二相ステンレス鋼レーザ溶接部におけるオーステナイト相の析出挙動に及ぼす溶接速度と溶接後熱処理の影響

摘要

二相ステンレス鋼は，従来よりも優れた機械的性質及び耐食性を有することから，化学プラント，海洋関連装置，熱交換器など，種々の腐食環境にさらされる設備，機械に幅広く使用されている．さらに，近年では水門等のインフラ設備等に適合するため，経済性とのバランスをとれる新鋼種である省合金二相ステンレス鋼なども開発され実用化されている．二相ステンレス鋼を構造材料として用いる場合の課題として，溶接過程において溶接部での相比が崩れ，とくに入熱量が大きい場合，著しくフェライト相量が増加することから，鋼種の特性が劣化する可能性もあり，十分な機械的特性，耐食性が発揮されない可能性があることが挙げられる．これらの現象に関して議論した例には，従来法による二相ステンレス鋼の溶接部に置いて，置換型元素らは母材のような分配を起こさず，オーステンナイト相の成長は窒素濃度から律速されるとの報告がある．さらに，窒素を添加した溶接材及び窒素雰囲気での溶接も検討されている．しかし，近年，実施工への応用が期待されているレーザ溶接法を種々の二相ステンレス鋼に適用した事例については未だ十分には検討されていない．レーザは高密度エネルギー源であることから，溶接過程において溶接部が従来法より短時間で冷却されるため，被溶接材が熱影響も受けにくく，本鋼種の溶接部における相比の崩れも極力抑えられることが期待される．そこで,本研究では，三種類の二相ステンレス鋼（省合金二相，汎用二相，スーパー二相）の市販材に対しレーザ溶接を行い，フェライト／オーステナイト変態に及ぼす溶接速度の影響に着目し，粒界で析出したオーステナイトの成長挙動を明らかにすることを試みた．さらにその後，レーザ溶接部に溶接時と同じレーザ熱源を用いて溶接後熱処理を実施し，同部位におけるオーステナイトの析出を促進させ，可能な限り同鋼の相比のバランスを保持し得るような熱処理条件の選定を試みた．