SUS304の溶接時の問題について

SUS304の溶接で起きる問題

ステンレス鋼の　SUS304　を溶接や肉盛りをすると、大きな変形が生じたり、着色してしまって、どうにかしたい・・・ということがありませんか。

ただ、結論的には、後工程で仕上げ加工をしない、すでに仕上がった製品では、確実でうまくいく方法がありません。

①溶接部分の応力除去の方法　②溶接部の着色部を目立たないようにする方法・・・について考えてみましょう。

ステンレスの溶接部分溶接部分の熱影響

溶接部分は、組織が変わっています

一般的に、SUS304の溶接には、「308」とよばれる、0.05C-2Mn-10Ni-20Cr　の成分のものや、同成分の低炭素の308L　という溶接棒が使われます。

SUS304の成分は　0.05C-1Mn-8Ni-19Cr　ですので、さらに、オーステナイト状態を安定にする　Mn、Ni、Cr　の多い成分の溶接棒を用いることで、溶接部のオーステナイト状態を維持できるようにしているのですが、溶接は、溶接棒と品物の成分を融合させて、接合や肉盛りをする処理ですので、アセチレンガス溶接でも、アーク溶接でも、1500℃以上の高温状態で、その双方がいったん溶融した後に凝固して、その後は、空冷状態で常温まで冷却されますから、溶接部分やその周辺の溶融部分は、結晶粒が増大していますし、母材とは違った成分や組織になっており、さらに、熱による膨張収縮が加わって、変形することは避けられません。

熟練者は、ハンマリングで、操作して溶接をしますが、鍛錬とは違って、加工の程度が小さいので、どうしても、溶接前の鋼材のようにはなりませんし、TIG溶接などの熱の波及が少ない溶接法でも、同様の変質や着色は生じます。

SUS304の市販鋼材は、溶体化処理された、耐食性が高い状態になっていますが、溶接によって、溶接部分の耐食性は低下しています。　

このことから、SUS304を溶接して、その溶接部分の性能を劣化させないようにするのは技術的にも難しいことで、そのために、高価ですが、低炭素で、もっと安定したオーステナイト状態の成分の溶接棒をつかうことも多いのですが、それでも、溶接部分の耐食性の低下はあります。

とくに　SUS304　自体が、オーステナイトの安定性はそんなに高くないので、基本的には溶接には不向きな鋼種ですが、比較的安価で使いやすい汎用鋼ですので、いろんな用途で溶接されて使用されています。

錆びにくいのがステンレス鋼の特徴ですが、SUS304は、準安定オーステナイト系ステンレス鋼と言われるように、熱や強度の加工を加えると、簡単に耐食性などの特徴が失われてしまうので、通常の鋼よりは酸化しにくいものの、やはり、高温状態で空気に触れると着色します。

低温用途に用いられる品物などの重要部品では、オーステナイト安定性の高いSUS304L、SUS316L,SUS310Sなどの鋼種を用いると、若干着色は少ないものの、着色しないように溶接するのは困難ですし、それらの鋼種は高価で、入手しにくいこともあって、一般の品物では、SUS304がよく使われています。

ここでは、SUS304の溶接において、完璧な応力除去や溶接対策はできないまでも、　①応力除去　②着色　の問題について、一般的な方法や考え方、問題点などを紹介します。

再溶体化処理も現実的には無理

耐食性が破壊された場合は、もう一度「溶体化処理（固溶化処理）」をする方法が考えられますが、この溶体化処理は、SUS304では1050℃程度に品物を加熱した後に水冷する熱処理なので、品物の形状にもよりますが、大きなものや薄い板上の品物は、この溶体化熱処理をすると、品物にならないこともでてくるので、再熱処理は、無理な場合がほとんどでしょう。

薄い品物を、水冷などではなく、窒素ガス冷却をつかった冷却で溶体化することも考えられますが、それでもやはり変形して品物にならない可能性が高いと言えます。