ステンレス鋼の溶接部の腐食：原因、予防、および継手設計のヒント

304 ステンレス鋼ベローズのバッチが海岸沿いのホテルに設置されてから 2 か月後、溶接の継ぎ目に沿って小さな茶色の斑点が現れました。地金はまだきれいに見えました。サプライヤーは材料が本物の 304 であると主張し、実験室テストで同意しました。問題は合金のグレードではありませんでした。溶接入熱と溶接後の不動態化処理の欠如が腐食状態を引き起こしました。良いニュースは、バッチが工場から出荷される前に溶接部の腐食を制御できることです。どのメカニズムが機能しているのか、何を指定するのかを知る必要があるだけです。

なぜ溶接部が弱点になるのか

溶接は単なる機械的な接合ではありません。これは、狭い帯域にわたってステンレス鋼部品の微細構造を変化させる熱現象です。 3 つの影響により、そのバンドは腐食が開始される可能性が最も高い場所になります。

熱影響部と感作

溶接中に母材の温度が約 450 ～ 850°C に達すると、クロムと炭素が結合して粒界に沿って炭化クロムが形成されます。熱影響部 (HAZ) として知られる溶接部のすぐ隣の領域では、通常は保護酸化膜を形成するクロムが枯渇する可能性があります。この状態を感作といいます。タイプ 304 ステンレス鋼は、モリブデンにより耐久性が増し、超低炭素グレードにより炭化物の析出が制限されるため、316 または 316L よりもこの傾向がより強くなります。

不動態層の損傷と酸化スケール

溶接熱により表面が酸化します。溶接部の近くに現れる色の付いたスケールは無害ではありません。不動態皮膜が劣化したクロムが枯渇したゾーンの上にあります。このスケールを除去しない限り、表面は完全に再不動態化できず、酸化物の下に局所的な腐食セルが形成される可能性があります。

残留引張応力

急速な加熱と冷却により、溶接部の周囲に集中した残留引張応力が残ります。塩素が豊富な環境が存在する場合、このストレスによりさらなるリスクが生じます。応力腐食割れは細かい枝として発生する可能性があり、目に見える大きな錆が発生しない場合もあるため、ガスまたは水道システムでは特に危険です。溶接や腐食管理が波形ステンレス鋼管に与える影響など、波形ステンレス鋼管の安全記録については、当社の資料に記載されています。 CSST の安全性に関する考慮事項に関する記事 .

溶接継手の一般的な腐食メカニズム

フィールド障害が一度に現れることはほとんどありません。通常、粗さを作成する 1 つのメカニズムから始まり、次に 2 番目のメカニズムが引き継ぎます。以下の表は、一般的なメカニズムとその原因および実際の制御を示しています。

孔食は、塩化物を含む水で最も目立つ開始点です。スケールや汚れによって隙間ができると、隙間が深くなる可能性があります。粒界腐食は鋭敏化の典型的な結果であり、応力腐食割れは他の 2 つの腐食によってすでに壁が弱くなっているときに突然の漏れを引き起こすメカニズムです。当社の工場では、4 つすべてを個別の材料問題としてではなく、溶接品質指標として扱います。

溶接後の処理プロトコル

合金の選択だけでは十分ではありません。洗浄も不動態化もされていない溶接部は、表面が適切に修復された同じ母材よりもはるかに早く腐食します。標準的な順序は、機械洗浄、酸洗い、不動態化です。

• 機械的洗浄では、研削またはブラシで緩いスケールや粗くなった酸化物を除去します。薄肉チューブの場合は、肉厚が減らないように十分に優しく行う必要があります。
• 酸洗いでは、硝酸とフッ化水素酸の混合物を使用してクロム欠乏層を溶解し、きれいな金属を露出させます。スケールが重い場合、これは最も重要なステップです。
• パッシベーションは酸化膜を再構築します。クエン酸不動態化は硝酸のより安全な代替品であり、ASTM A967 でカバーされています。

波形ステンレス鋼管の場合、しわの形状により、平らなシートよりもスケールの除去が困難になります。当社の生産ラインでは自動化された洗浄槽と酸洗い槽を使用しているため、ワイヤー ブラシがアクセスできる領域だけでなく、内面および外面全体に処理が到達します。

実用化に向けた溶接ステンレス鋼の指定

溶接腐食のリスクを軽減する最善の方法は、合金と部品の形状を実際の設置環境に適合させることです。汎用の 304 ベローズは、屋内の乾燥した水またはガスのラインに使用できますが、海岸沿いの空気、プール、および工業用キッチンによって塩化物レベルが上昇します。そのような場合は、316L を選択するのがより安全です。

溶接環境に適した合金を選択する

キッチンのガス機器接続の場合、ホースは蒸気、洗浄剤、局所的な湿気にさらされます。保護カバー付きの 316L 波形フレキシブル天然ガスホースは、耐食性と機械的保護の両方を提供します。このため、設置場所が海の近くや湿気の多い食品工場の場合は、より高いモリブデングレードを推奨します。

キッチン用316L波形フレキシブル天然ガスホース この 316L 波形ガスホースは、ステンレス鋼のケーシングとゴム製のインナーチューブを備えており、腐食や機械的ストレスに強いため、海の近くの湿気の多いキッチン環境に適しています。 製品を見る→

応力集中を避ける構造を選択してください

ベローズ形状は、変形を 1 つの短い溶接部に強制するのではなく、動きと熱膨張を多くの小さな回旋に分散させます。ベローズ壁自体は健全である必要がありますが、その形状により応力腐食割れにつながる可能性のある局所応力が軽減されます。用途に難燃性の要件がある場合、外側カバーは屈曲性と耐熱性についても評価する必要があります。当社の難燃性波形ガスチューブは、この組み合わせ用に設計されており、通常の機器の動作下でもステンレス鋼のコアを保護し、外層を安定に保つ構造になっています。

ガス用ステンレス波形難燃ホース この難燃性波形ガスチューブは、火災、紫外線、摩耗に強い黄色の PVC コーティングを備えており、要求の厳しい用途でも安全で耐久性のあるガス供給を提供します。 製品を見る→

温水回路と冷水回路の表面状態を確認する

温水と冷水の回路では、酸素が発生し、温度が変動し、地域によっては溶解した塩化物が発生します。給湯器接続部の漏れはメンテナンスの問題だけではなく、故障点以下の機器に損傷を与える可能性があります。接続を保護する実証済みの方法は、レンチで調整可能なフィッティングと完全な酸洗および不動態化表面を備えた柔軟なステンレス鋼リンクを指定することです。当社ではその目的のためにレンチ付きのステンレス鋼波形パイプを製造しており、改造や OEM プロジェクトによく選ばれています。また、ステンレス鋼製ベローズは耐用年数が長く、繰り返しの交換による環境負荷を軽減します。 ステンレス鋼ベローズの環境上の利点の概要 .

304 ステンレス鋼波形パイプ レンチ付き この 304 ステンレス鋼の波形パイプは高温と高圧に耐え、付属のレンチを使用すると取り付けとメンテナンスが簡単になり、温水システムに最適です。 製品を見る→

結論

ステンレス鋼の溶接腐食は、熱、表面状態、環境が相互に作用して発生します。購入者にとっての実際的な答えは、単に「ステンレス鋼」を求めることではありません。合金品位、溶接処理、表面仕上げを明記し、検査報告書に証拠を残すことです。これらの詳細が一貫していれば、ステンレス鋼溶接の耐用年数は母材によって設定された期待を満たすことができます。

溶接波形ステンレス鋼パイプまたはガス ホースを入手している場合は、酸洗と不動態化の手順、および熱影響部の検証方法についてメーカーに問い合わせてください。これらは、数か月後に茶色の斑点が現れるのを防ぐための質問です。