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ステンレス鋼ファミリーでは、 マルテンサイト系ステンレス鋼管 優れた強度と硬度により、石油、化学、機械製造分野で広く使用されています。ただし、溶接プロセス中に、この材料はしばしば困難な問題に遭遇します。 コールドクラッキング 、遅延クラッキングとも呼ばれます。これらの亀裂は通常、室温までの冷却プロセス中、または溶接後の一定期間後に発生するため、非常に隠蔽され、破壊的になります。
この記事では、マルテンサイト系ステンレス鋼管の溶接における低温割れの根本原因を、材料科学と溶接熱サイクルの観点から詳しく解説します。
焼入性と脆性組織
核となる特徴は、 マルテンサイト系ステンレス鋼 焼入性が高いことです。高濃度のため、 カーボン そして クロム 溶接金属と熱影響部 (HAZ) は、その化学組成上、空気中で冷却された場合でも、溶接熱サイクルの高温加熱後に粗大なマルテンサイト構造を形成する傾向が非常に高くなります。
この焼入れ直後のマルテンサイト組織は非常に高い硬度を持っていますが、 延性 そして toughness are remarkably low, resulting in significant brittleness. When a welded joint lacks sufficient deformation capacity to absorb thermal stress, minor triggers can lead to brittle fracture, which serves as the physical foundation for cold cracking.
水素誘起脆化のメカニズム
溶接の分野では、 水素誘起亀裂 低温割れの最も一般的な症状です。マルテンサイト系ステンレス鋼は水素に対して非常に敏感です。
水素源 : 溶接中、アーク内の湿気、電極コーティングの湿り気、またはベベル上の油汚れの分解により、大量の原子状水素が溶融池に導入される可能性があります。
水素の蓄積 ：温度が低下すると、鋼中の水素の溶解度は急激に低下します。マルテンサイト構造の格子歪みが大きいため、水素原子は溶接止端や溶接根元などの応力集中領域に容易に拡散して蓄積します。
圧力効果 ：蓄積された水素原子が微細な欠陥で結合して水素分子となり、巨大な分子圧を発生させます。残留溶接応力が重畳すると、亀裂の発生が直接誘発されます。
重大な残留溶接応力
溶接は、局所的な加熱と冷却の不均一なプロセスです。 マルテンサイト系ステンレス鋼 Tube 熱伝導率が低く、熱膨張率が高い。
冷却中、チューブの内壁と外壁の間には大きな温度勾配が生じます。さらに、マルテンサイト変態は体積膨張を伴うため、複雑な相変態応力が発生する。厚肉チューブの場合、 拘束 関節の応力が非常に高い。熱収縮と相変化によって引き起こされる引張応力が材料の瞬間破壊強度を超えると、冷間亀裂が発生し、瞬時に伝播します。
2026 年のマルテンサイト系ステンレス鋼の用途と溶接のトレンド
世界の産業が精度とインテリジェンスを目指して進む中、2026 年の市場は次の傾向を示します。
スーパーマルテンサイト鋼の普及 : 従来のマルテンサイト鋼管、低炭素、高ニッケル鋼管の溶接の難しさを解決します。 スーパーマルテンサイト系ステンレス鋼 が主流になりつつあります。この材料は、組成の最適化により硬化傾向を大幅に軽減し、現場での長距離パイプラインの溶接安定性を大幅に向上させます。
自動化とレーザーハイブリッド溶接 ：2026年にはロボット溶接技術が成熟し、レーザーアークハイブリッド溶接が高級マルテンサイト管に広く適用されるようになります。この高エネルギー密度プロセスにより、熱影響部での滞留時間が短縮され、粗大な微細構造の生成が減少します。
デジタル水素含有量モニタリング : 新しいインテリジェント溶接機は、溶接雰囲気中の湿度と水素含有量をリアルタイムで監視できるようになりました。彼らはデータ モデルを使用して冷間亀裂のリスクを予測し、プロセスの発生源で欠陥のない生産を達成しています。
