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二重ステンレス鋼管 オーステナイトとフェライトの二重相構造を持つステンレス鋼材料であり、典型的な構造比は50％オーステナイトと50％のフェライトです。この構造は、特に塩化物ストレス腐食環境で、高強度、高い靭性、優れた耐食性を与えます。ただし、溶接プロセス中、不適切な動作は相の不均衡につながり、パイプの機械的特性と腐食抵抗に深刻な影響を与えます。
溶接における相の不均衡の原因
溶接熱サイクルは、親材料と溶接領域の微細構造に影響します。主な原因には以下が含まれます。
高すぎるまたは低入力が多すぎる。
不適切な溶接速度;
予熱温度と中間層温度の制御不良。
冷却速度が速すぎるか遅すぎる。
溶接材料とシールドガスの誤った選択。
上記の要因により、オーステナイト相が完全に形成されないか、有害な二次相（σ相やχ相など）の沈殿を誘導し、溶接面積の微細構造が50:50の理想的な比率から逸脱します。
入力の制御が重要な尺度です
適切な熱入力を維持することは、相の不均衡を防ぐためのコア手段です。一般に、0.5〜2.5 kJ/mmの間の熱入力を制御することをお勧めします。熱入力が高すぎる場合、σ相または他の脆性相の降水量を促進します。熱入力が低すぎると、溶接金属が速すぎる場合、オーステナイト相は完全に沈殿することはできず、フェライト比が増加し、靭性が低下します。
マルチレイヤーマルチパス溶接と狭い溶接技術を使用すると、単一のパスの熱入力を効果的に減らし、好ましくない構造の形成を減らすことができます。
適切な溶接方法を選択してください
異なる溶接方法は、構造の制御に大きな影響を与えます。一般的な溶接方法は次のとおりです。
ガスタングステンアーク溶接（GTAW/TIG）：根溶接、制御可能な熱入力に適しています。これは、構造の調節を助長します。
ガスメタルアーク溶接（GMAW/MIG）：パラメーターを適切に調整することで、充填およびキャッピング溶接に適しています。
レーザー溶接とプラズマアーク溶接：熱に影響を受けるゾーンは狭く、適切な制御により、構造の偏差が減少する可能性があります。
パルスアーク溶接の使用は、より正確な熱入力制御を実現し、オーステナイト相の形成を促進することができます。
溶接材料の正しい選択
フィラー材料の組成は、溶接内のオーステナイト含有量がターゲットに到達できるようにする必要があります。通常、ベース材料よりもわずかに高いニッケル含有量を持つ溶接ワイヤまたは電極が使用されています。たとえば、UNS S32205ベース材料のフィラー材料は、溶接後のオーステナイト再生を促進するために、8.5％〜9.5％のニッケル含有量が8.5％〜9.5％であるER2209溶接ワイヤになります。
さらに、有害な包含物を形成する可能性を減らすために、フィラー材料のリン、硫黄、およびその他の不純物の不純物含有量を避けるべきです。
ガスシールドの品質が非常に重要です
TIG溶接またはMIG溶接中、シールドガスの純度と組成が微細構造制御に重要な役割を果たします。高純度のアルゴンまたはアルゴン/窒素混合ガスを選択する必要があります。適切な量の窒素は、オーステナイト相の形成を促進し、孔食抵抗を改善するのに役立ちます。通常、1〜2％の窒素を加えた混合ガスは、微細構造の最適化に大きな影響を及ぼします。
酸化物の中間層または穀物境界酸化物ゾーンの形成を防ぐために、溶接中に空気浸潤を避ける必要があります。
冷却速度は中程度でなければなりません
冷却が速すぎると、オーステナイトが時間内に沈殿するのを防ぎ、フェライトが過剰になります。冷却が遅すぎると、σ相の沈殿につながる可能性があります。理想的な冷却方法は、空気中の自然冷却であり、強制空気冷却または水冷を避けています。
厚壁のパイプの場合、温度制御毛布または溶接後の断熱材の測定を適切に使用して、冷却曲線が穏やかで微細構造の変換で十分であることを確認できます。
層間温度を制御します
マルチパス溶接では、層間温度制御は、相の不均衡を防ぐための重要なステップの1つです。一般に、中間層の温度を150°Cを超えてはならないことをお勧めします。過度の層間温度は、熱の蓄積を引き起こし、粒界の拡散速度を増加させ、脆性相の沈殿を引き起こします。赤外線温度計を使用して温度をリアルタイムで監視すると、溶接プロセスの制御性が向上します。
溶接後の熱処理と金属学的検査
海洋工学や石油およびガス機器などの主要なエリアで使用されるものなど、特別な目的で二重鋼管の場合、溶液後のアニーリング（一般的に1050〜1120°C）を実行し、理想的な二重構造比を回復し、有害な沈殿物を溶解することをお勧めします。
溶接後、金属顕微鏡を使用して溶接面積の位相比を確認する必要があります。または、オーステナイト含有量が35％から65％であることを確認するために、フェライトコンテンツ検出器（磁気誘導装置など）を定量分析に使用する必要があります。
