ステンレス鋼（ステンレス）ステンレスとは耐酸性鋼の略称で、空気、蒸気、水などの弱い腐食媒体に対して耐性があり、ステンレスの性質を持つ鋼種をステンレス鋼と呼びます。
用語 "ステンレス鋼「ステンレス鋼」とは、単に 1 種類のステンレス鋼を指すのではなく、それぞれ特定の応用分野において優れた性能を持つ 100 種類以上の工業用ステンレス鋼を指します。
いずれの鋼種も17～22%のクロムを含み、より高級な鋼種にはニッケルも含まれています。モリブデンを添加することで、大気腐食、特に塩化物を含む雰囲気における耐腐食性をさらに向上させることができます。
一. ステンレス鋼の分類
1.ステンレス鋼と耐酸鋼とは何ですか？
回答：ステンレス鋼はステンレス耐酸性鋼の略称で、空気、蒸気、水などの弱い腐食性媒体に対して耐性があります。腐食しやすい鋼種は耐酸性鋼と呼ばれます。
両者の化学組成の違いにより、耐食性も異なります。一般的なステンレス鋼は化学媒体による腐食に対して耐性が低いのに対し、耐酸性鋼は一般的にステンレスです。
2. ステンレス鋼をどのように分類するのですか?
回答：組織の状態に応じて、マルテンサイト鋼、フェライト鋼、オーステナイト鋼、オーステナイト-フェライト（二相）ステンレス鋼、析出硬化ステンレス鋼に分類されます。
（１）マルテンサイト鋼：強度は高いが、可塑性と溶接性が低い。
マルテンサイト系ステンレス鋼の一般的なグレードは1Cr13、3Cr13などです。炭素含有量が多いため、強度、硬度、耐摩耗性に優れていますが、耐食性はやや劣ります。そのため、高い機械的性質と耐腐食性が必要な用途に使用されます。バネ、蒸気タービンブレード、油圧プレスバルブなど、一部の汎用部品に使用されます。
このタイプの鋼は、焼入れ、焼戻しを行ってから使用され、鍛造、打ち抜き加工を行った後には焼鈍しが必要となります。
（2）フェライト鋼：クロム含有量15～30％。クロム含有量の増加に伴い、耐食性、靭性、溶接性が向上し、Cr17、Cr17Mo2Ti、Cr25、Cr25Mo3Ti、Cr28などの他のステンレス鋼よりも塩化物応力腐食に対する耐性が優れています。
クロム含有量が多いため、耐食性・耐酸化性は比較的良好ですが、機械的性質や加工性は劣ります。主に応力の少ない耐酸性構造物や耐酸化鋼として使用されます。
この鋼種は、大気、硝酸、食塩水などの腐食に耐え、高温酸化耐性が良好で熱膨張係数が小さいという特性を有しています。硝酸工場や食品工場の設備に使用されているほか、ガスタービン部品など、高温で作動する部品にも使用できます。
（3）オーステナイト鋼：18％以上のクロムを含み、約8％のニッケルと少量のモリブデン、チタン、窒素などの元素を含みます。全体的な性能が良好で、様々な媒体に対する耐腐食性を備えています。
一般的には溶体化処理が採用され、鋼は1050～1150℃に加熱され、その後水冷または空冷されて単相オーステナイト組織が得られます。
（4）オーステナイト・フェライト系（二相）ステンレス鋼：オーステナイト系ステンレス鋼とフェライト系ステンレス鋼の両方の利点を持ち、超塑性を有する。オーステナイトとフェライトはそれぞれステンレス鋼の約半分を占める。
C含有量が低い場合、Cr含有量は18～28%、Ni含有量は3～10%です。一部の鋼には、Mo、Cu、Si、Nb、Ti、Nなどの合金元素も含まれています。
この鋼種はオーステナイト系ステンレス鋼とフェライト系ステンレス鋼の両方の特性を備えています。フェライト系ステンレス鋼と比較して、塑性と靭性が高く、常温脆性がなく、耐粒界腐食性と溶接性が大幅に向上しています。また、鉄鋼のステンレス鋼は475℃で脆くなり、熱伝導率が高く、超塑性の特性も備えています。
オーステナイト系ステンレス鋼と比較して、高強度で、粒界腐食および塩化物応力腐食に対する耐性が大幅に向上しています。二相ステンレス鋼は優れた耐孔食性を有し、省ニッケルステンレス鋼でもあります。
（5）析出硬化型ステンレス鋼：母相はオーステナイトまたはマルテンサイトであり、一般的に用いられる析出硬化型ステンレス鋼のグレードは04Cr13Ni8Mo2Alなどです。析出硬化（時効硬化とも呼ばれます）によって硬化（強化）できるステンレス鋼です。
成分によって、クロムステンレス鋼、クロムニッケルステンレス鋼、クロムマンガン窒素ステンレス鋼に分けられます。
（1）クロムステンレス鋼は、一定の耐食性（酸化酸、有機酸、キャビテーション）、耐熱性、耐摩耗性を備えており、発電所、化学、石油などの設備材料として広く使用されています。しかし、溶接性は低く、溶接工程や熱処理条件には注意が必要です。
（２）クロムニッケルステンレス鋼は溶接時に繰り返し加熱され炭化物が析出するため、耐食性や機械的性質が低下します。
（３）クロムマンガンステンレス鋼は、強度、延性、靭性、成形性、溶接性、耐摩耗性、耐食性が良好である。
二、ステンレス鋼溶接における難題と材料・設備の活用
1. ステンレス鋼の溶接はなぜ難しいのでしょうか?
回答：（1）ステンレス鋼の熱感受性は比較的強く、450〜850℃の温度範囲での滞留時間はわずかに長く、溶接部と熱影響部の耐食性が著しく低下します。
（２）熱亀裂が発生しやすい
（３）保護が不十分で高温酸化が激しい。
（４）線膨張係数が大きく、大きな溶接変形が生じやすい。
2. オーステナイト系ステンレス鋼の溶接にはどのような効果的な技術的対策がありますか?
回答：（１）母材の化学組成に応じて溶接材料を厳密に選択する。
（２）小電流、小線エネルギーによる高速溶接で入熱を低減。
（３）細径溶接ワイヤ、溶接棒、スイングなし、多層多パス溶接。
（４）溶接部と熱影響部を強制冷却し、450～850℃での滞留時間を短縮する。
（５）TIG溶接部の背面にアルゴン保護を施す。
（６）腐食性媒体と接触する溶接部は最終的に溶接される。
（７）溶接部および熱影響部の不動態化処理。
3. オーステナイト系ステンレス鋼、炭素鋼、低合金鋼（異種鋼溶接）の溶接に 25-13 シリーズの溶接ワイヤと電極を選択する理由は何ですか?
回答：オーステナイト系ステンレス鋼と炭素鋼および低合金鋼を接続する異種鋼溶接継手を溶接する場合、溶接付着金属は25-13シリーズの溶接ワイヤ（309、309L）と溶接棒（オーステナイト系312、オーステナイト系307など）を使用する必要があります。
その他のステンレス鋼溶接材料を使用すると、炭素鋼および低合金鋼側の溶融ラインにマルテンサイト組織と冷間割れが発生します。
4. 固体ステンレス鋼溶接ワイヤに 98%Ar+2%O2 シールドガスが使用されるのはなぜですか?
回答：ステンレス鋼線のMIG溶接において、シールドガスとして純アルゴンガスを使用すると、溶融池の表面張力が高くなり、溶接部の形状が不良になり、「ザトウクジラ」のような溶接形状になります。1～2％の酸素を添加すると、溶融池の表面張力が低下し、溶接部は滑らかで美しくなります。
5. ステンレス鋼のMIG溶接ワイヤの表面が黒くなるのはなぜですか？ どうすれば解決できますか？
回答：固体ステンレス鋼溶接ワイヤのMIG溶接速度は比較的速く（30～60cm/分）、保護ガスノズルが溶融池前部に到達した時点では、溶接継手は依然として赤熱した高温状態にあり、空気によって酸化されやすく、表面に酸化物が形成されます。溶接部は黒くなります。酸洗不動態化処理を施すことで、この黒皮を除去し、ステンレス鋼本来の表面色に戻すことができます。
6. ジェット遷移とスパッタのない溶接を実現するために、固体ステンレス鋼溶接ワイヤでパルス電源を使用する必要があるのはなぜですか?
回答：固体ステンレス鋼線MIG溶接の場合、φ1.2溶接線では、電流I≥260〜280Aのときにジェット遷移が実現できます。この値未満では、溶滴が短絡遷移し、スパッタが大きくなるため、通常は推奨されません。
パルス付きMIG電源を使用することでのみ、パルス溶滴を小さい仕様から大きい仕様（ワイヤ径に応じて最小値または最大値を選択）に移行し、スパッタのない溶接が可能になります。
7. フラックス入りステンレス鋼溶接ワイヤがパルス電源ではなく CO2 ガスで保護されるのはなぜですか?
回答：現在一般的に使用されているフラックス入りステンレス鋼溶接ワイヤ（308、309など）は、溶接ワイヤ内の溶接フラックス配合は、CO2ガスの保護下での溶接化学冶金反応に基づいて開発されているため、一般的に、パルスアーク溶接電源は必要ありません（パルス付き電源は基本的に混合ガスを使用する必要があります）。事前に溶滴遷移に入りたい場合は、パルス電源または従来のガスシールド溶接モデルを使用して混合ガス溶接を行うこともできます。
投稿日時: 2023年3月24日