され、粒を微細化し、硬度を低下させるために、ワイヤのTi、N、NbまたはA1および他の元素を含むの選択。被加工材が予熱または熱処理の条件を満たさない場合、オーステナイト溶接組織を得ることができる溶接消耗品を使用することが適切であり、この種の溶接は、溶接応力緩和を作ることができる高い塑性と靭性を有し、固溶体の数が多いことができるので、低温割れの傾向を減らすことができます。しかし、熱膨張係数の差のために、作業環境の循環温度で、接合部の材料の凹凸は、熱疲労亀裂を生成し、接合部の破壊につながる可能性があります。

図2 マルテンサイト系ステンレス鋼用溶接材料の選択

PART 02

フェライト系ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤの選択

フェライト系ステンレス鋼は、加熱および冷却 過程で相変化を起こさないため、溶接後に急冷 しても組織が硬化することはない。これらの鋼は、溶接時に以下のような 問題を起こしやすい。

900℃以上で加熱するとフェライト粒が急成長し、溶接後に急冷しても靭性の急激な低下と粒界腐食の発生が避けられない。

Crを多く含む鋼はフェライト鋼と呼ばれ、C、N、Oなどの有害元素も多く、脆性遷移温度が高く、ノッチ感受性が強いため、溶接後の脆化現象はより深刻である。

(iii) 400〜600℃の温度範囲で長時間加熱した後、徐冷すると、475℃で脆化が起こり、室温靭性が著しく低下する。550〜820℃の温度範囲で長時間加熱すると、フェライトから相が析出しやすくなり、これも塑性と靭性が著しく低下する。

フェライト系ステンレス鋼フラックス入りワイヤの選択は、溶接性能と溶接靭性を向上させるために、有害元素（例えば、C、N、S、Pなど）の低含有量を含むフラックス入りワイヤの種類を使用する。溶接組成は、使用することができ、均質な成分のCr17系が、大きな制約の場合には、亀裂を生成することは非常に簡単ですが、溶接は耐食性を復元することができるように、熱処理後に使用することができ、関節の塑性を向上させる。また、オーステナイト系高Cr、Ni 溶接材料を使用することで、ギャップ感受性を低 減し、309 (24 - 13)タイプや310 (26 - 21)タイプ・オーステナイト系ステンレ ス鋼フラックス入りワイヤなどの耐ジョイント・ クラック性を向上させることができる。オーステナイト系溶接金属は、一般的に フェライト系母材と同等の強度を持つが、 腐食性媒体によっては、溶接部の耐食性が母材 と大きく異なる場合があるため、フラックス入りワ イヤの選定には注意が必要である。

図3 フェライト系ステンレス鋼用フラックス入りワイヤの選択

パート03

オーステナイト系ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤの選択

マルテンサイト鋼やフェライト鋼に比 べ、オーステナイト系ステンレス鋼の溶接性は 良好であるが、溶接の際には以下の点に注意す る必要がある。

溶接継手は、粒界腐食が表示されます、一般的に使用されるタイプ 18-8 オーステナイト系ステンレス鋼溶接継手、腐食環境の長い期間後、溶接粒界腐食の異なる程度で表示されます、溶接つま先粒界腐食の異なる程度で表示されます、熱影響ゾーン感作ゾーン (600 ~ 1000 ℃ の領域に加熱溶接) で同じになります粒界腐食の異なる程度で表示されます。

応力腐食割れ、一定期間使用されるある特定の腐食媒体のオーステナイトのステンレス鋼は、割れ現象があります、これは溶接の後で大量の残留応力および腐食媒体が結果と一緒にあるためです。

溶接結晶亀裂の存在、冷却過程でのオーステナイト系溶接、それは強い方向柱状結晶組織を形成するために非常に簡単であり、その結果、S、Pの不純物は、溶接の中心部に重合をバイアスするのは簡単であり、その後、低融点共晶の形成、割れ能力に対する抵抗力が弱まるように。また、オーステナイト系ステンレ ス鋼の収縮は大きく、溶接中に大きな溶接応力が 生じやすいため、溶接部に結晶割れが生じやすい。25 - 20型ステンレス鋼の単相オーステナイト組織におけるこの状況は特に敏感である。

図4 オーステナイト系ステンレス鋼用フラックス入りワイヤの選択

オーステナイト系ステンレス鋼フラックス入りワイヤの選択原則は、亀裂がない場合、溶接金属の耐食性と母材の機械的性質が基本的に同じか、可能な限りわずかに高くなるようにし、合金組成が母材組成とほぼ同じか類似するようにすることである。耐食性に影響を与えない条件下では、一定量のフェライト相を含有させることで、良好な割れ防止特性を確保するとともに、良好な耐食性も期待できる。しかし、尿素装置、タイプ316Lオーステナイト系ステンレス鋼溶接金属のようないくつかの特殊な媒体では、フェライトの存在を許可されていない、それ以外の場合は、その耐食性を低下させます。長期の高温操作にあるオーステナイト系鋼溶接の場合、溶接金属中のフェライト含有量を制限するため、5%を超えないようにし、その目的は、脆性変態の過程でフェライトの使用を防止することである。

図5 ステンレス鋼フラックス入りワイヤーデポジションメタルの化学組成、機械的特性および用途