マルテンサイト系ステンレス鋼と二相ステンレス鋼の溶接方法

1. マルテンサイト系ステンレス鋼とは 二相ステンレス鋼?

微細構造は室温でマルテンサイトであり、その機械的特性は熱処理によって調整できます。 簡単に言えば、硬化可能なステンレス鋼の一種です。 マルテンサイト系ステンレス鋼に属する鋼種には、1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13、3Cr13Mo、1Cr17Ni2、2Cr13Ni2、9Cr18、9Cr18MoVなどがあります。

2. 一般的に使用される溶接方法

溶接 マルテンサイト系ステンレス鋼は、さまざまなアーク溶接法で溶接できます。 現在、電極アーク溶接は依然として主な方法ですが、二酸化炭素ガスシールド溶接またはアルゴンと二酸化炭素の混合ガスシールド溶接を使用すると、溶接部の水素含有量を大幅に減らすことができ、溶接の感度を低下させることができますコールドクラッキング。

3. 一般的な溶接材料

(1) Cr13 マルテンサイト系ステンレス鋼の電極とワイヤー

通常、溶接部に高い強度が要求される場合、Cr13 マルテンサイト系ステンレス鋼の電極とワイヤを使用すると、溶接金属の化学組成を母材の化学組成に近づけることができますが、溶接部は低温割れの傾向が大きくなります。

注意事項：

を。 溶接前に予熱が必要であり、予熱温度は 450°C での脆化を防ぐために 475°C を超えてはなりません。 溶接後、熱処理を行います。 溶接後の熱処理は、150～200℃に冷却し、2時間保温してオーステナイトのすべての部分をマルテンサイトに変態させた後、直ちに高温焼戻しを行い、730～790℃に加熱します。 、保持時間は板厚1mmごとに10分、2時間以上、最後に空冷する。

b. クラックを防止するために、電極とワイヤの S と P の含有量は 0.015% 未満にする必要があり、Si の含有量は 0.3% を超えてはなりません。 Si含有量の増加は、粗大な一次フェライトの形成を促進し、接合部の可塑性を低下させます。 炭素含有量は、通常、焼入れ性を低下させる可能性がある母材の炭素含有量よりも低くする必要があります。

(2) Cr-Ni系オーステナイト系ステンレス鋼電極・ワイヤー

Cr-Niオーステナイト鋼系溶接金属は良好な可塑性を有し、熱影響部のマルテンサイト変態時に発生する応力を緩和することができます。 また、Cr-Niオーステナイト系ステンレス鋼溶接部は水素溶解度が高く、溶接金属から熱影響部への水素の拡散を抑え、低温割れを効果的に防止できるため、予熱が不要です。 しかし、溶接部の強度が低く、溶接後の熱処理では改善できません。

4. 一般的な溶接の問題

(1) 溶接低温割れ

マルテンサイト系ステンレス鋼はクロム含有量が高いため、焼入れ性が大幅に向上します。 溶接前の元の状態に関係なく、溶接では必ずシーム付近にマルテンサイト組織が生成されます。 硬化傾向が増すにつれて、特に水素が存在する場合、接合部は低温割れに対してより敏感になり、マルテンサイト系ステンレス鋼もより危険な水素誘起の遅延割れを生成します。

測定：

1) 冷却速度は、ライン エネルギーと溶接電流が大きい溶接電流を使用することによって遅くすることができます。

2) 鋼の種類が異なると、層間の温度が異なり、一般に予熱温度より低くはありません。

3) 溶接後、150～200℃まで徐冷し、溶接後熱処理を行うことで、溶接残留応力を除去し、継手内の拡散水素を除去し、継手の構造と性能を向上させます。

(2) 熱影響部の脆化

マルテンサイト系ステンレス鋼、特にフェライト形成元素が多いマルテンサイト系ステンレス鋼は、結晶粒が大きくなる傾向があります。 冷却速度が小さいと、溶接熱影響部に粗大なフェライトや炭化物が生成しやすくなります。 冷却速度が速いと、熱影響部が硬化し、粗いマルテンサイトが形成されます。 これらの粗い組織は、マルテンサイト系ステンレス鋼の溶接熱影響部の可塑性と靭性を低下させ、脆化を引き起こします。

測定：

1) 合理的な冷却速度を制御します。

2) 予熱温度を合理的に選択します。予熱温度は 450°C を超えないようにしてください。そうしないと、高温に長時間さらされると、接合部が 475°C で脆くなる可能性があります。

3) 溶接材料の合理的な選択により、溶接の組成を調整し、溶接での粗大なフェライトの生成を可能な限り回避します。

5.溶接プロセス

1) 溶接前の予熱

溶接前の予熱は、低温割れを防止するための主要な技術的手段です。 C の質量分率が 0.1% ~ 0.2% の場合、予熱温度は 200 ~ 260°C で、剛性の高い溶接では 400 ~ 450°C に予熱できます。

2) 溶接後の冷却

オーステナイトは溶接プロセス中に完全に変換されない可能性があるため、溶接後、溶接物を溶接温度から直接焼戻ししないでください。 溶接直後に昇温焼戻しを行うと、オーステナイト粒界に沿って炭化物が析出し、オーステナイトがパーライトに変態して粗粒組織となり、靭性が著しく低下します。 したがって、溶接部と熱影響部のオーステナイトが基本的に分解されるように、溶接部は焼き戻しの前に冷却する必要があります。 剛性の低い溶接部の場合は、室温まで冷却してから焼き戻すことができます。 肉厚の大きい溶接の場合、より複雑なプロセスが必要です。 溶接後、100～150℃まで冷却し、0.5～1時間保温後、焼戻し温度まで加熱します。

3) 溶接後の熱処理

目的は、溶接部と熱影響部の硬度を下げ、可塑性と靭性を向上させ、同時に溶接残留応力を低減することです。 溶接後の熱処理は焼戻しと完全焼鈍に分けられます。 焼き戻し温度は 650 ～ 750°C で、1 時間保持し、空冷します。 溶接後に機械加工が必要な場合は、最も低い硬度を得るために、完全焼鈍を使用できます。 焼鈍温度は830～880℃、保温は2時間。 その後、空冷します。

4) 溶接棒の選定

マルテンサイト系ステンレス鋼を溶接するための電極は、クロム ステンレス鋼電極とクロム ニッケル オーステナイト系ステンレス鋼電極の 1 つのカテゴリに分類されます。 一般的に使用されるクロム ステンレス鋼電極は、E13-16-202 (G1) および E13-15-207 (G0) です。 一般的に使用されるクロム-ニッケル オーステナイト系ステンレス鋼電極は、E19-10-16-102 (A0)、E19-10-15-107 (A0)、E18-12-2Mo16-202 (A0)、E18-12-2Mo15-207 です。 (AXNUMX)など

二相ステンレス鋼の溶接

1. 二相ステンレス鋼の溶接性

の溶接性 二相ステンレス鋼 オーステナイト鋼とフェライト鋼の利点を組み合わせ、それぞれの欠点を軽減します。

(1) 高温割れに対する感度は、オーステナイト鋼よりもはるかに小さいです。

(2) コールドクラックに対する感度は、一般的な低合金高強度鋼よりもはるかに小さいです。

(3) 熱影響部が冷却された後、より多くのフェライトが常に保持されるため、腐食傾向が増し、水素誘起割れ (脆性) が発生しやすくなります。

(4) 二相ステンレス鋼溶接継手は、δ相脆化が析出する場合があります。 δ相はCrとFeの金属間化合物です。 その形成温度は600〜1000°Cの範囲です。鋼の種類が異なれば、δ相を形成する温度も異なります。

(5) 二相ステンレス鋼には 50% のフェライトが含まれており、これも 475°C で脆性がありますが、フェライト系ステンレス鋼ほど敏感ではありません。

2. 溶接方法の選択

TIG溶接は第一選択です 二相鋼溶接、続いて電極アーク溶接。 サブマージ アーク溶接を使用する場合は、入熱と層間温度を厳密に制御し、大きな希釈率を避ける必要があります。

通知：

TIG 溶接を使用する場合は、シールド ガスに 1 ～ 2% の窒素を追加することをお勧めします (N が 2% を超えると、気孔の傾向が増加し、アークが不安定になります)。これにより、溶接金属が窒素を吸収します (防止するため)。窒素の拡散損失による溶接部の表面積)、溶接継手のオーステナイト相の安定化に役立ちます。

3. 溶接材料の選択

高オーステナイト形成元素 (Ni、N など) を含む溶接消耗品を選択して、溶接部でのフェライトからオーステナイトへの変態を促進します。

2205 鋼は主に 22.8.3L 溶接棒またはワイヤを使用し、2507 鋼は主に 25.10.4L 溶接ワイヤまたは 25.10.4R 溶接棒を使用します。

4. 溶接点

(1) 溶接熱プロセスの制御 溶接熱エネルギー、中間層温度、予熱、および材料の厚さはすべて、溶接中の冷却速度に影響を与え、溶接部および熱影響部の構造と性能に影響を与えます。 最高の溶接金属特性を得るために、最大パス間温度を 100°C に制御することをお勧めします。 溶接後に熱処理が必要な場合は、パス間温度を制限しない場合があります。

(2) 溶接後の熱処理 しないほうがよい 二相ステンレス鋼を熱処理 溶接後。 溶接後に熱処理が必要な場合の熱処理方法は水焼入れです。 熱処理中は、加熱はできるだけ速くする必要があり、熱処理温度での保持時間は、相バランスが回復するのに十分な5〜30分である必要があります。 熱処理中の金属の酸化は非常に深刻であり、不活性ガスの保護を考慮する必要があります。